Linux帧缓冲注册OLED驱动(下)

Linux帧缓冲注册OLED驱动(下)

1.帧缓冲驱动编程

  帧缓冲驱动是属于字符类设备的一种，主设备号为29，生成的设备节点为/dev/fb*。实现帧缓冲驱动注册，只需要调用驱动注册函数register_framebuffer，驱动注册注销函数unregister_framebuffer。

• 注册和注销驱动函数

#include 
int unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info);
int register_framebuffer(struct fb_info *fb_info);

• struct fb_info结构体

struct fb_info结构体中需要关心的参数有：
1. 屏幕固定参数结构体struct fb_fix_screeninfo fix、屏幕可变参数结构体struct fb_var_screeninfo var 位应用层提供屏幕信息。
2.帧缓冲文件操作集合struct fb_ops *fbops，需要为应用层接口函数提供入口。
3.屏幕的内核申请的虚拟地址char __iomem *screen_base，应用层mmap函数映射地址就是和该地址的连接桥梁。

struct fb_info {
	atomic_t count;
	int node;
	int flags;
	struct mutex lock;		/* Lock for open/release/ioctl funcs */
	struct mutex mm_lock;		/* Lock for fb_mmap and smem_* fields */
	struct fb_var_screeninfo var;	/* 可变参数 */
	struct fb_fix_screeninfo fix;	/* 固定参数 */
	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 */

#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT
	/* assigned backlight device */
	/* set before framebuffer registration, 
	   remove after unregister */
	struct backlight_device *bl_dev;

	/* Backlight level curve */
	struct mutex bl_curve_mutex;	
	u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];
#endif
#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
	struct delayed_work deferred_work;
	struct fb_deferred_io *fbdefio;
#endif

	struct fb_ops *fbops;/*帧缓冲文件操作集合*/
	struct device *device;		/* This is the parent */
	struct device *dev;		/* This is this fb device */
	int class_flag;                    /* private sysfs flags */
#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING
	struct fb_tile_ops *tileops;    /* Tile Blitting */
#endif
	char __iomem *screen_base;	/* Virtual address虚拟地址 */
	unsigned long screen_size;	/* Amount of ioremapped VRAM or 0 */ 
	void *pseudo_palette;		/* Fake palette of 16 colors */ 
#define FBINFO_STATE_RUNNING	0
#define FBINFO_STATE_SUSPENDED	1
	u32 state;			/* Hardware state i.e suspend */
	void *fbcon_par;                /* fbcon use-only private area */
	/* From here on everything is device dependent */
	void *par;
	/* we need the PCI or similar aperture base/size not
	   smem_start/size as smem_start may just be an object
	   allocated inside the aperture so may not actually overlap */
	struct apertures_struct {
		unsigned int count;
		struct aperture {
			resource_size_t base;
			resource_size_t size;
		} ranges[0];
	} *apertures;

• 内核层申请物理地址dma_alloc_writecombine

  因为应用层是通过mmap内存映射方式将屏幕缓冲区映射到进程空间，因此驱动层需要调用dma_alloc_writecombine函数来实现分配屏幕的的物理缓冲区。

#include 
void *dma_alloc_writecombine(struct device *dev, size_t size,dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
函数功能： 内核层动态分配物理内存空间。
形参： dev --没有可直接填NULL
   size --要申请的空间大小
   dma_handle --申请的物理地址
   flag —GFP_KERNEL申请不到就阻塞
返回值： 成功返回申请成功的物理地址对应的虚拟地址

• 内核层释放申请的物理空间dma_free_writecombine

  调用dma_free_writecombine函数来完成物理空间释放。

void dma_free_writecombine(struct device *dev, size_t size,void *cpu_addr, dma_addr_t handle)
形参：dev --没有可直接填NULL
   size --要申请的空间大小
   cpu_addr —dma_alloc_writecombine函数返回值
   handle --物理地址

3.1 OLED简介

OLED，即有机发光二极管（ Organic Light Emitting Diode）。 OLED 由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、 构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。

