LCD应用层编程

接下来学一些linux的应用层编程的内容，重点学习一下LCD，Socket，音频等反面的内容。

之前学习应用编程没有进入提高阶段最近捡一下，已经把TCP/IP的一部分知识补充了。

FrameBuffer

在LCD驱动章节说过Framebuffer就是帧缓冲，意味着Framebuffer就是一块内存，里面保存着一帧图像。帧缓冲（framebuffer）是 Linux 系统中的一种显示驱动接口，它将显示设备（譬如 LCD） 进行抽象、 屏蔽了不同显示设备硬件的实现，对应用层抽象为一块显示内存（显存），它允许上层应用程序直接对显示缓冲区进行读写操作 。

LCD是没有显存的，存储在DDR上的一段空间内，显存大小=分辨率x色彩精度/8。

使用ioctl函数进行获取信息

当打开 LCD 设备文件之后，需要先获取到 LCD 屏幕的参数信息，譬如 LCD 的 X 轴分辨率、 Y 轴分辨率以及像素格式等信息，通过这些参数计算出 LCD 显示缓冲区的大小。

一般获取FBIOGET_VSCREENINFO（表示获取 FrameBuffer 设备的可变参数信息 ）、FBIOPUT_VSCREENINFO（ 表示设置 FrameBuffer 设备的可变参数信息 ）、FBIOGET_FSCREENINFO（表示获取 FrameBuffer 设备的固定参数信息 ）。

可变参数信息使用 struct fb_var_screeninfo 结 构 体 来 描 述 ，固定参数信息使用struct fb_fix_screeninfo结构体来描述 。

上 面 所 提 到 的 三 个 宏 定 义 FBIOGET_VSCREENINFO 、 FBIOPUT_VSCREENINFO 、FBIOGET_FSCREENINFO 以及 2 个数据结构 struct fb_var_screeninfo 和 struct fb_fix_screeninfo 都定义在 <linux/fb.h>头文件中。

struct fb_var_screeninfo{
    __u32 xres; /* 可视区域，一行有多少个像素点， X 分辨率 */
    __u32 yres; /* 可视区域，一列有多少个像素点， Y 分辨率 */
    __u32 xres_virtual; /* 虚拟区域，一行有多少个像素点 */
    __u32 yres_virtual; /* 虚拟区域，一列有多少个像素点 */
    __u32 xoffset; /* 虚拟到可见屏幕之间的行偏移 */
    __u32 yoffset; /* 虚拟到可见屏幕之间的列偏移 */
    __u32 bits_per_pixel; /* 每个像素点使用多少个 bit 来描述，也就是像素深度 bpp */
    __u32 grayscale; /* =0 表示彩色, =1 表示灰度, >1 表示 FOURCC 颜色 */
    /* 用于描述 R、 G、 B 三种颜色分量分别用多少位来表示以及它们各自的偏移量 */
    struct fb_bitfield red; /* Red 颜色分量色域偏移 */
    struct fb_bitfield green; /* Green 颜色分量色域偏移 */
    struct fb_bitfield blue; /* Blue 颜色分量色域偏移 */
    struct fb_bitfield transp; /* 透明度分量色域偏移 */
    __u32 nonstd; /* nonstd 等于 0，表示标准像素格式；不等于 0 则表示非标准像素格式 */
    __u32 activate;
    __u32 height; /* 用来描述 LCD 屏显示图像的高度（以毫米为单位） */
    __u32 width; /* 用来描述 LCD 屏显示图像的宽度（以毫米为单位） */
    __u32 accel_flags;
    /* 以下这些变量表示时序参数 */
    __u32 pixclock; /* pixel clock in ps (pico seconds) */
    __u32 left_margin; /* time from sync to picture */
    __u32 right_margin; /* time from picture to sync */
    __u32 upper_margin; /* time from sync to picture */
    __u32 lower_margin;
    __u32 hsync_len; /* length of horizontal sync */
    __u32 vsync_len; /* length of vertical sync */
    __u32 sync; /* see FB_SYNC_* */
    __u32 vmode; /* see FB_VMODE_* */
    __u32 rotate; /* angle we rotate counter clockwise */
    __u32 colorspace; /* colorspace for FOURCC-based modes */
    __u32 reserved[4]; /* Reserved for future compatibility */
}

struct fb_bitfield {
    __u32 offset; /* 偏移量 */
    __u32 length; /* 长度 */
    __u32 msb_right; /* != 0 : Most significant bit is right 
};

