在 Linux Framebuffer (FB) 应用编程中，主要涉及到三个核心的系统调用，它们共同完成了设备打开、配置获取和内存访问的功能。
以下是对这些关键 API 函数的详细解析：
1.open函数：打开 Framebuffer 设备
open函数用于打开/dev/fbX设备文件，获取文件描述符，这是后续操作的基础。
A. 头文件 (Header Files)
#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>B. 函数原型 (Function Prototype)
intopen(constchar*pathname,intflags,...);C. 参数说明 (Parameters)
| 参数 | 类型 | 说明 (FB 场景) |
|---|---|---|
pathname | const char * | 要打开的设备文件路径，例如/dev/fb0（通常是主显示设备）。 |
flags | int | 打开方式标志。在 FB 编程中通常使用O_RDWR（读写模式），以便进行读（获取配置）和写（绘图）。 |
... | 变长参数 | 可选参数mode_t mode，只有在flags中包含O_CREAT时才需要，在打开设备文件时通常不使用。 |
D. 返回值 (Return Value)
| 返回值 | 说明 |
|---|---|
| 非负整数 | 成功，返回设备的文件描述符 (fd)。该描述符将在ioctl和mmap中使用。 |
| -1 | 失败，并设置全局变量errno。常见的错误是权限不足或设备文件不存在。 |
2.ioctl函数：控制和配置 Framebuffer
ioctl(Input/Output Control) 函数是 Linux 设备驱动程序和用户应用交互的主要方式。在 FB 编程中，它用于获取和设置屏幕的配置信息。
A. 头文件 (Header File)
#include<sys/ioctl.h>B. 函数原型 (Function Prototype)
intioctl(intfd,unsignedlongrequest,...);C. 参数说明 (Parameters)
| 参数 | 类型 | 说明 (FB 场景) |
|---|---|---|
fd | int | 通过open("/dev/fb0", ...)返回的文件描述符。 |
request | unsigned long | 控制命令。这是ioctl的核心，它告诉驱动程序执行什么操作。FB 驱动定义了特定的命令宏。 |
... | 变长参数 | 通常是一个指针，指向用户空间定义的结构体，用于在用户和内核之间传递数据（获取/设置配置）。 |
常见的 Framebufferrequest宏：
| request 宏 | 描述 | 对应结构体 | 作用 |
|---|---|---|---|
FBIOGET_FSCREENINFO | 获取固定的屏幕信息（Immutable Screen Info）。 | struct fb_fix_screeninfo | 包含 VRAM 物理地址、映射长度、设备名称等。 |
FBIOGET_VSCREENINFO | 获取可变的屏幕信息（Variable Screen Info）。 | struct fb_var_screeninfo | 包含分辨率、色深、时序等可修改的参数。 |
FBIOPUT_VSCREENINFO | 设置可变的屏幕信息。 | struct fb_var_screeninfo | 根据用户设置的参数（如分辨率、色深）来配置显示。 |
D. 返回值 (Return Value)
| 返回值 | 说明 |
|---|---|
| 0 | 成功。 |
| -1 | 失败，并设置全局变量errno。常见的错误是命令无效或参数结构体不匹配。 |
3.mmap函数：映射 Framebuffer 内存
mmap函数将 Framebuffer 的物理显存（VRAM）直接映射到应用程序的虚拟地址空间，允许用户通过指针直接读写像素数据，这是实现高性能绘图的关键。
A. 头文件 (Header File)
#include<sys/mman.h>B. 函数原型 (Function Prototype)
void*mmap(void*addr,size_tlength,intprot,intflags,intfd,off_toffset);C. 参数说明 (Parameters)
| 参数 | 类型 | 说明 (FB 场景) |
|---|---|---|
addr | void * | 通常设为NULL，让内核自动选择虚拟地址。 |
length | size_t | 要映射的显存长度。应通过FBIOGET_FSCREENINFO获取的smem_len字段来确定。 |
prot | int | 保护权限。通常设为 `PROT_READ |
flags | int | 映射标志。必须使用MAP_SHARED，因为所有进程的修改都需要反映到实际的显存中，并最终显示在屏幕上。 |
fd | int | 通过open("/dev/fb0", ...)获得的设备文件描述符。 |
offset | off_t | 映射在文件中的起始偏移量。对于 FB 设备，通常设为0，从显存的起始位置开始映射。 |
D. 返回值 (Return Value)
| 返回值 | 说明 |
|---|---|
void \* | 成功，返回映射到进程虚拟地址空间的起始地址（即显存的起始地址）。 |
MAP_FAILED | 失败（等于(void *)-1），并设置全局变量errno。 |
核心步骤总结
一个典型的 Framebuffer 应用编程流程是：
- 打开设备：
fd = open("/dev/fb0", O_RDWR); - 获取固定信息：
ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo);（获取smem_len） - 获取可变信息：
ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);（获取xres,yres,bits_per_pixel等） - 映射显存：
fbp = mmap(NULL, finfo.smem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); - 绘图/操作：使用
fbp指针直接读写像素。 - 解除映射：
munmap(fbp, finfo.smem_len); - 关闭设备：
close(fd);
📄 Framebuffer 绘图示例代码 (fb_test.c)
下面这段代码实现了以下功能：
- 打开 LCD 设备 (
/dev/fb0)。 - 获取屏幕参数（分辨率、位深）。
- 通过
mmap将显存映射到用户空间。 - 根据屏幕的位深（16bpp 或 32bpp）智能适配颜色格式。
- 在屏幕上绘制一个全屏红色背景，并在中间画一个蓝色的矩形。