  本次选用OLED屏幕为0.96寸，驱动IC为SSD1306，驱动协议为SPI。分辨率为128*64；单色屏幕。采用页面寻址方式。

• 引脚说明

GND 电源地
VCC 电源正（ 3～5.5V）
D0 OLED 的 D0 脚，在 SPI 和 IIC 通信中为时钟管脚
D1 OLED 的 D1 脚，在 SPI 和 IIC 通信中为数据管脚
RES OLED 的 RES#脚，用来复位（低电平复位）
DC OLED 的 D/C#E 脚， 数据和命令控制管脚
CS OLED 的 CS#脚，也就是片选管脚

3.2 帧缓冲注册示例

硬件平台： tiny4412
开发平台： ubuntu18.04
交叉编译器： arm-linux-gcc
内核： linux3.5
OLED驱动IC： SSD1306
OLED驱动方式： SPI(采用SPI子系统实现)

  注册SPI子系统实现OLED屏幕驱动，OLED屏幕画点函数实现；通过帧缓冲驱动注册OLED驱动，在/dev下生成设备节点，实现应用层帧缓冲接口。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include 
#include 
#include 
#include 
/***************OLED gpio初始化************
**D0 --时钟线SPI0_SCLK  --GPB_0
**D1 --主机输出线SPI0_MOSI --GPB_3
**RES --复位脚  GPB_4
**DC --数据命令选择脚 GPB_5
**CS --片选 SPI0_CS --GPB_1
**
******************************************/
#define OLED_DAT 1//发送数据
#define OLED_CMD 0//发送命令
struct spi_device *oled_spi;
static unsigned int *GPB_CON=NULL;
static unsigned int *GPB_DAT=NULL;
#define OLED_RES(x) if(x){*GPB_DAT|=1<<4;}else{*GPB_DAT&=~(1<<4);} //时钟脚 //复位脚
#define OLED_DC(x) if(x){*GPB_DAT|=1<<5;}else{*GPB_DAT&=~(1<<5);} //时钟脚 //数据命令选择脚

void OLED_Clear(u8 data);
void OLED_ClearGram(void);
void OLED_RefreshGram(void);

