linux lcd设备驱动剖析三

上一节文章中详细地剖析了probe函数，但是从始至终都没有看到打开读写文件接口的操作函数，只看到了下面这个操作结构体

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1. static struct fb_ops s3c2410fb_ops = {
2. .owner          = THIS_MODULE,
3. .fb_check_var   = s3c2410fb_check_var,
4. .fb_set_par     = s3c2410fb_set_par,
5. .fb_blank       = s3c2410fb_blank,
6. .fb_setcolreg   = s3c2410fb_setcolreg,
7. .fb_fillrect    = cfb_fillrect,
8. .fb_copyarea    = cfb_copyarea,
9. .fb_imageblit   = cfb_imageblit,
10. };

这并不是我们想要的打开读写操作函数。上一节文章链接：http://blog.csdn.net/lwj103862095/article/details/18189765

问：那到底帧缓冲设备的文件操作结构体在哪里呢？

答：在drivers/vedio/fbmem.c文件里。

从入口函数开始看：

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1. static int __init
2. fbmem_init(void)
3. {
4. proc_create("fb", 0, NULL, &fb_proc_fops);
5. if (register_chrdev(FB_MAJOR,"fb",&fb_fops))
6. printk("unable to get major %d for fb devs\n", FB_MAJOR);
7. fb_class = class_create(THIS_MODULE, "graphics");
8. if (IS_ERR(fb_class)) {
9. printk(KERN_WARNING "Unable to create fb class; errno = %ld\n", PTR_ERR(fb_class));
10. fb_class = NULL;
11. }
12. return 0;
13. }

fbmem_init注册了一个主设备号为29的字符设备，并创了graphics类（图形类）。

字符设备有一个关键的成员是文件操作结构体

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1. static const struct file_operations fb_fops = {
2. .owner          = THIS_MODULE,
3. .read           = fb_read,
4. .write          = fb_write,
5. .unlocked_ioctl = fb_ioctl,
6. .mmap           = fb_mmap,
7. .open           = fb_open,
8. .release        = fb_release,
9. #ifdef HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA
10. .get_unmapped_area = get_fb_unmapped_area,
11. #endif
12. };

理所当然的，我们应当首先看的函数是open函数

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1. static int
2. fb_open(struct inode *inode, struct file *file)
3. __acquires(&info->lock)
4. __releases(&info->lock)
5. {
6. int fbidx = iminor(inode);      /* 得到次设备号 */
7. struct fb_info *info;
8. int res = 0;
9. if (fbidx >= FB_MAX)         /* 次设备号有没有大于规定的最大值32 */
10. return -ENODEV;             /* 没有这样的设备 */
11. info = registered_fb[fbidx];    /* 使用次设备号得到fb_info结构体 */
12. if (!info)
13. request_module("fb%d", fbidx);
14. /* 再次使用次设备号得到fb_info结构体 */
15. info = registered_fb[fbidx];
16. if (!info)
17. return -ENODEV;
18. mutex_lock(&info->lock);     /* 获取mutex */
19. /* 获取模块使用计数module，成功返回非NULL */
20. if (!try_module_get(info->fbops->owner)) {
21. res = -ENODEV;
22. goto out;
23. }
24. /* 从registered_fb[]数组项里找到一个fb_info结构体保存到
25. * struct file结构中的私有信息指针赋值给它呢是为了以后调用
26. * read、write、ioctl等系统调用时找到这个struct fb_info结构
27. */
28. file->private_data = info;
29. /* registered_fb[]数组项里有没有默认的fb_open函数,如果有就使用它 */
30. if (info->fbops->fb_open) {
31. res = info->fbops->fb_open(info,1);
32. /* 有默认的fb_open并成功打开就删除模块计数 */
33. if (res)
34. module_put(info->fbops->owner);
35. }
36. #ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO        /* 这里没有定义，不用理会 */
37. if (info->fbdefio)
38. fb_deferred_io_open(info, inode, file);
39. #endif
40. out:
41. mutex_unlock(&info->lock);   /* 释放mutex */
42. return res;
43. }

发现fb_open函数是围绕fb_info来实现的，而fb_info设置为registered_fb[fbidx]