您可以直接在您的 Linux 开发环境（Ubuntu）中保存为fb_test.c，然后使用交叉编译器编译。
#include<unistd.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<fcntl.h>#include<string.h>#include<linux/fb.h>#include<sys/mman.h>#include<sys/ioctl.h>#include<stdint.h>intmain(){intfp=0;structfb_var_screeninfovinfo;structfb_fix_screeninfofinfo;longintscreensize=0;char*fbp=0;intx=0,y=0;longintlocation=0;// 1. 打开 Framebuffer 设备fp=open("/dev/fb0",O_RDWR);if(fp==-1){perror("Error: cannot open framebuffer device");return1;}printf("The framebuffer device was opened successfully.\n");// 2. 获取不可变屏幕信息 (FINFO) - 为了得到 smem_len (显存总大小) 和 line_length (跨度)if(ioctl(fp,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo)==-1){perror("Error reading fixed information");return1;}// 3. 获取可变屏幕信息 (VINFO) - 为了得到分辨率 (xres, yres) 和 位深 (bpp)if(ioctl(fp,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo)==-1){perror("Error reading variable information");return1;}// 打印检测到的屏幕信息printf("Display info: %dx%d, %dbpp\n",vinfo.xres,vinfo.yres,vinfo.bits_per_pixel);printf("Line length (stride): %d bytes\n",finfo.line_length);// 4. 计算显存大小// 虽然可以用 vinfo.xres * vinfo.yres * bpp / 8 计算，但使用 finfo.smem_len 更安全screensize=finfo.smem_len;// 5. 内存映射 (mmap)fbp=(char*)mmap(0,screensize,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fp,0);if((long)fbp==-1){perror("Error: failed to map framebuffer device to memory");return1;}printf("The framebuffer was mapped to memory successfully.\n");// 6. 绘图操作// 遍历屏幕的每一个像素点for(y=0;y<vinfo.yres;y++){for(x=0;x<vinfo.xres;x++){// 核心计算：计算坐标 (x,y) 在显存中的字节偏移量// finfo.line_length 是每一行占用的字节数（可能包含对齐填充）location=(x+vinfo.xoffset)*(vinfo.bits_per_pixel/8)+(y+vinfo.yoffset)*finfo.line_length;// 定义颜色 (R, G, B)// 默认画红色背景intr=255,g=0,b=0;// 如果在屏幕中间区域，画蓝色矩形 (200x200)if(x>=(vinfo.xres/2-100)&&x<(vinfo.xres/2+100)&&y>=(vinfo.yres/2-100)&&y<(vinfo.yres/2+100)){r=0;g=0;b=255;}// 根据不同的位深 (BPP) 写入不同的像素格式if(vinfo.bits_per_pixel==32){// 32bpp: ARGB8888 或 BGRA8888// 指针偏移到当前像素位置*(fbp+location)=b;// Blue*(fbp+location+1)=g;// Green*(fbp+location+2)=r;// Red*(fbp+location+3)=0;// Alpha (透明度)}elseif(vinfo.bits_per_pixel==16){// 16bpp: 通常是 RGB565 (5位红, 6位绿, 5位蓝)// i.MX6ULL 的 LCD 经常是这种格式unsignedshortintt=((r>>3)<<11)|((g>>2)<<5)|(b>>3);*((unsignedshortint*)(fbp+location))=t;}else{// 其他情况暂不处理 (如 24bpp)// printf("Unsupported bpp: %d\n", vinfo.bits_per_pixel);}}}// 7. 解除映射并关闭文件munmap(fbp,screensize);close(fp);printf("Drawing finished. Check your screen!\n");return0;}💡 核心知识点解析
finfo.line_length(Stride) 的重要性：- 我们在计算
location时使用了y * finfo.line_length，而不是y * xres * bpp。 - 原因：有些屏幕为了硬件对齐，每一行的末尾可能会有填充字节 (Padding)。比如一行只有 1366 像素，但在显存里可能占用了 1400 像素的空间。使用
line_length是最安全、最标准的做法。
- 我们在计算
- RGB565 (16bpp) vs ARGB8888 (32bpp)：
- i.MX6ULL 的裸 RGB 接口通常连接 16位 或 24位 屏幕。Linux 驱动经常默认配置为 16bpp (RGB565)。
- RGB565 算法：
((r >> 3) << 11) | ((g >> 2) << 5) | (b >> 3)- 红色 8bit 丢弃低3位，变成 5bit，左移到最高位。
- 绿色 8bit 丢弃低2位，变成 6bit，放在中间。
- 蓝色 8bit 丢弃低3位，变成 5bit，放在最低位。
- 代码中增加了
if (vinfo.bits_per_pixel == ...)判断，这样无论您的屏幕配置如何，都能显示出正确的颜色，而不会变成花屏或噪点。