void OLED_GPIO_Init(void)
{

	GPB_CON=ioremap(0x11400040, 8);//将物理地址映射为虚拟地址
	GPB_DAT=GPB_CON+1;
	*GPB_CON&=0xff00ffff;
	*GPB_CON|=0x00110000;//配置为输出模式
	//上拉
	OLED_RES(1);
}
/*******************发送一个字节函数***************
**形参：u8 dat -- 要发送数据
**			u8 cmd --0发送数据，1发送命令
**
****************************************************/
void OLED_SendByte(u8 dat,u8 cmd)
{
	if(cmd)
	{
		OLED_DC(1);//发送数据
	}
	else 
	{
		OLED_DC(0);//发送命令
	}
	spi_write(oled_spi,&dat,1);//发送一个字节
}
/****************OLED初始化***************/
void OLED_Init(void)
{
	OLED_GPIO_Init();//OLED GPIO初始化
	//软件复位
	OLED_RES(1);
	mdelay(200);
	OLED_RES(0);
	mdelay(200);
	OLED_RES(1);
	mdelay(200);
	//OLED初始化序列
	OLED_SendByte(0xAE,OLED_CMD); /*进入睡眠模式*/
	OLED_SendByte(0x00,OLED_CMD); /*set lower column address*/
	OLED_SendByte(0x10,OLED_CMD); /*set higher column address*/	
	OLED_SendByte(0x40,OLED_CMD); /*set display start line*/
	OLED_SendByte(0xB0,OLED_CMD); /*set page address*/
	OLED_SendByte(0x81,OLED_CMD); /*设置对比度*/
	OLED_SendByte(0xCF,OLED_CMD); /*128*/
	OLED_SendByte(0xA1,OLED_CMD); /*set segment remap*/
	OLED_SendByte(0xA6,OLED_CMD); /*normal / reverse*/
	OLED_SendByte(0xA8,OLED_CMD); /*multiplex ratio*/
	OLED_SendByte(0x3F,OLED_CMD); /*duty = 1/64*/
	OLED_SendByte(0xC8,OLED_CMD); /*Com scan direction*/
	OLED_SendByte(0xD3,OLED_CMD); /*set display offset*/
	OLED_SendByte(0x00,OLED_CMD);
	OLED_SendByte(0xD5,OLED_CMD); /*set osc division*/
	OLED_SendByte(0x80,OLED_CMD);
	OLED_SendByte(0xD9,OLED_CMD); /*set pre-charge period*/
	OLED_SendByte(0Xf1,OLED_CMD);
	OLED_SendByte(0xDA,OLED_CMD); /*set COM pins*/
	OLED_SendByte(0x12,OLED_CMD);
	OLED_SendByte(0xdb,OLED_CMD); /*set vcomh*/
	OLED_SendByte(0x30,OLED_CMD);
	OLED_SendByte(0x8d,OLED_CMD); /*set charge pump enable*/
	OLED_SendByte(0x14,OLED_CMD);
	OLED_SendByte(0xAF,OLED_CMD); /*恢复正常模式*/	
	OLED_ClearGram();//清空缓冲区
	OLED_RefreshGram();//更新显示
}
/****************清屏函数***********
**形参：u8 data -- 0全灭
**							-- 0xff全亮
*************************************/
void OLED_Clear(u8 data)
{
	u8 i,j;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		OLED_SendByte(0xb0+i,OLED_CMD);//设置页地址
		OLED_SendByte(0x10,OLED_CMD);//设置列高地址
		OLED_SendByte(0x0,OLED_CMD);//设置列低地址
		for(j=0;j<128;j++)OLED_SendByte(data,OLED_DAT);//写满一列
	}
}
/******************OLED设置光标*************
**形参：u8 x -- x坐标（0~127）
**			u8 y -- y坐标（0~7）
**
********************************************/
void OLED_SetCursor(u8 x,u8 y)
{
	OLED_SendByte(0xb0+y,OLED_CMD);//设置页地址
	OLED_SendByte(0x10|((x>>4)&0xf),OLED_CMD);//设置列的高位地址
	OLED_SendByte(0x00|(x&0xf),OLED_CMD);
}

static u8 OLED_GRAM[8][128];//定义屏幕缓冲区大小
/****************封装画点函数**************
**形参：u8 x -- x坐标0~127
**	    u8 y -- y坐标:0~63
**			u8 c -- 1,亮 ,0灭
**假设：x,y (5,6),9
*******************************************/
void OLED_DrawPoint(u8 x,u8 y,u8 c)
{
	u8 page=0;
	page=y/8;//y坐标对应在哪一页
	//y=12,y/8=1,y%8=12%8=1....4
	y=y%8;//对应页上的哪一行6%8=0---6
	if(c)OLED_GRAM[page][x]|=1var.yres;
	char *p=info->screen_base;
	//printk("w=%d,h=%dn",w,h);
	switch(cmd)
	{
		case OLED_REFLASH://更新数据到屏幕
		for(i=0;i;>;>

3.3 帧缓冲应用层

  通过LCD应用编程实现OLED应用程序编写，调用矢量字库实现字符串显示，移植第三方数码管显示示例实现动态数码管式时间显示。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "./freetype/freetype.h"
#include "SuperNumber/SuperNumber.h"
#define OLED_REFLASH 0X80
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
void sDynamicClockInitial(void);
void sDynamicClockProcess(void);
int imag_w,imag_h;
static unsigned char *lcd_p=NULL;//屏幕缓存地址
static struct fb_fix_screeninfo fb_fix;//固定参数结构体
static struct fb_var_screeninfo fb_var;//可变参数结构体
/*LCD画点函数*/
void LCD_DrawPoint(int x,int y,int c)
{
	if(fb_var.bits_per_pixel==8)
	{
		//获取要绘制的点的地址
		unsigned char *p= (unsigned char *)(lcd_p+y*fb_fix.line_length+x*fb_var.bits_per_pixel/8);
		*p=c;//写入颜色值
	}
	else
	{
		//获取要绘制的点的地址
		unsigned int *p= (unsigned char *)(lcd_p+y*fb_fix.line_length+x*fb_var.bits_per_pixel/8);
		*p=c;//写入颜色值
		