问：registered_fb[fbidx]结构体数组是在哪里被设置？

答：register_framebuffer函数里设置registered_fb

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1. /* register_framebuffer()函数的主要工作是设置fb_info结构体的一些成员 */
2. int
3. register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)
4. {
5. int i;
6. struct fb_event event;
7. struct fb_videomode mode;
8. /* num_registered_fb代表注册帧缓冲设备的个数 */
9. if (num_registered_fb == FB_MAX)
10. return -ENXIO;
11. if (fb_check_foreignness(fb_info))
12. return -ENOSYS;
13. num_registered_fb++;
14. /* 当registered_fb[]项都为NULL，就会break,找到一个空的次设备号 */
15. for (i = 0 ; i < FB_MAX; i++)
16. if (!registered_fb[i])
17. break;
18. fb_info->node = i;
19. mutex_init(&fb_info->lock);      /* 初始化mutex */
20. /* 因为在init加载函数里只创建了类，这里在类下面创建设备 */
21. fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device,
22. MKDEV(FB_MAJOR, i), NULL, "fb%d", i);
23. if (IS_ERR(fb_info->dev)) {
24. /* Not fatal */
25. printk(KERN_WARNING "Unable to create device for framebuffer %d; errno = %ld\n", i, PTR_ERR(fb_info->dev));
26. fb_info->dev = NULL;
27. } else
28. fb_init_device(fb_info);    /* 对struct fb_info做一些初始化 */
29. /* 初始化fb_info->pixmap结构体成员 */
30. if (fb_info->pixmap.addr == NULL) {
31. fb_info->pixmap.addr = kmalloc(FBPIXMAPSIZE, GFP_KERNEL); /* 8K大小 */
32. if (fb_info->pixmap.addr) {
33. fb_info->pixmap.size = FBPIXMAPSIZE; /* 8K */
34. fb_info->pixmap.buf_align = 1;
35. fb_info->pixmap.scan_align = 1;
36. fb_info->pixmap.access_align = 32;
37. fb_info->pixmap.flags = FB_PIXMAP_DEFAULT;
38. }
39. }
40. fb_info->pixmap.offset = 0;
41. if (!fb_info->pixmap.blit_x)
42. fb_info->pixmap.blit_x = ~(u32)0;
43. if (!fb_info->pixmap.blit_y)
44. fb_info->pixmap.blit_y = ~(u32)0;
45. if (!fb_info->modelist.prev || !fb_info->modelist.next)
46. INIT_LIST_HEAD(&fb_info->modelist);  /* 初始化modelist链表 */
47. fb_var_to_videomode(&mode, &fb_info->var);
48. fb_add_videomode(&mode, &fb_info->modelist);
49. /* registered_fb[]数组项在这里被设置 */
50. registered_fb[i] = fb_info;
51. event.info = fb_info;
52. if (!lock_fb_info(fb_info)) /* 上锁 */
53. return -ENODEV;
54. fb_notifier_call_chain(FB_EVENT_FB_REGISTERED, &event);
55. unlock_fb_info(fb_info);    /* 解锁 */
56. return 0;
57. }

