フレームバッファ動作
Linuxが動いていると、フレームバッファは、/dev/fb0、/dev/fb1...の ように単純なブロックデバイスでアクセスできます。 それを以下のＵＲＬで知ったので、簡単に終わるだろうと思っていました。 http://telecom0.eng.niigata-u.ac.jp/index.php?FrameBuffer が、思わぬところで、はまってしまいました。 その顛末を紹介しますので、他山の石としてください。m(_ _)m
テストプログラム仕様
フレームバッファをアクセスするためには、プログラムが必要です。 そこで、先に紹介したＵＲＬを参考に次の仕様を作成しました。画面は、下図のようになるはずです。
- ＲＧＢを、上から下に帯のように表示する
- ２４０ラインあるので、色は８０ラインごとに変える
- フレームバッファアクセス不能の場合、情報を表示する
仕様が決まれば、各部分をコツコツ記述するだけです。
帯表示
８０ラインごとに、色を変更していけばよいので、単純に ２重ループで構成します。 後で、利用しやすいように、横のピクセル数と縦のライン数を マクロ定義しておきます。 #define X_PIXEL_MAX 320 #define Y_LINE_MAX 240 外ループはライン処理、内ループはピクセル処理に割り当て まずは、擬似コードで記述です。 for ( y = 0 ; y < Y_LINE_MAX ; y++ ) { /* 色決定 */ /* １ライン処理 */ for ( x = 0 ; x < X_PIXEL_MAX ; x++ ) { /* 格納位置計算 */ /* 着色 */ } } 色は、既にラベルで定義されているとして、８０ラインごとに 新しい色を設定します。 #define BORDER1 80 #define BORDER2 160 tcolor = COLOR_BLUE ; if ( y > BORDER2 ) { tcolor = COLOR_RED ; } else { if ( y > BORDER1 ) { tcolor = COLOR_GREEN ; } } 色が決まれば、それを３２０ピクセルに出すだけです。 フレームバッファの作り方に依存しますが、通常は、１ピクセルに 何ビット割り当てるかで、１、２、４バイトとアクセス方法が決ま ってしまいます。 今回は、デバイスドライバの仕様で、１ピクセル＝１６ビットなので ワード（２バイト）アクセスとします。 １ラインは、３２０ピクセルあるので、３２０×１６ビットです。 メモリは、バイトごとにアドレスを割り当てので、３２０×２×８ビット ＝６４０バイトで１ラインとなります。 １ピクセルは、２バイトを占めるので、フレームバッファのポインタを fbptr、メモリのバイトごとに振ったアドレスをlocationに入れて、次の 処理で１ピクセルの着色ができます。 *((unsigned short *)(fbptr + location)) = tcolor; バイトごとのアドレスを、符号なし１６ビットのアドレスに変換し １６ビットを一気に書き込みます。 次に、バイトごとに振ったアドレスを求める方法を検討します。 通常、フレームバッファは、アドレス計算を簡単にするために ２のベキ乗の位置から該当ラインのデータを格納します。 下図のように、ラインとラインの間に、隙間があるようになります。メモリ節約を考えると、隙間がないように、押し込みます。 どちらで構成しているのかを、ユーザーが考えるのは面倒なので Linuxの場合は、その情報を関数ioctlを実行すると構造体変数の 中に、必要な情報を入れてくれます。 次の２つ構造体変数を宣言して、システムコール関数openで フレームバッファのファイルディスクリプタを取得できると 情報を取得できる準備が整います。 struct fb_fix_screeninfo finfo; struct fb_var_screeninfo vinfo; finfoは、システム固有の固定情報を格納します。 vinfoは、スクリーンごとの可変情報を格納します。 実際に情報を取得する場合は、関数ioctlを利用します。 ここでは、ｘ方向のオフセット値、ｙ方向のオフセット値、 １ピクセルあたりのビット数等を取得します。 次のコードで、１ピクセルあたりのビット数とピクセル換算 の１ライン長を取得しておきます。 vbpp = vinfo.bits_per_pixel ; line_len = finfo.line_length ; ワードアクセスのメモリアドレスは、ベースアドレスからの オフセットに相当するので、次の計算で求められます。 #define DIV_BYTE 8 location = ((x+vinfo.xoffset) * vbpp / DIV_BYTE) + (y+vinfo.yoffset) * line_len ; 処理としてまとめると、以下になります。 for ( y = 0 ; y < Y_LINE_MAX ; y++ ) { /* 色決定 */ tcolor = COLOR_BLUE ; if ( y > BORDER2 ) { tcolor = COLOR_RED ; } else { if ( y > BORDER1 ) { tcolor = COLOR_GREEN ; } } /* １ライン処理 */ for ( x = 0 ; x < X_PIXEL_MAX ; x++ ) { /* 格納位置計算 */ location = ((x+vinfo.xoffset) * vbpp / DIV_BYTE) + (y+vinfo.yoffset) * line_len ; /* 着色 */ *((unsigned short *)(fbptr + location)) = tcolor; } }
色指定
色は、TrueColorで２４ビット利用しますが、LCDディスプレイは 出力できる色は、５１２色までなので、１６ビットを使うことに します。（デバイスドライバの仕様です。） １６ビットを使う場合は、ＲＧＢの占有するビットをどうするかを 指定します。と２通りの指定方法がありますが、デバイスドライバの関係で５：６：５ を使います。
- Ｒ：Ｇ：Ｂ＝５：５：５
- Ｒ：Ｇ：Ｂ＝５：６：５
各色が占めるビット数が決まると、次のように色を定義できます。
- #define COLOR_RED 0xf800 /* 11111 000000 00000 */
