原文:http://www.arm9home.net/read.php?tid-25938.html
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如之前所说,一直想知道显示数据都在哪个地方,通常的数据,比如 framebuffer 中的显示数据,和OpenGL 处理的数据有啥关系。
目前为止我还没有弄明白 OpenGL 这块,但是 framebuffer 这部分差不多了。这篇文章记录了 framebuffer 的显示数据相关内容。
1. 关于FIMD
Tiny210v2 开发板属于 s5pv210 的一种,在这块开发板上,显示部分又被叫做 FIMD,我不知道FIMD是什么的缩写,但D应该和Display Controller有关系吧。
FIMD 的主要功能就是获取显示数据,并将数据输出到显示屏。当然期间会对显示数据进行处理:
FIMD一共支持5个layer,在SoC用户手册中,将layer成为window,源代码中也叫做window。
FIMD可以通过AXI总线从内存或者Camera哪里获取到显示数据,并进行合成。
2. 内核配置 framebuffer
通过 make menuconfig 可以配置 framebuffer 相关的内容。
保存以后,在 .config 文件中可以找到相关配置内容。
.config
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同样也会在头文件中生成宏定义:
include/generated/autoconf.h
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CONFIG_FB_S3C_DEFAULT_WINDOW 是指 默认的 window, 0-4。
CONFIG_FB_S3C_NR_BUFFERS 是指 window 的buffer数,3个就是 trebble-buffer,2个就是double-buffer。
其中第一个是正在显示的数据,又叫onscreen,其他几个是后台描画的数据,又叫offscreen,通过 flip 操作可以将 onscreen 数据和offscreen 数据交换。
CONFIG_FB_S3C_NUM_OVLY_WIN 是 OVERLAY window, 0-4。
CONFIG_FB_S3C_NUM_BUF_OVLY_WIN 是指 OVERLAY window 的buffer数,和 CONFIG_FB_S3C_NR_BUFFERS 一个意思。
3. 显示数据buffer
内核初始话过程中,为这些window 的 buffer 预留了一部分内存。
具体看下面的代码:
初始化函数会首先映射内存空间:
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在映射内存空间中,保留了一部分内存,保留的大小就和window 以及 buffer数有关系:
大小是 800 x 480 x 2个window x 3个buffer x RGBA的4字节,这是给通常显示数据的,
除此之外,还预留了 YUV 的数据区域,1280 x 720 x 3个buffer x Y的一个字节数据 + 1280 x 720 x 3个buffer x UV的一个字节数据。
另外还有一个 4096 字节大小的 数据。
这些数据我只理解了 RGBA 数据, YUV 的数据不知道是干啥的? 难道是给 HDMI 输出用的?
arch/arm/mach-sp5v210/Mach-mini210.c
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这些内存是PAGE对齐的,对齐的部分参考下面的算法。
PAGE_SIZE 大小是 4096。
include/linux/Const.h
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arch/arm/include/asm/Page.h
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include/linux/Kernel.h
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4. 内核关于FIMD内存预留的相关debug log
在内核的 boot log 中,我们可以找到关于内存预留的log:
dmesg log :
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[ 0.000000] s5p: 13060 kbytes system memory reserved for fimd at 0x3c330000, 1-bank base(0x3c330000)
[ 0.648804] fimd at 0x3c330000
5. 物理内存视图
画了一个简单的物理内存布局图,可以看到 RGBA 部分的数据,其实一共给 2 个 window 预留了。
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| |0x3CFF0000 -- 0x3CFF0FFF || ????