fb_read函数源码分析

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1. static ssize_t
2. fb_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
3. {
4. unsigned long p = *ppos;
5. /* 通过file结构体的成员得到inode节点 */
6. struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
7. /* 获取次设备号 */
8. int fbidx = iminor(inode);
9. /* 以次设备号为下标找到一项fb_info结构体 */
10. struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];
11. u32 *buffer, *dst;
12. u32 __iomem *src;
13. int c, i, cnt = 0, err = 0;
14. unsigned long total_size;
15. if (!info || ! info->screen_base) /* screen_base是虚拟(显存)基地址 */
16. return -ENODEV;
17. if (info->state != FBINFO_STATE_RUNNING)
18. return -EPERM;      /* 禁止操作 */
19. /* 如果registered_fb[]项里面提供了fb_read()函数，就调用下面的函数 */
20. if (info->fbops->fb_read)
21. return info->fbops->fb_read(info, buf, count, ppos);
22. /* 没有默认的读函数就从下面的screen_base里读数据 */
23. total_size = info->screen_size;  /* x*y*4，x,y分别为屏幕分辨率 */
24. if (total_size == 0)
25. total_size = info->fix.smem_len; /* fb缓冲区的长度 */
26. if (p >= total_size)         /* 调整读的偏移位置 */
27. return 0;
28. if (count >= total_size)
29. count = total_size;         /* 一次性最多读多少个字节 */
30. if (count + p > total_size)
31. count = total_size - p;     /* 调整读的位置及能读多少字节 */
32. /* 分配内存，最大分配4K的大小 */
33. buffer = kmalloc((count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count,
34. GFP_KERNEL);
35. if (!buffer)
36. return -ENOMEM;
37. src = (u32 __iomem *) (info->screen_base + p);  /* 源虚拟基地址 */
38. /* 如果registered_fb[]项里面提供了fb_sync()函数，就调用下面的函数 */
39. if (info->fbops->fb_sync)
40. info->fbops->fb_sync(info);
41. while (count) {
42. /* 读多少计数变量，单位为byte */
43. c  = (count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count;
44. /* buffer是指向刚分配内存的首地址的指针 */
45. dst = buffer;   /* dst指针指向buffer */
46. /* 先除以4，因为每次读4个字节 */
47. for (i = c >> 2; i--; )
48. *dst++ = fb_readl(src++);   /* 拷贝源虚拟机基地址的数据到目标地址 */
49. /* 判断是否以字节为单位来读取 */
50. if (c & 3) {
51. u8 *dst8 = (u8 *) dst;
52. u8 __iomem *src8 = (u8 __iomem *) src;
53. for (i = c & 3; i--;)
54. *dst8++ = fb_readb(src8++);/* 拷贝源虚拟机基地址的数据到目标地址 */
55. src = (u32 __iomem *) src8;
56. }
57. /* 从内核刚申请内存的地址buffer拷贝c长度的数据到用户空间的buf里去 */
58. if (copy_to_user(buf, buffer, c)) {
59. err = -EFAULT;  /* 成功拷贝，则err返回值为0 */
60. break;
61. }
62. *ppos += c;     /* 调整偏移位置 */
63. buf += c;       /* 调整用户的buf */
64. cnt += c;
65. /* count变量减去已经读取的c数量，用于判断while(count)是否为真*/
66. count -= c;
67. }
68. kfree(buffer);      /* 释放内存 */
69. return (err) ? err : cnt;   /* err = 0时，返回被拷贝成功的数量cnt */
70. }

fb_write函数源码分析

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1. static ssize_t
2. fb_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
3. {
4. unsigned long p = *ppos;
5. struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
6. int fbidx = iminor(inode);
7. struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];
8. u32 *buffer, *src;
9. u32 __iomem *dst;
10. int c, i, cnt = 0, err = 0;
11. unsigned long total_size;
12. if (!info || !info->screen_base)
13. return -ENODEV;
14. if (info->state != FBINFO_STATE_RUNNING)
15. return -EPERM;
16. if (info->fbops->fb_write)
17. return info->fbops->fb_write(info, buf, count, ppos);
18. total_size = info->screen_size;
19. if (total_size == 0)
20. total_size = info->fix.smem_len;
21. if (p > total_size)
22. return -EFBIG;
23. if (count > total_size) {
24. err = -EFBIG;
25. count = total_size;
26. }
27. if (count + p > total_size) {
28. if (!err)
29. err = -ENOSPC;
30. count = total_size - p;
31. }
32. buffer = kmalloc((count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count,
33. GFP_KERNEL);
34. if (!buffer)
35. return -ENOMEM;
36. dst = (u32 __iomem *) (info->screen_base + p);   /* 源虚拟基地址 */
37. if (info->fbops->fb_sync)
38. info->fbops->fb_sync(info);
39. while (count) {
40. c = (count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count;
41. src = buffer;   /* buffer为指向刚申请的内存的指针 */
42. /* 从用户空间的buf地址里拷贝c长度的数据到src内存里，成功时返回0 */
43. if (copy_from_user(src, buf, c)) {
44. err = -EFAULT;
45. break;
46. }
47. for (i = c >> 2; i--; )           /* 以4字节为单位拷贝数据 */
48. fb_writel(*src++, dst++);   /*     *dst++ = *src++     */
49. if (c & 3) {                    /* 以字节为单位拷贝数据 */
50. u8 *src8 = (u8 *) src;
51. u8 __iomem *dst8 = (u8 __iomem *) dst;
52. for (i = c & 3; i--; )
53. fb_writeb(*src8++, dst8++);
54. dst = (u32 __iomem *) dst8;
55. }
56. *ppos += c;
57. buf += c;
58. cnt += c;
59. count -= c;
60. }
61. kfree(buffer);
62. return (cnt) ? cnt : err;
63. }

