double buffer的fbdev驱动与应用
一、为何需要 double buffer？
single buffer 会导致：
屏幕撕裂（tearing），即在屏幕上同时看到多帧数据拼接在一起。
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single buffer 为何会造成撕裂：
refresh rate 和 frame rate 不一致。
refresh rate 表示的是 屏幕每秒能更新多少次显示，例如 30hz / 60hz。
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frame rate 表示的是 lcd controller / gpu 每秒能绘制多少帧数据，例如 30fps / 60fps。
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lcd controller / gpu 和 屏幕协作完成一帧图像的显示：
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在 single buffer 的场景下，lcd user 和 lcd controller / gpu 总是在共用同一个 framebuffer，且没有同步机制。
lcd user 是写者，lcd controller / gpu 是读者。
由于存在竞争关系且读写没有同步机制，framebuffer 里必须会发生同时存在frame n 和 frame n-1 的数据，此时 lcd 将 framebuffer 的数据显示出来时，就会看到撕裂的效果：
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可以通过 double buffer+vsync 解决撕裂的问题。
double buffer，顾名思义，就是有 2 个 framebuffer，其工作逻辑如下：
lcd controller ： draw fb0 to screen
lcd user ： write data to fb1
lcd controller ： draw fb1 to screen
lcd user ： write data to fb0
循环。..
vsync 机制则用于确保一帧图像能不被打断地显示在屏幕。
如何支持 double buffer？
需要驱动和应用互相配合：
二、编写支持 double buffer 的 fbdev 驱动
fbdev 框图：
先梳理一下思路：
让驱动支持 double buffer 需要做 3 件事。
1. 申请2 x buffer：
size = （2 * width * height）;
fbi-》screen_base = dma_alloc_wc（sfb-》dev， size， &map_dma， gfp_kernel）;
2. 将 buffer 相关的信息保存 struct fb_info-》 struct fb_var_screeninfo。
struct fb_var_screeninfo {
__u32 xres; /* visible resolution */
__u32 yres;
__u32 xres_virtual; /* virtual resolution */
__u32 yres_virtual;
__u32 xoffset; /* offset from virtual to visible */
__u32 yoffset; /* resolution */
。..
}
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xres 和 yres 是真实的 lcd 分辨率的宽和长;
xres_virtual 和 yres_virtual 是显存区域的宽和长;
xoffset 和 yoffset 用于指定当前使用哪一个 buffer 进行绘制。使用 buffer0 时 ，xoffset = 0，yoffset=0; 使用 buffer1 时，xoffset = 0， yoffset = yres * 1;
3. 支持切换 buffer，具体的就是实现 ioctl：fbiopan_display。
pan 的本意是平移，可以想象成显存上方有一个取景框，平移取景框可以看到不同的显示内容。
实例分析：goldfishfb.c
goldfishfb.c 是虚拟硬件 goldfish 的 fbdev 驱动，我们可以参考这个文件，学习如何实现 double buffer。
1. 分配 2 x buffer：
int goldfish_fb_probe（）
{
。..
framesize = width * height * 2 * 2;
fb-》fb.screen_base = （char __force __iomem *）dma_alloc_coherent（&pdev-》dev， framesize， &fbpaddr， gfp_kernel）;
}
2. 设置 fb_var_screeninfo：
int goldfish_fb_probe（）
{
。..
fb-》fb.var.xres = width;
fb-》fb.var.yres = height;
fb-》fb.var.xres_virtual = width;
fb-》fb.var.yres_virtual = height * 2;
}
3. 实现 ioctl / fbiopan_display：
static struct fb_ops goldfish_fb_ops = {
。..
.fb_pan_display = goldfish_fb_pan_display，
};
int goldfish_fb_pan_display（）
{
。..