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| |0x3CF7F000 -- 0x3CFEFFFF ||
|--------------| ||
| |0x3CF0E000 -- 0x3CF7EFFF || treble-buffer YUV( UV ) framebuffer : 1280 x 360 x 1 byte
|--------------| ||
| |0x3CE9D000 -- 0x3CF0DFFF ||
|--------------|
| |0x3CDBC000 -- 0x3CE9EFFF ||
|--------------| ||
| |0x3CCDB000 -- 0x3CDBBFFF || treble-buffer YUV( Y ) framebuffer : 1280 x 720 x 1 byte
|--------------| ||
| |0x3CBFA000 -- 0x3CCDAFFF ||
|--------------|
| |0x3CA83000 -- 0x3CBF9FFF ||
|--------------| ||
| |0x3C90C000 -- 0x3CA82FFF || treble-buffer RGBA framebuffer : 800 x 480 x 4 bytes
|--------------| ||
| |0x3C795000 -- 0x3C90BFFF ||
|--------------|
| |0x3C61E000 -- 0x3C794FFF ||
|--------------| ||
| |0x3C4A7000 -- 0x3C61DFFF || treble-buffer RGBA framebuffer : 800 x 480 x 4 byte
|--------------| ||
| |0x3C330000 -- 0x3C4A6FFF ||
|--------------|
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6. 将预留的物理内存记录到platform信息中
这些预留的物理内存,在 platform 初始化过程中,会映射到内存空间。
在开发板初始化过程中,会进行 machine init, 而 machine init 过程中会调用 s3c_fb_set_platdata 初始化 platform 信息。
arch/arm/mach-sp5v210/Mach-mini210.c
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在platform初始化过程中,就会通过 pmem_start 和 pmem_size 分别记录这5个window 的物理内存地址和大小。
注意的是 platform 初始化,相当于是记录系统都有哪些资源。而设备驱动初始化过程中,比如s3cfb这个fb驱动,则会来使用这些资源。
arch/arm/plat-s5p/include/plat/Fb.h
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arch/arm/plat-samsung/Dev-fb.c
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我们需要留意一下上面这段代码,
因为 num_overlay_win 是 CONFIG_FB_S3C_NUM_OVLY_WIN=1,所以 for 循环只执行了一次,那么 window 0 的物理内存地址初始化了。
然后又手工为 default_win 也就是 CONFIG_FB_S3C_DEFAULT_WINDOW=2 进行了初始化。
也就是说: window 0 和 window 2 在platform初始化中记录了数据buffer的物理内存地址。
虽然是 for 循环做的,我认为这个for循环写得不好。
7. 在s3cfb初始化过程中,为window 关联这些内存
在初始化过程中,会分配fb设备相关数据结构,并注册fb设备。
drivers/video/samsung/s3cfb.c
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但是我们发现,只有当 fb 设备对应的 window 是 default window ,也就是 window 2 的时候,
才会将 window 2 对应的内存映射到内存空间。
虽然预留的物理内存是 window 0 和 window 2 的,但这个时候 window 0 的物理内存是没有被映射的。
drivers/video/samsung/s3cfb.c
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这是注册 fb 设备的地方,只要注册成功,/dev 目录下就会有一个 fb 文件。
虽然只给 window 2 映射了显示数据的内存,但是 for 循环还是将所有的 window 都注册设备文件了。
这就是为什么 /dev 目录下有 fb0 - fb4 5个fb设备。其实每一个 fb 设备对应一个 window。
另外需要注意的是,第一个注册的 fb 是 fb0,然后依次 ++。
下面的代码在注册的时候, 首先注册的是 default window 2,然后是 3, 4, 0, 1。
也就是说 :
fb0 -> window 2
fb1 -> window 3
fb2 -> window 4
fb3 -> window 0
fb4 -> window 1
另外还需要注意的是,如果你直接去 cat /dev/fbX ,只有 fb0 是成功的,其他全部失败,
因为到目前位置,只有 fb0 也就是 default window 2,映射了显示数据的内存。
drivers/video/samsung/s3cfb.c
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8. 内核关于显示内存映射的相关debug log
