3. fbdev 核心数据结构：fb_info、fb_ops、fb_var_screeninfo 详解

在 Linux fbdev 子系统中，三个核心数据结构构成了驱动与用户空间交互的基石：fb_info（帧缓冲设备描述符）、fb_ops（操作函数表）和 fb_var_screeninfo（可变屏幕参数）。理解这三者的关系与字段含义，是编写或移植 fbdev 驱动的第一步。

3.1 整体架构关系

下图展示了三个核心数据结构在 fbdev 驱动模型中的协作关系：

3.2 struct fb_info —— 帧缓冲设备描述符

struct fb_info 是 fbdev 驱动中最重要的数据结构，每个帧缓冲设备对应一个实例。它包含了设备的所有状态信息、操作函数指针、屏幕参数以及底层内存管理数据。

3.3 struct fb_ops —— 操作函数表

struct fb_ops 定义了驱动必须实现或可选实现的回调函数集合。用户空间通过 ioctl 系统调用触发这些回调，完成显示控制。

struct fb_ops {
    /* 必须实现的回调 */
    int (*fb_open)(struct fb_info *info, int user);
    int (*fb_release)(struct fb_info *info, int user);
    int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);
    int (*fb_set_par)(struct fb_info *info);
    int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green,
                        unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info);
    int (*fb_blank)(int blank_mode, struct fb_info *info);
    /* 可选实现：加速操作 */
    int (*fb_fillrect)(struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect);
    int (*fb_copyarea)(struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *area);
    int (*fb_imageblit)(struct fb_info *info, const struct fb_image *image);
    /* 可选实现：I/O 内存映射 */
    int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct vm_area_struct *vma);
    /* 可选实现：电源管理 */
    int (*fb_sync)(struct fb_info *info);
    /* ... 其他回调 */
};

3.4 struct fb_var_screeninfo —— 可变屏幕参数

struct fb_var_screeninfo 是用户空间与内核驱动之间交换显示参数的核心结构。它包含了分辨率、位深、像素时钟、时序等可动态调整的参数。

struct fb_var_screeninfo {
    __u32 xres;           /* 可见水平分辨率（像素） */
    __u32 yres;           /* 可见垂直分辨率（像素） */
    __u32 xres_virtual;   /* 虚拟水平分辨率（支持滚屏） */
    __u32 yres_virtual;   /* 虚拟垂直分辨率（支持滚屏） */
    __u32 xoffset;        /* 虚拟到可见的水平偏移 */
    __u32 yoffset;        /* 虚拟到可见的垂直偏移 */
    __u32 bits_per_pixel; /* 每像素位数（bpp） */
    __u32 grayscale;      /* 灰度标志：0=彩色，非0=灰度 */
    /* 颜色位域：描述 RGB 各分量在像素中的位置和宽度 */
    struct fb_bitfield red;     /* 红色通道位域 */
    struct fb_bitfield green;   /* 绿色通道位域 */
    struct fb_bitfield blue;    /* 蓝色通道位域 */
    struct fb_bitfield transp;  /* 透明度通道位域 */
    /* 时序参数（像素时钟单位：皮秒） */
    __u32 pixclock;       /* 像素时钟周期（皮秒） */
    __u32 left_margin;    /* 行同步前沿（HBP） */
    __u32 right_margin;   /* 行同步后沿（HFP） */
    __u32 upper_margin;   /* 帧同步前沿（VBP） */
    __u32 lower_margin;   /* 帧同步后沿（VFP） */
    __u32 hsync_len;      /* 行同步脉冲宽度 */
    __u32 vsync_len;      /* 帧同步脉冲宽度 */
    __u32 sync;           /* 同步极性标志 */
    __u32 vmode;          /* 显示模式：FB_VMODE_NONINTERLACED 等 */
    __u32 rotate;         /* 旋转角度：0/90/180/270 */
    /* ... 其他字段 */
};

3.5 参数验证流程

当用户空间通过 FBIOPUT_VSCREENINFO ioctl 设置新参数时，内核会执行以下验证流程：

3.6 颜色位域详解

struct fb_bitfield 用于描述颜色通道在像素数据中的编码方式，是理解不同色深格式的关键：

3.7 虚拟分辨率与滚屏机制

xres_virtual 和 yres_virtual 支持比可见区域更大的虚拟画布，通过 xoffset / yoffset 实现滚屏。这种机制在控制台终端滚动时非常有用：

/* 设置虚拟分辨率大于可见分辨率，实现双缓冲滚屏 */
info->var.xres = 1024;
info->var.yres = 768;
info->var.xres_virtual = 1024;
info->var.yres_virtual = 1536;  /* 两倍高度 */
info->var.xoffset = 0;
info->var.yoffset = 0;          /* 显示上半部分 */
/* 用户空间通过 FBIOPAN_DISPLAY ioctl 调整 yoffset 实现滚屏 */