// 将新的显存地址告知 lcd controller
writel（fb-》fb.fix.smem_start + fb-》fb.var.xres * 2 * var-》yoffset，
fb-》reg_base + fb_set_base）;
// 等待 lcd controller 的 vsync 信号
wait_event_timeout（fb-》wait，fb-》base_update_count ！= base_update_count， hz / 15）;
}
当lcd controller 将一帧图像完整地显示在 lcd 上后，就会产生一个中断，在中断里就会执行唤醒睡眠在 fb_pan_display 里的进程。
如果你想多了解一些，可以阅读 drm 框架里的 fbdev 兼容代码，此代码也是支持 double buffer的：
linux/drivers/gpu/drm/*/*_drm_fbdev.c
linux/drivers/gpu/drm/drm_fb_helper.c
三、编写支持 double buffer 的 fbdev 应用
驱动支持 double buffer 后，还得在应用程序里将其使用起来。
先梳理一下思路：
检查是否支持 double buffer;
使能 double buffer：fbioput_vscreeninfo;
更新 buffer 里数据;
通知驱动切换 buffer：fbiopan_display;
等待切换完成：fbio_waitforvsync;
实例分析：show_color.c
static int fd_fb;
static struct fb_fix_screeninfo fix; /* current fix */
static struct fb_var_screeninfo var; /* current var */
static int screen_size;
static unsigned char *fb_base;
static unsigned int line_width;
static unsigned int pixel_width;
int main（int argc， char **argv）
{
int i;
int ret;
int buffer_num;
int buf_idx = 1;
char *buf_next;
unsigned int colors［］ = {0x00ff0000， 0x0000ff00， 0x000000ff， 0， 0x00ffffff}; /* 0x00rrggbb */
struct timespec time;
。..
fd_fb = open（“/dev/fb0”， o_rdwr）;
ioctl（fd_fb， fbioget_fscreeninfo， &fix）;
ioctl（fd_fb， fbioget_vscreeninfo， &var）;
line_width = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
// 1. 获得 buffer 个数
buffer_num = fix.smem_len / screen_size;
printf（“buffer_num = %d
”， buffer_num）;
fb_base = （unsigned char *）mmap（null ， fix.smem_len， prot_read | prot_write， map_shared， fd_fb， 0）;
if （fb_base == （unsigned char *）-1） {
printf（“can‘t mmap
”）;
return -1;
}
if （（argv［1］［0］ == ’s‘） || （buffer_num == 1）） {
printf（“single buffer：
”）;
while （1） {
for （i = 0; i 《 sizeof（colors）/sizeof（colors［0］）; i++） {
lcd_draw_screen（fb_base， colors［i］）;
nanosleep（&time， null）;
}
}
} else {
printf（“double buffer：
”）;
// 2. 使能多 buffer
var.yres_virtual = buffer_num * var.yres;
ioctl（fd_fb， fbioput_vscreeninfo， &var）;
while （1） {
for （i = 0; i 《 sizeof（colors）/sizeof（colors［0］）; i++） {
// 3. 更新 buffer 里的数据
buf_next = fb_base + buf_idx * screen_size;
lcd_draw_screen（buf_next， colors［i］）;
// 4. 通知驱动切换 buffer
var.yoffset = buf_idx * var.yres;
ret = ioctl（fd_fb， fbiopan_display， &var）;
if （ret 《 0） {
perror（“ioctl（） / fbiopan_display”）;
}
// 5. 等待帧同步完成
ret = 0;
ioctl（fd_fb， fbio_waitforvsync， &ret）;
if （ret 《 0） {
perror（“ioctl（） / fbio_waitforvsync”）;
}
buf_idx = ！buf_idx;
nanosleep（&time， null）;
}
}
}
munmap（fb_base ， screen_size）;
close（fd_fb）;
return 0;
}
运行：
$ 。/show_color single
buffer_num = 1
single buffer：
$ 。/show_color double
buffer_num = 2
double buffer：
该程序会在屏幕上循环的显示不同的颜色。
当传入 “single” 参数时，使用单 buffer，可见撕裂。