需要注意一下,部分log中写的是fb2,但这个log是boot阶段的,真正有效的是fb0,
代码中log写错了,fb 很多应该是 window。fb0 -> window 2
dmesg log :
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[ 507.316250] [s3cfb]win 2: pmem_start=0x3c795000
[ 507.316292] [s3cfb][fb2] dma: 0x3c795000, cpu: 0xe1000000, size: 0x0085c000
[ 507.333888] PA FB = 0x3C795000, bits per pixel = 32
[ 507.333933] screen width=800 height=480 va=0xdc795000 pa=0x3c795000
[ 507.333987] xres_virtual = 800, yres_virtual = 1440, xoffset = 0, yoffset = 0
[ 507.336543] fb_size=8765440
[ 507.339351] Back frameBuffer[0].VAddr=dc90c000 PAddr=3c90c000 size=1536000
[ 507.346146] Back frameBuffer[1].VAddr=dca83000 PAddr=3ca83000 size=1536000
[ 507.353014] Video Y Buffer[0].VAddr=dcbfa000 PAddr=3cbfa000 size=921600
[ 507.359576] Video Y Buffer[1].VAddr=dccdb000 PAddr=3ccdb000 size=921600
[ 507.366161] Video Y Buffer[2].VAddr=dcdbc000 PAddr=3cdbc000 size=921600
[ 507.372750] Video UV Buffer[0].VAddr=dce9d000 PAddr=3ce9d000 size=462848
[ 507.379418] Video UV Buffer[1].VAddr=dcf0e000 PAddr=3cf0e000 size=462848
[ 507.386093] Video UV Buffer[2].VAddr=dcf7f000 PAddr=3cf7f000 size=462848
9. 显示数据使用内存映射的一些细节
s3cfb_map_video_memory 这个函数用于映射显示数据的内存地址,
如果是 platform 初始化过程中预留过物理内存,则会使用这个物理内存。
否则就会临时申请一块内存。
也就是说 window 0 和 window 2 会使用预留的物理内存。
window 1 / window 3 / window 4 会使用新申请的内存。
drivers/video/samsung/s3cfb.c
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除了在初始化的时候会映射以外,
还可一通过 ioctl 来调用 s3cfb_map_video_memory。
传递的参数是 FBIOPUT_VSCREENINFO。
drivers/video/samsung/s3cfb.c
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10. 在s3cfb初始化过程中映射FIMD的控制寄存器,用于控制硬件
FIMD的控制寄存器和内存是统一编址的,因此可以像使用内存一样访问他们,但前提是需要将他们映射到内存空间。
内核代码中的寄存器地址定义都能和 SoC 用户手册对应上,我们看看下面的截图,很一致吧。
但是在看代码的过程中,我发现代码使用的寄存器的一些信息,Soc 用户手册没有,是不是用户手册比较老了?
在 s3cfb 模块初始化的过程中,就会将控制寄存器映射到内存中。
arch/arm/mach-sp5v210/include/mach/map.h
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arch/arm/plat-samsung/dev-fb.c
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s3cfb_fimd6x.c这个文件将读写 FIMD 的控制寄存器相关功能都集中在这里了。
我理解 6x 可能是对应硬件版本号,因为印象中看到硬件版本号好象是 0x62。
通过设定这些控制寄存器,就能控制比如 window 是否显示啊,显示数据格式是啥啊,显示数据地址在哪里啊,等等。
drivers/video/samsung/s3cfb_fimd6x.c
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11. 用户空间的测试用例
这个用例其实是用来确认 /dev 目录下的 fb0 - fb4 是否好用的,以及 window 之间的alpha透过是否正确。
关于 window 之间的层次关系可以参考:
下面的代码,大概意思是:
* 打开 window 0 - window 4 对应的 fb 设备文件。
* 设置这些 window 都是 800 x 480 x RGBA
* 设置这些 window 内部的显示数据,是从 window 0 - window 4 开始的,分别画 500x480, 400x480, 300x480, 200x480, 100x480 这么大块数据。
* 让window 的显示数据显示出来。
s3cfb_test.c
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下面是屏幕截图,其实我对 RGB 不太了解,不知到什么值应该是什么颜色,但 只描画了红/绿/蓝 三种颜色,而屏幕上不是这三种颜色。
说明 alpha blending 应该是正常工作了的。
END