对FrameBuffer的一夜hack。。。

wsw

大家都知道Unix/Linux系统是由命令驱动的。那么最基本的系统是命令行的（就是想DOS一样的界面）。X－Window－System是Unix/Linux上的图形系统，它是通过X－Server来控制硬件的。但有一些Linux的发行版在引导的时候就会在屏幕上出现图形，这时的图形是不可能由X来完成的，那是什么机制呢？答案是FrameBuffer。
        FrameBuffer不是一个图形系统，更不是窗口系统。它比X要低级，简单来说FrameBuffer就是一种机制的实现。这种机制是把屏幕上的每个点映射成一段线性内存空间，程序可以简单的改变这段内存的值来改变屏幕上某一点的颜色。X的高度可移植性就是来自于这种机制，不管是在那种图形环境下，只要有这种机制的实现就可以运行X。所以在几乎所有的平台上都有相应的X版本的移植。
        好了，闲话少说，下面我们来看看可以利用FrameBuffer来干点什么。首先看看你是否有了相应的驱动：找一下在/dev/下是否有fb*这个设备文件，这是个字符类的特殊文件。

2. ls -l /dev/fb0        (Enter)                                         
3. crw-rw----  1 root video 29, 0 Jan 27 15:32 /dev/fb0

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如果没有这个文件也可以找找其他的比如：/dev/fb1,/dev/fb2...如果找不到这些文件，那就得重新编译内核了。下面假设存在这个文件/dev/fb0，这就是FrameBuffer的设备文件。
        有了这个我们可以play with FrameBuffer了。（一下的操作不一定要在X下，可以在启动了FrameBuffer的虚拟控制台下）

2. cat /dev/fb0 > sreensnap
4. ls -l sreensnap
6. -rw-r--r--  1 wsw wsw 6291456 Jan 27 21:30 sreensnap

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我们得到了一个恰好6M的文件，再做下面的操作：

2. clear                                        /*清楚屏幕的输出*/
3. cat sreensnap > /dev/fb0

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是不是奇怪的事情发生了？好像是中了病毒一般？屏幕又恢复了以前的状态？不用着急，

2. clear

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这样屏幕就正常了。

通过以上的操作，我想你也猜到了。文件/dev/fb0就是控制屏幕上的每一点的颜色的文件。我们可以写程序来改变这个文件的内容，就可以方便的在屏幕上画图了:-)

我下面就来写一个小程序，探测一下屏幕的属性。

2. #include <unistd.h>
3. #include <stdio.h>
4. #include <fcntl.h>
5. #include <linux/fb.h>
6. #include <sys/mman.h>
8. int main () {
9.         int fp=0;
10.         struct fb_var_screeninfo vinfo;
11.         struct fb_fix_screeninfo finfo;
12.         fp = open ("/dev/fb0",O_RDWR);
14.         if (fp < 0){
15.                 printf("Error : Can not open framebuffer device\n");
16.                 exit(1);
17.         }
19.         if (ioctl(fp,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo)){
20.                 printf("Error reading fixed information\n");
21.                 exit(2);
22.         }
23.        
24.         if (ioctl(fp,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo)){
25.                 printf("Error reading variable information\n");
26.                 exit(3);
27.         }
29.         printf("The mem is :%d\n",finfo.smem_len);
30.         printf("The line_length is :%d\n",finfo.line_length);
31.         printf("The xres is :%d\n",vinfo.xres);
32.         printf("The yres is :%d\n",vinfo.yres);
33.         printf("bits_per_pixel is :%d\n",vinfo.bits_per_pixel);
34.         close (fp);
35. }

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struct fb_var_screeninfo 和 struct fb_fix_screeninfo 两个数据结构是在/usr/include/linux/fb.h中定义的，里面有些有趣的值：（都是无符号32位的整数）
在fb_fix_screeninfo中有
__u32 smem_len 是这个/dev/fb0的大小，也就是内存大小。
__u32 line_length 是屏幕上一行的点在内存中占有的空间，不是一行上的点数。
在fb_var_screeninfo 中有
__u32 xres ，__u32 yres 是x和y方向的分辨率，就是两个方向上的点数。
__u32 bits_per_pixel 是每一点占有的内存空间。

