2. Framebuffer基础回顾：FB设备驱动模型、核心数据结构与关键操作函数

在深入DRM之前，必须牢固掌握Framebuffer（FB）设备驱动模型。FB是Linux内核中最早用于显示输出的统一抽象层，它将显示缓冲区抽象为一个可直接读写的内存区域，用户空间通过/dev/fbX设备节点操作显示。本节从驱动模型、核心数据结构struct fb_info以及关键操作函数三个维度进行系统回顾。

2.1 FB设备驱动模型架构

FB驱动模型采用“平台设备驱动”或“PCI设备驱动”的注册方式，核心是struct fb_info实例的分配、初始化与注册。整体架构分为三层：

• 硬件层：包含LCD控制器、DMA引擎、显存（VRAM）等物理资源。
• 驱动层：实现struct fb_ops中的回调函数，管理显存映射、寄存器配置、电源控制。
• 核心层：内核fbcon（帧缓冲控制台）和fbmem（帧缓冲内存管理）提供统一的文件操作接口。

2.2 核心数据结构：struct fb_info

struct fb_info是FB驱动的“心脏”，每个显示设备对应一个实例。该结构体定义在linux/fb.h中，包含以下关键字段：

2.3 关键操作函数：struct fb_ops

struct fb_ops是驱动与内核核心层的“契约”，驱动必须实现其中部分回调。以下是移植中最常涉及的函数：

2.4 驱动注册与注销流程

一个典型的FB驱动加载流程如下：

1. 分配fb_info：调用 framebuffer_alloc() 分配 struct fb_info 实例。
2. 填充固定参数：设置 fb_fix_screeninfo 中的 smem_start（物理地址）、smem_len（显存大小）、line_length（行字节数）。
3. 填充可变参数：设置 fb_var_screeninfo 的默认分辨率、位深、时序。
4. 注册fb_ops：将实现的回调函数指针赋值给 fb_info->fbops。
5. 注册设备：调用 register_framebuffer() 将设备注册到内核。
6. 注销：模块卸载时调用 unregister_framebuffer() 和 framebuffer_release()。

2.5 用户空间操作示例

以下代码展示应用层如何通过FB接口获取显示参数并直接绘制像素：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <linux/fb.h>

int main() {
    int fbfd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (fbfd < 0) { perror("open"); return -1; }

    struct fb_var_screeninfo vinfo;
    struct fb_fix_screeninfo finfo;

    // 获取可变参数（分辨率、位深）
    ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);
    // 获取固定参数（显存地址、行字节数）
    ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo);

    printf("分辨率: %dx%d, 位深: %d\n",
           vinfo.xres, vinfo.yres, vinfo.bits_per_pixel);

    long screensize = finfo.line_length * vinfo.yres;
    char *fbp = mmap(NULL, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE,
                     MAP_SHARED, fbfd, 0);
    if (fbp == MAP_FAILED) { perror("mmap"); close(fbfd); return -1; }

    // 将屏幕中间区域填充为红色 (RGB565: 0xF800)
    int x = vinfo.xres / 2, y = vinfo.yres / 2;
    long location = (x + vinfo.xres * y) * (vinfo.bits_per_pixel / 8);
    *((unsigned short *)(fbp + location)) = 0xF800;

    munmap(fbp, screensize);
    close(fbfd);
    return 0;
}

2.6 FB与DRM核心差异速览