当传入 “double” 参数时，使用双 buffer，不再撕裂。
代码不是很复杂，我就不再详细分析了。
如果你想多了解一些，可以阅读开源软件 sdl-1.2 里的 sdl_fbvideo.c，此代码也支持了 double buffer。
概述屏蔽电缆与非屏蔽电缆之间的区别
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节能电机 节能电机和普通电机的区别
AMD锐龙5000G系列台式处理器今日开售
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double buffer的fbdev驱动与应用
锂电行业的新技术和大事件介绍
运动控制器在网络技术方面的应用
智能医疗的发展将使得在未来拥有更大的空间
【紫光同创国产FPGA教程】【第二十七章】千兆以太网视频传输实验
技术分享：PCB板层布局与EMC
水压传感器工作原理及参数
LPWAN领域叫板NB-IoT和LoRa的“异类” 预言是否实现？
更多国家开始效仿中国 采用政策扶持与财政补贴加速电动汽车行业发展
美科学家开发自愈能力的新型塑料
混合式步进电机的优缺点
国外软件开发者自制HTC Vive控制器 具有手指跟踪功能
智能语音灯声控ic，智能照明语音识别芯片方案
常用的音频功放芯片
测量薄层电阻的四探针法
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在 single buffer 的场景下，lcd user 和 lcd controller / gpu 总是在共用同一个 framebuffer，且没有同步机制。
lcd user 是写者，lcd controller / gpu 是读者。
由于存在竞争关系且读写没有同步机制，framebuffer 里必须会发生同时存在frame n 和 frame n-1 的数据，此时 lcd 将 framebuffer 的数据显示出来时，就会看到撕裂的效果：
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可以通过 double buffer+vsync 解决撕裂的问题。
double buffer，顾名思义，就是有 2 个 framebuffer，其工作逻辑如下：
lcd controller ： draw fb0 to screen
lcd user ： write data to fb1
lcd controller ： draw fb1 to screen
lcd user ： write data to fb0
循环。..
vsync 机制则用于确保一帧图像能不被打断地显示在屏幕。
如何支持 double buffer？
需要驱动和应用互相配合：
二、编写支持 double buffer 的 fbdev 驱动
fbdev 框图：
先梳理一下思路：
让驱动支持 double buffer 需要做 3 件事。
1. 申请2 x buffer：
size = （2 * width * height）;
fbi-》screen_base = dma_alloc_wc（sfb-》dev， size， &map_dma， gfp_kernel）;
2. 将 buffer 相关的信息保存 struct fb_info-》 struct fb_var_screeninfo。
struct fb_var_screeninfo {
__u32 xres; /* visible resolution */
__u32 yres;
__u32 xres_virtual; /* virtual resolution */
__u32 yres_virtual;
__u32 xoffset; /* offset from virtual to visible */
__u32 yoffset; /* resolution */
。..
}
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xres 和 yres 是真实的 lcd 分辨率的宽和长;
xres_virtual 和 yres_virtual 是显存区域的宽和长;
xoffset 和 yoffset 用于指定当前使用哪一个 buffer 进行绘制。使用 buffer0 时 ，xoffset = 0，yoffset=0; 使用 buffer1 时，xoffset = 0， yoffset = yres * 1;
3. 支持切换 buffer，具体的就是实现 ioctl：fbiopan_display。
pan 的本意是平移，可以想象成显存上方有一个取景框，平移取景框可以看到不同的显示内容。
实例分析：goldfishfb.c
goldfishfb.c 是虚拟硬件 goldfish 的 fbdev 驱动，我们可以参考这个文件，学习如何实现 double buffer。
1. 分配 2 x buffer：
int goldfish_fb_probe（）
{
。..
framesize = width * height * 2 * 2;
fb-》fb.screen_base = （char __force __iomem *）dma_alloc_coherent（&pdev-》dev， framesize， &fbpaddr， gfp_kernel）;
}
2. 设置 fb_var_screeninfo：
int goldfish_fb_probe（）
{
。..
fb-》fb.var.xres = width;
fb-》fb.var.yres = height;
fb-》fb.var.xres_virtual = width;
fb-》fb.var.yres_virtual = height * 2;
}
3. 实现 ioctl / fbiopan_display：
static struct fb_ops goldfish_fb_ops = {
。..
.fb_pan_display = goldfish_fb_pan_display，
};
int goldfish_fb_pan_display（）
{
。..