fb_ioctl函数源码分析

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1. static long fb_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
2. {
3. struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
4. int fbidx = iminor(inode);
5. struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];
6. /* 这个才是真正的fb_ioctl驱动函数 */
7. return do_fb_ioctl(info, cmd, arg);
8. }

do_fb_ioctl函数根据cmd来设置各种命令，这里仅举例说明：

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1. switch (cmd) {
2. case FBIOGET_VSCREENINFO:       /* 获得可变的屏幕参数 */
3. if (!lock_fb_info(info))    /* 如果info->fbops不为空，则上锁，成功返回1 */
4. return -ENODEV;
5. var = info->var;         /* 可变参数变量的设置 */
6. unlock_fb_info(info);       /* 解锁 */
7. /* 从内核空间的var地址拷贝var大小的数据到用户空间的argp地址里去 */
8. ret = copy_to_user(argp, &var, sizeof(var)) ? -EFAULT : 0; /* 成功返回0 */
9. break;

fb_mmap源码分析：

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1. /* 这里分配的显存是在内核空间分配的，用户空间并不能直接访问，
2. * 所以需要用到这里的mmap函数，直接将这段内存空间映射到
3. * 用户空间去，用户空间就能访问这段内存空间了。
4. */
5. static int
6. fb_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct * vma)
7. __acquires(&info->lock)
8. __releases(&info->lock)
9. {
10. int fbidx = iminor(file->f_path.dentry->d_inode);
11. struct fb_info *info = registered_fb[fbidx]; /* 通过次设备号找到fb_info结构体 */
12. struct fb_ops *fb = info->fbops;
13. unsigned long off;
14. unsigned long start;
15. u32 len;
16. if (vma->vm_pgoff > (~0UL >> PAGE_SHIFT))
17. return -EINVAL;
18. off = vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
19. if (!fb)
20. return -ENODEV;
21. /* 如果registered_fb[]里有默认的fb_mmap就使用它 */
22. if (fb->fb_mmap) {
23. int res;
24. mutex_lock(&info->lock);
25. res = fb->fb_mmap(info, vma);
26. mutex_unlock(&info->lock);
27. return res;
28. }
29. mutex_lock(&info->lock);
30. /* frame buffer memory */
31. start = info->fix.smem_start;    /* fb缓冲内存的开始位置(物理地址) */
32. len = PAGE_ALIGN((start & ~PAGE_MASK) + info->fix.smem_len);
33. if (off >= len) {                /* 偏移值大于len长度 */
34. /* memory mapped io */      /* 内存映射的IO */
35. off -= len;
36. if (info->var.accel_flags) {
37. mutex_unlock(&info->lock);
38. return -EINVAL;
39. }
40. start = info->fix.mmio_start;
41. len = PAGE_ALIGN((start & ~PAGE_MASK) + info->fix.mmio_len);
42. }
43. mutex_unlock(&info->lock);
44. start &= PAGE_MASK;
45. if ((vma->vm_end - vma->vm_start + off) > len)
46. return -EINVAL;
47. off += start;
48. vma->vm_pgoff = off >> PAGE_SHIFT;
49. /* This is an IO map - tell maydump to skip this VMA */
50. vma->vm_flags |= VM_IO | VM_RESERVED;
51. fb_pgprotect(file, vma, off);
52. /* io_remap_pfn_range正式映射物理内存到用户空间虚拟地址 */
53. if (io_remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, off >> PAGE_SHIFT,
54. vma->vm_end - vma->vm_start, vma->vm_page_prot))
55. return -EAGAIN;
56. return 0;
57. }

问：怎么写LCD驱动程序？

1. 分配一个fb_info结构体: framebuffer_alloc

2. 设置

3. 注册: register_framebuffer

4. 硬件相关的操作