- #define COLOR_GREEN 0x07e0 /* 00000 111111 00000 */
- #define COLOR_BLUE 0x001f /* 00000 000000 11111 */
- #define COLOR_WHITE 0xffff /* 11111 111111 11111 */
- #define COLOR_BLACK 0x0000 /* 00000 000000 00000 */
- #define COLOR_YELLOW 0xffe0 /* 11111 111111 00000 */
情報取得
フレームバッファを利用するためには、ファイルディスクリプタを を取得しなければなりません。そのために、システムコール関数 openを使います。 #define DEVICE_NAME "/dev/fb0" /* 読み書き用にファイルを開く */ fd_framebuffer = open( DEVICE_NAME , O_RDWR); if ( !fd_framebuffer ) { send_current_error_msg("Framebuffer device open error !"); exit(1); } send_current_information("The framebuffer device was opened !"); フレームバッファをオープンできないと、何をやっても無駄なので、 そのまま終了します。 フレームバッファに関連する情報を、関数ioctlで構造体変数に格納させます。 /* 固定スクリーン情報取得 */ if ( ioctl( fd_framebuffer , FBIOGET_FSCREENINFO , &finfo ) ) { send_current_error_msg("Fixed information not gotton !"); exit(2); } /* 変動スクリーン情報取得 */ if ( ioctl( fd_framebuffer , FBIOGET_VSCREENINFO , &vinfo ) ) { send_current_error_msg("Variable information not gotton !"); exit(3); } 固定、変数の情報を入手できないと、正しい処理ができないので、 終了させます。
メモリアクセス処理
フレームバッファは、メモリなので、メモリへのアクセスに次の ２つの関数を利用します。関数mmapは、void型のポインタを返すので、キャストして １バイトアクセスのポインタに変換します。 fbptr = (char *)mmap(0,screensize,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd_framebuffer,0); ポインタがNULLでは、メモリにマップできないので、エラー種別を 表示して、終了させます。 if ( (int)fbptr == -1 ) { send_current_error_msg("Don't get framebuffer device to memory !"); exit(4); } send_current_information("The framebuffer device was mapped !"); 処理が終了したなら関数munmapで、メモリを解放します。 munmap(fbptr,screensize);
- デバイスをメモリにマップ → mmap
- メモリからデバイスをアンマップ → munmap
全ソースコード
これまでの内容をまとめて、ひとつのソースコードにします。 /* * fbtst.c * 2006.7.19 Kensuke Ooyu */ #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <linux/fb.h> #include <linux/fs.h> #include <sys/mman.h> #define DEVICE_NAME "/dev/fb0" #define DIV_BYTE 8 #define X_PIXEL_MAX 320 #define Y_LINE_MAX 240 #define BORDER1 80 #define BORDER2 160 #define COLOR_RED 0xf800 #define COLOR_GREEN 0x07e0 #define COLOR_BLUE 0x001f #define COLOR_WHITE 0xffff #define COLOR_BLACK 0x0000 #define COLOR_YELLOW 0xffe0 /* function prototype */ void send_current_error_msg(char *ptr); void send_current_information(char *ptr); int main(void) { int fd_framebuffer ; struct fb_var_screeninfo vinfo; struct fb_fix_screeninfo finfo; long int screensize ; long int location; char *fbptr ; char tmp[DIV_BYTE*10]; int x , y ; int xres,yres,vbpp,line_len; unsigned short tcolor ; /* 読み書き用にファイルを開く */ fd_framebuffer = open( DEVICE_NAME , O_RDWR); if ( !fd_framebuffer ) { send_current_error_msg("Framebuffer device open error !"); exit(1); } send_current_information("The framebuffer device was opened !"); /* 固定スクリーン情報取得 */ if ( ioctl( fd_framebuffer , FBIOGET_FSCREENINFO , &finfo ) ) { send_current_error_msg("Fixed information not gotton !"); exit(2); } /* 変動スクリーン情報取得 */ if ( ioctl( fd_framebuffer , FBIOGET_VSCREENINFO , &vinfo ) ) { send_current_error_msg("Variable information not gotton !"); exit(3); } xres = vinfo.xres ; yres = vinfo.yres ; vbpp = vinfo.bits_per_pixel ; line_len = finfo.line_length ; sprintf( tmp , "%d(pixel)x%d(line), %dbpp(bits per pixel)",xres,yres,vbpp); send_current_information( tmp ); /* バイト単位でのスクリーンのサイズを計算 */ screensize = xres * yres * vbpp / DIV_BYTE ; /* デバイスをメモリにマップする */ fbptr = (char *)mmap(0,screensize,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd_framebuffer,0); if ( (int)fbptr == -1 ) { send_current_error_msg("Don't get framebuffer device to memory !"); exit(4); } send_current_information("The framebuffer device was mapped !"); /* 表示 */ for ( y = 0 ; y < Y_LINE_MAX ; y++ ) { /* 色決定 */ tcolor = COLOR_BLUE ; if ( y > BORDER2 ) { tcolor = COLOR_RED ; } else { if ( y > BORDER1 ) { tcolor = COLOR_GREEN ; } } /* １ライン処理 */ for ( x = 0 ; x < X_PIXEL_MAX ; x++ ) { /* 格納位置計算 */ location = ((x+vinfo.xoffset) * vbpp / DIV_BYTE) + (y+vinfo.yoffset) * line_len ; /* 着色 */ *((unsigned short *)(fbptr + location)) = tcolor; } } munmap(fbptr,screensize); close(fd_framebuffer); return 0; } void send_current_error_msg(char *ptr) { fprintf( stderr , "%s\n" , ptr ); } void send_current_information(char *ptr) { fprintf( stdout , "%s\n" , ptr ); }
コンパイル、リンク
SH-4用のロードモジュールを作成します。 コンパイルは、簡単です。 $ sh4-linux-gcc -o fbtst fbtst.c 何度も同じことをタイプするのが面倒なので、次のシェル スクリプトを作成しました。 #!/bin/bash filename=$1 # if [ -f ${filename}.c ] ; then sh4-linux-gcc -o $filename ${filename}.c else echo "${filename}.c not exist !" fi 実行権を付加しておきます。 $ chmod 766 sh4gcc 使い方は、次のようにします。 $ ./sh4gcc fbtst
動作確認
実行ファイルが出来上がったので、次の経路でCAT760に転送です。実行権を付加しておきます。 $ chmod 766 fbtst 実行します。 $ ./fbtst ここで、エラーが出されました。 Framebuffer device open error ! この意味は、フレームバッファが存在しないということ。 これで、半日近く頭を抱えていました。 何故なら、ブート時に、次のように表示されるからです。
- coLinuxディレクトリ → Windowsディレクトリ （Samba利用）
- Windowsディレクトリ → Fedra Machineディレクトリ （FTP利用）
- Fedra Machineディレクトリ → CAT760ディレクトリ （FTP利用）
実行した時点で、次のように表示されるはずです。
でも、表示は、次のままです。 Framebuffer device open error ! 少し冷静になって考えてみました。 フレームバッファは、Linuxから見て、デバイスファイルです。 デバイスファイルが存在しないならば、/dev/fb0もないはずです。 CAT760上のメモリに、ルートファイルシステムがあり、DebinaSH をコンパクトフラッシュ等で動かしてはいないので、今まで設定 に関して無頓着でした。 コマンドlsで、デバイスファイルを表示させました。 $ ls -la /dev/fb* crw-rw-rw---- 1 root root 2936 Jan 1 0:00 /dev/fb0 日常からデバイスファイルを扱っている人なら、すぐに わかることですねえ。 デバイスドライバに必須のメジャー番号、マイナー番号が ありません。だから、そんなデバイスはないと、エラーが 返るのです。(T_T) 他のLinuxマシンで、フレームバッファーのマイナー番号と メジャー番号を確認して、設定することにしました。
メジャー番号は２９、マイナー番号は０からとなっている ので、次のように操作し、新しいデバイスファイルを作成 しました。 $ rm -R /dev/fb0 $ mknod /dev/fb0 b 29 0 $ ls -la /dev/fb* brw---------- 1 root root 29, 0 Jul 18 15:04 /dev/fb0 $ chmod 666 /dev/fb0 気を取り直して、再チャレンジです。
ターミナルを見ると、フレームバッファの処理はうまく いっているようですし、取得情報も表示されています。
画面も、指定した内容で表示されました。v(^o^)v
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