	}
}
int fd;
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=2)
	{
		printf("格式:./a.out n");
		return 0;
	}
	/*1.打开设备*/
	fd=open(argv[1], 2);
	if(fd<0)
	{
		printf("打开设备失败n");
	}
	/*2.获取固定参数*/
	memset(&fb_fix,0, sizeof(fb_fix));
 	ioctl(fd,FBIOGET_FSCREENINFO,&fb_fix);
	printf("屏幕缓存大小:%dn",fb_fix.smem_len);
	printf("一行的字节数:%dn",fb_fix.line_length);
	/*3.获取屏幕可变参数*/
	memset(&fb_var,0, sizeof(fb_var));
	ioctl(fd,FBIOGET_VSCREENINFO,&fb_var);
	printf("屏幕尺寸:%d*%dn",fb_var.xres,fb_var.yres);
	printf("颜色位数:%dn",fb_var.bits_per_pixel);
	imag_w=fb_var.xres;
	imag_h=fb_var.yres;
	/*4.将屏幕缓冲区映射到进程空间*/
	lcd_p=mmap(NULL,fb_fix.smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
	if(lcd_p==(void *)-1)
	{
		printf("内存映射失败n");
		return 0;
	}
	memset(lcd_p,0x00,fb_fix.smem_len);//将屏幕清空为白色
	if(InitConfig_FreeType("msyhbd.ttc"))//初始化freetype
	{
		printf("字库打开失败n");
		return 0;
	}
	sDynamicClockInitial();
	sDynamicClockProcess();

	FreeType_Config();//释放freetype
AA:	
	//取消映射
	munmap(lcd_p,fb_fix.smem_len);
	return 0;
}
//一个电子钟包括8个部分
sSuperNum stSuperNum1;
sSuperNum stSuperNum2;
sSuperNum stSuperNum3;
sSuperNum stSuperNum4;
sSuperNum stSuperNum5;
sSuperNum stSuperNum6;
sSuperNum stSuperNum7;
sSuperNum stSuperNum8;

//特效状态转移查询库
uint8_t SegAction[MAX_SEG_STATUE][MAX_SEG_STATUE][SEG_NUM];
/*************************************************************************
 ** Function Name:	sDynamicClockInitial		                               
 ** Purpose:		初始化时钟的各个数码段部分   		        
 ** Params:															                              
 **	@ 	                                        			 
 ** Return:							  	 
 ** Notice:	  None.												 
 ** Author:		公众号:最后一个bug											 
 *************************************************************************/
void sDynamicClockInitial(void)
{
	 #define NUM_OFFSET (19)
	
	uint16_t x_Location = 5;
	uint16_t y_Location = 20;
	
	stSuperNum1.pDrawPoint = LCD_DrawPoint;
	InitialSuperNum(&stSuperNum1,x_Location,y_Location,10,10,2);
  InitialSegShowAction(&stSuperNum1,(uint8_t*)SegAction);

	x_Location += NUM_OFFSET;

  stSuperNum2.pDrawPoint = LCD_DrawPoint;
	InitialSuperNum(&stSuperNum2,x_Location,y_Location,10,10,2);
	InitialSegShowAction(&stSuperNum2,(uint8_t*)SegAction);

	x_Location += NUM_OFFSET;
  stSuperNum3.pDrawPoint = LCD_DrawPoint;
	InitialSuperNum(&stSuperNum3,x_Location,y_Location,2,10,2);
	InitialSegShowAction(&stSuperNum3,(uint8_t*)SegAction);

