第二期驱动篇——1.1 LCD驱动编写——Linux内核中LCD驱动框架分析

Linux内核中LCD驱动框架分析

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 *硬件平台：韦东山嵌入式Linxu开发板（S3C2440.v3）
 *软件平台：运行于VMware Workstation 12 Player下UbuntuLTS16.04_x64 系统
 *参考资料：《嵌入式Linux应用开发手册》、《嵌入式Linux应用开发手册第2版》

目录

• Linux内核中LCD驱动框架分析

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一、前言

  在016 LCD(2)-编写程序这篇博客中，编写了裸机LCD驱动程序，在这一节中，将在Linux系统下编写LCD驱动程序。

二、框架

1、回顾裸板LCD驱动

• 第一层：测试菜单层：lcd_test.c
• 第二层：根据目的划分三个C文件：framebuffer.c、geometry.c、font.c
• 第三层：LCD参数设置：lcd.c，考虑到拓展性，如果需要用到不同尺寸的lcd时，需要修改太多东西，所以在这一层下分了一个小层，用来放各种尺寸lcd的参数设置文件如lcd_4_3.c，通过在lcd.c调用对应的文件。
• 第四层：LCD控制器设置：lcd_controller.c，考虑到拓展性，如果用到不同芯片驱动的lcd时，需要修改太多东西，所以在这一层下分了一个小层，用来放各种芯片的lcd控制器设置文件如s3c2440_lcd_controller.c，通过在lcd_controller.c调用对应的文件。

2、Linux下LCD驱动框架

   由于在Linux系统下，系统中的/drivers/video/fbmen.c文件已经做好了相当于裸板驱动框架的第二层的工作，我们只需要设置相关的硬件操作。下面先对fbmen.c中的函数进行分析，了解其大致的框架。

fbmen.c文件解析：

2.1 fbmem_init函数解析

• 函数原型：

static int __init
fbmem_init(void)
{
	create_proc_read_entry("fb", 0, NULL, fbmem_read_proc, NULL);

	if (register_chrdev(FB_MAJOR,"fb",&fb_fops))
		printk("unable to get major %d for fb devs\n", FB_MAJOR);

	fb_class = class_create(THIS_MODULE, "graphics");
	if (IS_ERR(fb_class)) {
		printk(KERN_WARNING "Unable to create fb class; errno = %ld\n", PTR_ERR(fb_class));
		fb_class = NULL;
	}
	return 0;
}

• 实现功能：
  ①、register_chrdev(FB_MAJOR,"fb",&fb_fops)：对构建的file_operation结构体fb_fops进行注册。
     通过继续代码追踪可以发现结构体fb_fops的原型中的read、write、open等函数可以发现：没有直接操作硬件设备的寄存器或IO口，而是根据struct fb_info *info这个结构体变量来进行函数的操作。

static ssize_t
fb_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
	/*..............*/
	struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
	int fbidx = iminor(inode);
	struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];

	if (!info || ! info->screen_base)
		return -ENODEV;

	if (info->state != FBINFO_STATE_RUNNING)
		return -EPERM;

	if (info->fbops->fb_read)
		return info->fbops->fb_read(info, buf, count, ppos);
		
	/*..............*/
}

②、class_create(THIS_MODULE, "graphics");：创建一个类。

• 提问：根据之前的经验，在创建类之后会创建类的设备节点，为什么这里没有呢？
• 回答：因为fbmem.c是通用的文件，相当于在裸板LCD驱动中lcd.c、lcdcontroller.c，根据下层的lcd_4.3.c、s3c2440_controlller.c来注册设备节点，给上层的应用来使用。所以fbmem.c还需要根据一个文件的参数来进行注册设备节点、调用下层的具体函数等。

2.2 fb_open函数解析

• 函数原型：

static int
fb_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	int fbidx = iminor(inode);
	struct fb_info *info;
	int res = 0;

	if (fbidx >= FB_MAX)
		return -ENODEV;
#ifdef CONFIG_KMOD
	if (!(info = registered_fb[fbidx]))
		try_to_load(fbidx);
#endif /* CONFIG_KMOD */
	if (!(info = registered_fb[fbidx]))
		return -ENODEV;
	if (!try_module_get(info->fbops->owner))
		return -ENODEV;
	file->private_data = info;
	if (info->fbops->fb_open) {
		res = info->fbops->fb_open(info,1);
		if (res)
			module_put(info->fbops->owner);
	}
	return res;
}