把上面的程序编译以后运行，在我的机器上的结果如下：

2. The mem is :6291456
3. The line_length is :4096
4. The xres is :1024
5. The yres is :768
6. bits_per_pixel is :32

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        内存长度恰好是6M，每行占有4M的空间，分辨率是1024x768，色彩深度是32位。细心的你可能已经发现有些不对。屏幕上的点有1024x768＝786432个，每个点占有32比特。屏幕一共的占有内存数为32x786432＝25165824 就是3145728字节，恰好是3M但是上面的程序告诉我们有6M的存储空间。这是因为在现代的图形系统中大多有缓冲技术，显存中存有两页屏幕数据，这是方便快速的改变屏幕内容实现动画之类比较高的要求。关于这种缓冲技术有点复杂，我们目前先不讨论。对于我们来说只有这3M内存来存放这一个屏幕的颜色数据。
        好了，现在你应该对FrameBuffer有一个大概的了解了吧。那么接下来你一定会想在屏幕上画一些东西，让我们先从画一个点开始吧。先说说我的想法：在类Unix系统中，一切东西都是文件。我们对屏幕的读写就可以转换成对/dev/fb0的读写。那么就把/dev/fb0用open打开，再用lseek定位要读写的位置，最后调用read或者write来操作。通过这么一大段的操作我们才完成了对一个点的读或者写。这种方法开销太大了。还有一种方法，我们把/dev/fb0映射到程序进程的内存空间中来，然后得到一个指向这段存储空间的指针，这样就可以方便的读写了。但是我们要知道能映射多少和该映射多少，这能很方便的从上面一个程序得出的参数来决定。
下面是程序代码：

2. #include <unistd.h>
3. #include <stdio.h>
4. #include <fcntl.h>
5. #include <linux/fb.h>
6. #include <sys/mman.h>
8. int main () {
9.         int fp=0;
10.         struct fb_var_screeninfo vinfo;
11.         struct fb_fix_screeninfo finfo;
12.         long screensize=0;
13.         char *fbp = 0;
14.         int x = 0, y = 0;
15.         long location = 0;
16.         fp = open ("/dev/fb0",O_RDWR);
18.         if (fp < 0){
19.                 printf("Error : Can not open framebuffer device\n");
20.                 exit(1);
21.         }
23.         if (ioctl(fp,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo)){
24.                 printf("Error reading fixed information\n");
25.                 exit(2);
26.         }
27.        
28.         if (ioctl(fp,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo)){
29.                 printf("Error reading variable information\n");
30.                 exit(3);
31.         }
33.                 screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;
34.         /*这就是把fp所指的文件中从开始到screensize大小的内容给映射出来，得到一个指向这块空间的指针*/
35.         fbp =(char *) mmap (0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fp,0);
36.           if ((int) fbp == -1)
37.             {
38.                       printf ("Error: failed to map framebuffer device to memory.\n");
39.                       exit (4);
40.             }
41. /*这是你想画的点的位置坐标,(0，0)点在屏幕左上角*/
42.          x = 100;
43.            y = 100;
44.         location = x * (vinfo.bits_per_pixel / 8) + y  *  finfo.line_length;
46.   *(fbp + location) = 100;                /* 蓝色的色深 */                /*直接赋值来改变屏幕上某点的颜色*/
47.   *(fbp + location + 1) = 15;        /* 绿色的色深*/                 
48.   *(fbp + location + 2) = 200;        /* 红色的色深*/                 
49.   *(fbp + location + 3) = 0;                /* 是否透明*/               
50.   munmap (fbp, screensize);        /*解除映射*/
51.   close (fp);                                /*关闭文件*/
52.   return 0;
54. }

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        因为这是对线性存储空间的读写，所以代码有点不清晰，不易理解。但是有了这个基本的代码实现，我们可以很容易写一些DrawPoint之类的函数去包装一下低层的对线性存储空间的读写。但是有了画点的程序，再写出画线画圆的函数就不是非常困难了。

        这些就是我对FrameBuffer的初步研究，匆忙之间写些东西不成文章,以后要写些更高级一点的函数的实现。

biinn

好东西。感到好熟悉，十几年前在DOS下写图形界面的程序就是读写0xa000那段内存，输出汉字也没问题。原来linux也能这样用。有时间琢磨琢磨。

Wallace.lee

好贴。支持你的努力

memory

好文章，让我了解了fb是怎么工作的。

wide288

Gtk Qt 是不是通过操作 fb 来画图的呢？
这样画的图在鼠标移过时，图就会被更新，那更新出来的图，是存在那里的呢？
fb 里存放的数据是否存有正在看的电影的显示呢？

skykingf

强人+强贴..........

wsw

framebuffer 要比X-window-system低级。而GTK和QT是建立在Xlib上的，至于如何来实现鼠标那应该是X-server的事情了，在安装X-window-system（debian）时会让你选择要不要内核的framebuffer支持，理论上选和不选都可以。如果不选，X会用它自带的驱动来实现对线性内存空间的读写改变屏幕显示。

这只是一个机制，实现不一定非要framebuffer不可。但在Linux（kernel>2.2）上用framebuffer来实现X总是可以的。

d00m3d

嘿嘿，又长见识了，望楼主多分享经验及心得，值得加精鼓励;)

nbyh

希望多看到这种文章

rushrush

有个叫 direct frame buffer 的项目，做的类似于楼主所说的事情：
http://www.directfb.org/