Framebuffer 基本原理与显示编程
想弄清的问题
Linux 应用程序怎样通过 /dev/fb0 获取屏幕参数，并在 LCD 上画出指定颜色？
关键概念
1. Framebuffer 是什么？
Framebuffer（帧缓冲）可以理解为保存屏幕像素数据的一块内存。应用程序向其中写入颜色，显示控制器按配置读取这些数据，最终显示在 LCD 上。
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应用程序 → /dev/fb0 → Framebuffer（显存）→ 显示控制器 → LCD本课是使用已有的 fbdev 显示接口，不是编写 LCD 内核驱动。部分新平台主要使用 DRM/KMS，不一定提供 /dev/fb0。
2. 操作流程
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open() → ioctl() → mmap() → 写入像素 → munmap() → close()| 接口 | 用途 |
|---|---|
open() | 打开 /dev/fb0 |
ioctl() | 获取屏幕分辨率、像素格式及显存布局 |
mmap() | 把显存映射到用户空间，便于直接访问 |
munmap() / close() | 解除映射、关闭设备 |
3. 两类屏幕参数
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struct fb_var_screeninfo var; // 可变参数
struct fb_fix_screeninfo fix; // 固定参数
ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &var);
ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix);| 字段 | 含义 |
|---|---|
var.xres / yres | 实际可见的宽度、高度 |
var.xres_virtual / yres_virtual | 显存画布的宽度、高度 |
var.xoffset / yoffset | 当前画面在虚拟画布中的偏移 |
var.bits_per_pixel | 每个像素的位数（bpp） |
var.red / green / blue | RGB 分量所在的位位置、位数 |
fix.line_length | 显存每行实际字节数，可能有对齐填充 |
fix.smem_len | 显存区域大小 |
例如实际分辨率 1024×600，虚拟分辨率 1024×1200，显存可以容纳上下两张画面；但能否通过 yoffset 和 FBIOPAN_DISPLAY 切换画面，取决于驱动支持情况。
4. RGB565 与像素地址
RGB565：红色 5 位、绿色 6 位、蓝色 5 位，共 16 位（2 字节）。
| 颜色 | RGB565 值 |
|---|---|
| 红 | 0xF800 |
| 绿 | 0x07E0 |
| 蓝 | 0x001F |
| 白 | 0xFFFF |
16 bpp 不一定就是 RGB565，还要核对 var.red/green/blue 的 offset 和 length。
在常见的线性 16 bpp 显存中，像素 (x, y) 的字节偏移是：
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偏移 = (y + yoffset) × line_length + (x + xoffset) × 2注意：不能用 xres × 2 代替 line_length，因为显存每行可能存在对齐填充。24/32 bpp 则应按实际每像素字节数计算。
自己的理解
ioctl() 告诉程序显存“怎样排列”，mmap() 让程序“可以访问显存”。画点、画线、画矩形其实都是计算像素地址并写入颜色。
用法与最小示例
先检查设备是否存在：
bash
ls -l /dev/fb*
cat /sys/class/graphics/fb0/virtual_size
cat /sys/class/graphics/fb0/bits_per_pixel下面是RGB565、线性显存、小端序平台的最小画点示例；先判断格式，避免误写其他像素布局：
c
#include <fcntl.h>
#include <linux/fb.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
/* 必须用 O_RDWR 打开：只读的 fd 无法把显存映射成可写 */
int fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
if (fd < 0) { perror("open"); return 1; }
/* var 描述当前显示模式（可修改），fix 描述显存固定属性（只读） */
struct fb_var_screeninfo var = {0};
struct fb_fix_screeninfo fix = {0};
/* FBIOGET_VSCREENINFO 取分辨率、bpp、RGB 位域和画面偏移；
* FBIOGET_FSCREENINFO 取行长、显存大小和显存类型 */
if (ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &var) < 0 ||
ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix) < 0) {
perror("ioctl"); close(fd); return 1;
}
/* line_length 是一行在显存中的真实字节数，可能大于 xres * 2（对齐填充） */
printf("%ux%u, %u bpp, line_length=%u\n",
var.xres, var.yres, var.bits_per_pixel, fix.line_length);
/*
* 逐项确认像素布局：16 bpp 且红在 bit11~15、绿在 bit5~10、蓝在 bit0~4 才是 RGB565；
* PACKED_PIXELS 表示像素连续紧密排列，TRUECOLOR 表示直接色（不查调色板）；
* 分辨率或显存长度为 0 说明驱动状态异常，后面无法安全计算地址。
*/
if (var.bits_per_pixel != 16 ||
var.red.offset != 11 || var.red.length != 5 ||
var.green.offset != 5 || var.green.length != 6 ||
var.blue.offset != 0 || var.blue.length != 5 ||
fix.type != FB_TYPE_PACKED_PIXELS ||
fix.visual != FB_VISUAL_TRUECOLOR ||
var.xres == 0 || var.yres == 0 || fix.smem_len == 0) {
fprintf(stderr, "不支持的显存格式或屏幕参数\n");
close(fd); return 1;
}
/* 长度用 fix.smem_len（不能用 xres*yres*2，行填充会漏算）；
* MAP_SHARED 才能把写入真正落到显存，MAP_PRIVATE 只改私有副本 */
uint8_t *fb = mmap(NULL, fix.smem_len,
PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (fb == MAP_FAILED) { perror("mmap"); close(fd); return 1; }
/* 在可见画面左上角写入一个 200×100 的红色实心矩形 */
for (uint32_t y = 0; y < 100; y++) {
for (uint32_t x = 0; x < 200; x++) {
/* 可见画面可能位于虚拟画布的 (xoffset, yoffset) 处；
* 地址 = 行号 × line_length + 列号 × 每像素字节数（16 bpp 为 2） */
size_t pos = (size_t)(var.yoffset + y) * fix.line_length +
(size_t)(var.xoffset + x) * 2;
/* 防止矩形超出显存范围时越界写坏其他内存 */
if (pos + 2 > fix.smem_len) break;
/* 0xF800 在小端序内存中低字节在前：低字节 0x00、高字节 0xF8 */
fb[pos] = 0x00;
fb[pos + 1] = 0xF8;
}
}
/* 先解除映射再关闭设备；munmap 的长度要与 mmap 时一致 */
munmap(fb, fix.smem_len);
close(fd);
return 0;
}将代码保存为 fb_pixel.c。在有 Linux fbdev 头文件的环境中编译（目标板需使用对应交叉工具链）：
bash
gcc -Wall -Wextra -O2 fb_pixel.c -o fb_pixel实验状态：尚未在目标开发板验证。 运行前先确认目标 LCD 已点亮、/dev/fb0 可用；示例只在左上角绘制 200×100 的红色矩形，不会画满屏幕。
待弄清的问题
参考与关联
- 点亮 SPI 屏幕。
- Linux 接口：
<linux/fb.h>、open()、ioctl()、mmap()。 - 后续：BMP 图片的 LCD 显示。