4. mmap 映射帧缓冲：将帧缓冲设备文件映射到用户空间

帧缓冲设备（/dev/fb0）在 Linux 内核中本质是一段连续的物理内存区域。用户空间程序无法直接访问内核态物理地址，必须通过 mmap() 系统调用将这段内核缓冲区映射到进程的虚拟地址空间。本章详细拆解映射前的参数准备、映射大小计算以及关键配置项。

4.1 映射前的三要素准备

在调用 mmap() 之前，必须从帧缓冲设备获取三个核心参数：屏幕分辨率、每像素位数（bpp） 和 行跨度（stride/line_length）。这些参数通过 ioctl() 读取 fb_var_screeninfo 和 fb_fix_screeninfo 结构体获得。

4.2 映射大小计算：两种策略对比

映射大小直接影响可访问的显存范围和性能。以下是两种主流计算策略：

• 策略 A（精确映射）： size = line_length * yres。仅映射可见显示区域，节省虚拟地址空间，适合单缓冲场景。
• 策略 B（全缓冲映射）： size = smem_len。映射整个帧缓冲物理内存，包含可能存在的硬件光标、叠加层或双缓冲区域，适合复杂图形场景。

// 策略 A 示例代码
#include <linux/fb.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int fb_fd;
struct fb_var_screeninfo var;
struct fb_fix_screeninfo fix;
unsigned char *fb_ptr;
long screensize;

// 1. 打开设备
fb_fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
if (fb_fd == -1) { /* 错误处理 */ }

// 2. 获取可变信息（分辨率、bpp）
ioctl(fb_fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &var);
// 3. 获取固定信息（line_length、smem_len）
ioctl(fb_fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix);

// 4. 计算映射大小（策略 A：精确映射）
screensize = fix.line_length * var.yres;

// 5. mmap 映射
fb_ptr = mmap(NULL, screensize,
              PROT_READ | PROT_WRITE,
              MAP_SHARED,
              fb_fd, 0);

if (fb_ptr == MAP_FAILED) { /* 错误处理 */ }

// 使用 fb_ptr 进行像素操作...

// 6. 解除映射
munmap(fb_ptr, screensize);
close(fb_fd);

4.3 mmap 参数配置深度解析

mmap() 原型为 void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset)。针对帧缓冲场景，各参数配置如下：

4.4 映射流程与内存布局 SVG

下图展示了从用户空间 mmap() 调用到帧缓冲物理内存的完整映射链路：

4.5 映射后验证清单

完成 mmap() 后，建议执行以下验证步骤确保映射正确：

1. 检查返回值： MAP_FAILED（即 (void*)-1）表示映射失败，检查 errno（常见 EINVAL、ENOMEM、EACCES）。
2. 验证可访问范围： 尝试读写映射区域最后一个字节（fb_ptr[screensize - 1]），不触发 SIGSEGV 即成功。
3. 检查页对齐： 映射大小会被内核向上取整到页大小（通常 4096 字节），实际可用大小可能略大于请求的 screensize，但不要依赖。
4. 性能基准： 使用 gettimeofday() 或 clock_gettime() 测量一次全屏填充耗时，作为后续优化对比基线。

4.6 常见映射错误与排查