• 功能：
  ①、int fbidx = iminor(inode);：找到该设备的次设备号。
  ②、struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];：根据次设备号作为索引，在数组中找到对应项赋值给info。
  继续追踪registered_fb的原型：发现硬件设置中的参数保存在fb_info结构体中

struct fb_info {
	int node;
	int flags;
	struct fb_var_screeninfo var;	/* Current var */
	struct fb_fix_screeninfo fix;	/* Current fix */
	struct fb_monspecs monspecs;	/* Current Monitor specs */
	struct work_struct queue;	/* Framebuffer event queue */
	struct fb_pixmap pixmap;	/* Image hardware mapper */
	struct fb_pixmap sprite;	/* Cursor hardware mapper */
	struct fb_cmap cmap;		/* Current cmap */
	struct list_head modelist;      /* mode list */
	struct fb_videomode *mode;	/* current mode */
	/*.........*/
};

struct fb_var_screeninfo {
	__u32 xres;			/* visible resolution		*/
	__u32 yres;
	__u32 xres_virtual;		/* virtual resolution		*/
	__u32 yres_virtual;
	__u32 xoffset;			/* offset from virtual to visible */
	__u32 yoffset;			/* resolution			*/
	/*...........................*/
};

2.3 fbmem.c总结

1. fbmem.c是一个通用的文件
2. 供上层应用来调用：根据上层open等函数来打开对应的设备节点
3. 在当层中：通过找到该设备的次设备号，通过设备号在register_fb数组中找到该设备的硬件设置函数来进行硬件初始化、调用下层具体函数。

下面我们在看看Linux系统中已经写好的硬件设置文件s3c2410fb.c，进一步分析。

s3c2410fb.c文件解析：

2.4 s3c2410fb_init函数解析

• 函数原型：

int __devinit s3c2410fb_init(void)
{
	return platform_driver_register(&s3c2410fb_driver);
}

• 功能：
  ①、调用platform_driver_register()平台设备注册函数。这个时候就可以指导内核在管理LCD驱动时，采用的是platform总线机制，注册平台驱动程序。

2.5 struct platform_driver s3c2410fb_driver结构体解析

• 函数原型：

static struct platform_driver s3c2410fb_driver = {
	.probe		= s3c2410fb_probe,
	.remove		= s3c2410fb_remove,
	.suspend	= s3c2410fb_suspend,
	.resume		= s3c2410fb_resume,
	.driver		= {
		.name	= "s3c2410-lcd",
		.owner	= THIS_MODULE,
	},
};

• 功能：
  ①、存储各类操作函数的地址
  ②、特别之处：与我们之前编写的结构体不同，这里没有open、read函数。
  因为此时采用的是platform总线机制，优点：在于platform机制将设备本身的资源注册进内核，由内核统一管理，在驱动程序中用使用这些资源时，通过platform device提供的标准接口进行申请并使用。
  对于LCD驱动，这个标准接口就是刚才所介绍的fbmem.c文件。

2.6 s3c2410fb_probe函数解析

• 函数原型：

static int __init s3c2410fb_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct s3c2410fb_info *info;
	struct fb_info	   *fbinfo;
	struct s3c2410fb_hw *mregs;
	int ret;
	int irq;
	int i;
	u32 lcdcon1;

	mach_info = pdev->dev.platform_data;
	if (mach_info == NULL) {
		dev_err(&pdev->dev,"no platform data for lcd, cannot attach\n");
		return -EINVAL;
	}

	mregs = &mach_info->regs;

	irq = platform_get_irq(pdev, 0);
	if (irq < 0) {
		dev_err(&pdev->dev, "no irq for device\n");
		return -ENOENT;
	}

	fbinfo = framebuffer_alloc(sizeof(struct s3c2410fb_info), &pdev->dev);
	if (!fbinfo) {
		return -ENOMEM;
	}


	info = fbinfo->par;
	info->fb = fbinfo;
	info->dev = &pdev->dev;

	platform_set_drvdata(pdev, fbinfo);

	dprintk("devinit\n");

	strcpy(fbinfo->fix.id, driver_name);

	memcpy(&info->regs, &mach_info->regs, sizeof(info->regs));