	x_Location += NUM_OFFSET/2 + 2;
	stSuperNum4.pDrawPoint = LCD_DrawPoint;
	InitialSuperNum(&stSuperNum4,x_Location,y_Location,10,10,2);
	InitialSegShowAction(&stSuperNum4,(uint8_t*)SegAction);

	x_Location += NUM_OFFSET;
  stSuperNum5.pDrawPoint = LCD_DrawPoint;
	InitialSuperNum(&stSuperNum5,x_Location,y_Location,10,10,2);
	InitialSegShowAction(&stSuperNum6,(uint8_t*)SegAction);

	x_Location += NUM_OFFSET;
	stSuperNum6.pDrawPoint = LCD_DrawPoint;
	InitialSuperNum(&stSuperNum6,x_Location,y_Location,2,10,2);
	InitialSegShowAction(&stSuperNum6,(uint8_t*)SegAction);

	x_Location += NUM_OFFSET/2+2;
	stSuperNum7.pDrawPoint = LCD_DrawPoint;
	InitialSuperNum(&stSuperNum7,x_Location,y_Location+10,5,5,2);
	InitialSegShowAction(&stSuperNum7,(uint8_t*)SegAction);

	x_Location += NUM_OFFSET/2+4;
	stSuperNum8.pDrawPoint = LCD_DrawPoint;
	InitialSuperNum(&stSuperNum8,x_Location,y_Location+10,5,5,2);
	InitialSegShowAction(&stSuperNum8,(uint8_t*)SegAction);
	
}


/*************************************************************************
 ** Function Name:	sDynamicClockProcess		                               
 ** Purpose:		动态时钟处理		        
 ** Params:															                              
 **	@ 	                                        			 
 ** Return:							  	 
 ** Notice:	  None.												 
 ** Author:		公众号:最后一个bug											 
 *************************************************************************/
void sDynamicClockProcess(void)
{
  	static timerCnt = 0;
	static uint16_t DPoint = 11;
	static uint16_t CurrHour = 23;  //当前小时
	static uint16_t CurrMin = 59;   //当前分钟
	static uint16_t CurrSec = 50;   //当前s
	static uint16_t CurrSecOld = 0xFFFF;//保存的s
	static uint16_t SecondPoint = 0;
	time_t timep,timep2;//保存当前系统秒单位时间
	struct tm result;//保存时间结构体
	while(1)
	{
		timep=time(NULL);
		if(timep!=timep2)	
		{
			timep2=timep;
			localtime_r(&timep,&result);//将秒单位时间转换为时间结构体
			CurrHour=result.tm_hour;
			CurrMin=result.tm_min;
			CurrSec=result.tm_sec;
		}
		//下面是更新显示处理
			if(CurrSecOld != CurrSec)
			{
				if(CurrSecOld == 0xFFFF) //表示开机第1s不处理
				{
					CurrSecOld = 0xFFFE;
				}
				else 
				{
				CurrSecOld = CurrSec;//更新
				DPoint = ((DPoint == 11)?(DPoint = 10):(DPoint = 11)); //点闪烁
				}
			}
				
			if(CurrSecOld < 60)
			{
				SuperNumActionPlay(&stSuperNum1,(uint8_t*)SegAction,CurrHour/10);
				SuperNumActionPlay(&stSuperNum2,(uint8_t*)SegAction,CurrHour%10);
				SuperNumActionPlay(&stSuperNum3,(uint8_t*)SegAction,DPoint);
				SuperNumActionPlay(&stSuperNum4,(uint8_t*)SegAction,CurrMin/10);
				SuperNumActionPlay(&stSuperNum5,(uint8_t*)SegAction,CurrMin%10);
				SuperNumActionPlay(&stSuperNum6,(uint8_t*)SegAction,DPoint);
				SuperNumActionPlay(&stSuperNum7,(uint8_t*)SegAction,CurrSecOld/10);
				SuperNumActionPlay(&stSuperNum8,(uint8_t*)SegAction,CurrSecOld%10);	
				ioctl(fd,OLED_REFLASH);
			}
	}		
}

审核编辑：汤梓红

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