// 将新的显存地址告知 lcd controller
writel（fb-》fb.fix.smem_start + fb-》fb.var.xres * 2 * var-》yoffset，
fb-》reg_base + fb_set_base）;
// 等待 lcd controller 的 vsync 信号
wait_event_timeout（fb-》wait，fb-》base_update_count ！= base_update_count， hz / 15）;
}
当lcd controller 将一帧图像完整地显示在 lcd 上后，就会产生一个中断，在中断里就会执行唤醒睡眠在 fb_pan_display 里的进程。
如果你想多了解一些，可以阅读 drm 框架里的 fbdev 兼容代码，此代码也是支持 double buffer的：
linux/drivers/gpu/drm/*/*_drm_fbdev.c
linux/drivers/gpu/drm/drm_fb_helper.c
三、编写支持 double buffer 的 fbdev 应用
驱动支持 double buffer 后，还得在应用程序里将其使用起来。
先梳理一下思路：
检查是否支持 double buffer;
使能 double buffer：fbioput_vscreeninfo;
更新 buffer 里数据;
通知驱动切换 buffer：fbiopan_display;
等待切换完成：fbio_waitforvsync;
实例分析：show_color.c
static int fd_fb;
static struct fb_fix_screeninfo fix; /* current fix */
static struct fb_var_screeninfo var; /* current var */
static int screen_size;
static unsigned char *fb_base;
static unsigned int line_width;
static unsigned int pixel_width;
int main（int argc， char **argv）
{
int i;
int ret;
int buffer_num;
int buf_idx = 1;
char *buf_next;
unsigned int colors［］ = {0x00ff0000， 0x0000ff00， 0x000000ff， 0， 0x00ffffff}; /* 0x00rrggbb */
struct timespec time;
。..
fd_fb = open（“/dev/fb0”， o_rdwr）;
ioctl（fd_fb， fbioget_fscreeninfo， &fix）;
ioctl（fd_fb， fbioget_vscreeninfo， &var）;
line_width = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
// 1. 获得 buffer 个数
buffer_num = fix.smem_len / screen_size;
printf（“buffer_num = %d
”， buffer_num）;
fb_base = （unsigned char *）mmap（null ， fix.smem_len， prot_read | prot_write， map_shared， fd_fb， 0）;
if （fb_base == （unsigned char *）-1） {
printf（“can‘t mmap
”）;
return -1;
}
if （（argv［1］［0］ == ’s‘） || （buffer_num == 1）） {
printf（“single buffer：
”）;
while （1） {
for （i = 0; i 《 sizeof（colors）/sizeof（colors［0］）; i++） {
lcd_draw_screen（fb_base， colors［i］）;
nanosleep（&time， null）;
}
}
} else {
printf（“double buffer：
”）;
// 2. 使能多 buffer
var.yres_virtual = buffer_num * var.yres;
ioctl（fd_fb， fbioput_vscreeninfo， &var）;
while （1） {
for （i = 0; i 《 sizeof（colors）/sizeof（colors［0］）; i++） {
// 3. 更新 buffer 里的数据
buf_next = fb_base + buf_idx * screen_size;
lcd_draw_screen（buf_next， colors［i］）;
// 4. 通知驱动切换 buffer
var.yoffset = buf_idx * var.yres;
ret = ioctl（fd_fb， fbiopan_display， &var）;
if （ret 《 0） {
perror（“ioctl（） / fbiopan_display”）;
}
// 5. 等待帧同步完成
ret = 0;
ioctl（fd_fb， fbio_waitforvsync， &ret）;
if （ret 《 0） {
perror（“ioctl（） / fbio_waitforvsync”）;
}
buf_idx = ！buf_idx;
nanosleep（&time， null）;
}
}
}
munmap（fb_base ， screen_size）;
close（fd_fb）;
return 0;
}
运行：
$ 。/show_color single
buffer_num = 1
single buffer：
$ 。/show_color double
buffer_num = 2
double buffer：
该程序会在屏幕上循环的显示不同的颜色。
当传入 “single” 参数时，使用单 buffer，可见撕裂。
当传入 “double” 参数时，使用双 buffer，不再撕裂。
代码不是很复杂，我就不再详细分析了。
如果你想多了解一些，可以阅读开源软件 sdl-1.2 里的 sdl_fbvideo.c，此代码也支持了 double buffer。
概述屏蔽电缆与非屏蔽电缆之间的区别
Oclaro发布1060nm DFB 种子激光器
节能电机 节能电机和普通电机的区别
AMD锐龙5000G系列台式处理器今日开售
中国最容易和最难被GPT所代替的TOP25职业！
double buffer的fbdev驱动与应用
锂电行业的新技术和大事件介绍
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