	/* Stop the video and unset ENVID if set */
	info->regs.lcdcon1 &= ~S3C2410_LCDCON1_ENVID;
	lcdcon1 = readl(S3C2410_LCDCON1);
	writel(lcdcon1 & ~S3C2410_LCDCON1_ENVID, S3C2410_LCDCON1);

	info->mach_info		    = pdev->dev.platform_data;

	fbinfo->fix.type	    = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;
	fbinfo->fix.type_aux	    = 0;
	fbinfo->fix.xpanstep	    = 0;
	fbinfo->fix.ypanstep	    = 0;
	fbinfo->fix.ywrapstep	    = 0;
	fbinfo->fix.accel	    = FB_ACCEL_NONE;

	fbinfo->var.nonstd	    = 0;
	fbinfo->var.activate	    = FB_ACTIVATE_NOW;
	fbinfo->var.height	    = mach_info->height;
	fbinfo->var.width	    = mach_info->width;
	fbinfo->var.accel_flags     = 0;
	fbinfo->var.vmode	    = FB_VMODE_NONINTERLACED;

	fbinfo->fbops		    = &s3c2410fb_ops;
	fbinfo->flags		    = FBINFO_FLAG_DEFAULT;
	fbinfo->pseudo_palette      = &info->pseudo_pal;

	fbinfo->var.xres	    = mach_info->xres.defval;
	fbinfo->var.xres_virtual    = mach_info->xres.defval;
	fbinfo->var.yres	    = mach_info->yres.defval;
	fbinfo->var.yres_virtual    = mach_info->yres.defval;
	fbinfo->var.bits_per_pixel  = mach_info->bpp.defval;

	fbinfo->var.upper_margin    = S3C2410_LCDCON2_GET_VBPD(mregs->lcdcon2) + 1;
	fbinfo->var.lower_margin    = S3C2410_LCDCON2_GET_VFPD(mregs->lcdcon2) + 1;
	fbinfo->var.vsync_len	    = S3C2410_LCDCON2_GET_VSPW(mregs->lcdcon2) + 1;

	fbinfo->var.left_margin	    = S3C2410_LCDCON3_GET_HFPD(mregs->lcdcon3) + 1;
	fbinfo->var.right_margin    = S3C2410_LCDCON3_GET_HBPD(mregs->lcdcon3) + 1;
	fbinfo->var.hsync_len	    = S3C2410_LCDCON4_GET_HSPW(mregs->lcdcon4) + 1;

	fbinfo->var.red.offset      = 11;
	fbinfo->var.green.offset    = 5;
	fbinfo->var.blue.offset     = 0;
	fbinfo->var.transp.offset   = 0;
	fbinfo->var.red.length      = 5;
	fbinfo->var.green.length    = 6;
	fbinfo->var.blue.length     = 5;
	fbinfo->var.transp.length   = 0;
	fbinfo->fix.smem_len        =	mach_info->xres.max *
					mach_info->yres.max *
					mach_info->bpp.max / 8;

	/*.......*/

	ret = s3c2410fb_init_registers(info);

	ret = s3c2410fb_check_var(&fbinfo->var, fbinfo);

	ret = register_framebuffer(fbinfo);
	/*.......*/

}

• 功能：
  ①、fbinfo = framebuffer_alloc()：根据s3c2410fb_info结构体的大小分配内存空间给fbinfo。
  ②、此时的具体硬件设置存放在fbinfo结构体指针所指向的内存空间。
  ③、ret = register_framebuffer(fbinfo);：把具体的硬件设置注册到数组中去。

2.7 register_framebuffer函数解析

register_framebuffer()函数位于fbmen.c文件中

• 函数原型：

int
register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)
{
	int i;
	struct fb_event event;
	struct fb_videomode mode;

	if (num_registered_fb == FB_MAX)
		return -ENXIO;
	num_registered_fb++;
	
	for (i = 0 ; i < FB_MAX; i++)
		if (!registered_fb[i])
			break;
	fb_info->node = i;

	fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device,
				     MKDEV(FB_MAJOR, i), "fb%d", i);

	/*...............*/
}

• 功能：
  ①、在数组中寻找空的项，把该项的索引号保存到fbinfo中。

for (i = 0 ; i < FB_MAX; i++)
		if (!registered_fb[i])
			break;
	fb_info->node = i;

②、注册类的设备节点，这个时候有了具体的设备，才会注册设备节点。

	fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device,
				     MKDEV(FB_MAJOR, i), "fb%d", i);

三、总结

对于platform总线机制下的的LCD驱动的大致框架如下图：

可以总结出来，platform总线机制下的的LCD驱动的编写：不像编写裸板LCD时是抽出那么多函数来形成一个拓展性很好的框架（因为Linux内核已经帮我们做了），我们只需要编写我们具体驱动文件。

驱动文件编写：｛

1. 设置相关函数与结构体：init、platform_driver、probe.....
2. 分配一个 fb_info 结构体：framebuffer_alloc
3. 注册：register_framebuffer
4. 硬件相关的操作
   ｝