struct fb_fix_screeninfo {
    char id[16]; /* 字符串形式的标识符 */
    unsigned long smem_start; /* 显存的起始地址（物理地址） */
    __u32 smem_len; /* 显存的长度 */
    __u32 type;
    __u32 type_aux;
    __u32 visual;
    __u16 xpanstep;
    __u16 ypanstep;
    __u16 ywrapstep;
    __u32 line_length; /* 一行的字节数 */
    unsigned long mmio_start; /* Start of Memory Mapped I/O(physical address) */
    __u32 mmio_len; /* Length of Memory Mapped I/O */
    __u32 accel; /* Indicate to driver which specific chip/card we have */
    __u16 capabilities;
    __u16 reserved[2];
};

smem_start 表示显存的起始地址，这是一个物理地址，当然在应用层无法直接使用； smem_len 表示显存的长度，这个长度并一定等于 LCD 实际的显存大小。 line_length 表示屏幕的一行像素点有多少个字节，通常可以使用 line_length * yres 来得到屏幕显示缓冲区的大小。

编写程序获取LCD屏幕信息。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/fb.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
	struct fb_fix_screeninfo fb_fix;
	struct fb_var_screeninfo fb_var;
	int fd;
	printf("start\n");
	if((fd = open("/dev/fb0", O_WRONLY)) < 0)
	{
		printf("open error\n");		
		perror("open error");
		exit(-1);
	}else{
		printf("open success");
	}
	if(ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var) < 0)
	{
		printf("ioctl error\n");
		perror("ioctl error");
		exit(-1);
	}else{
		printf("ioctl success");	
	}
	if(ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_fix) < 0)
	{
		printf("ioctl error\n");		
		perror("ioctl perror");
		exit(-1);	
	}else{
		printf("ioctl success");	
	}
	printf("分辨率:%d * %d\n"
		   "像素深度bpp: %d\n"
		   "一行的字节数：%d\n"
		   "像素格式:%<%d %d> G<%d %d> B<%d %d>\n",
		   fb_var.xres, fb_var.yres, fb_var.bits_per_pixel,
		   fb_fix.line_length,
		   fb_var.red.offset, fb_var.red.length,
		   fb_var.green.offset, fb_var.green.length,
		   fb_var.blue.offset, fb_var.blue.length);
	close(fd);
	exit(0);
}

第一个数字表示偏移量，第二个参数为长度， 从打印的结果可知， 16bit 颜色值中高 5 位表示 R 颜色通道、中间 6 位表示 G 颜色通道、低 5 位表示 B 颜色通道， 所以这是一个 RGB565 格式的显示设备。

lcd屏幕的基础操作（画图形）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <linux/fb.h>
#define argb8888_to_rgb565(color) ({ \
				unsigned int temp = (color); \
				((temp & 0xF80000UL) >> 8) | \
				((temp & 0xFC00UL) >> 5) | \
				((temp & 0xF8UL) >> 3); \
				})
static int width;		//LCD 的X像素也可以说是横着的像素长度
static int height;		//LCD 的Y像素也可以说是竖着的像素长度
static unsigned short *screen_base = NULL; //映射后的显存基地址
/*
画点
*/
static void lcd_draw_point(unsigned int x, unsigned int y, unsigned int color)
{
    unsigned short rgb565_color = argb8888_to_rgb565(color);//得到RGB565的颜色数值
    if( x >= width)
		x = width -1;
    if( y >= height)
        y = height -1;	//保证传入的坐标在屏幕中，不要超过屏幕的长宽。
    /* 填充颜色 */
	screen_base[y * width + x] = rgb565_color;
}
/*
画线
*/
static void lcd_draw_line(unsigned int x, unsigned int y, int dir, unsigned int length,  unsigned int color)
{
    unsigned short rgb565_color = argb8888_to_rgb565(color);//得到 RGB565 颜色值
    unsigned int end;
	unsigned long temp;
	/* 对传入参数的校验 ,跟之前一样*/
	if (x >= width)
		x = width - 1;
	if (y >= height)
		y = height - 1;
    temp = y * width + x;//定位到起点
    if (dir) { //dir为控制线的横竖方向
        //水平线	
        end = x + length - 1;
    if (end >= width)
    	end = width - 1;
    for ( ; x <= end; x++, temp++)
    	screen_base[temp] = rgb565_color;
    }
    else { //垂直线
    	end = y + length - 1;
    	if (end >= height)
    		end = height - 1;
    	for ( ; y <= end; y++, temp += width)
    		screen_base[temp] = rgb565_color;
    	}
}
/*画矩形*/
static void lcd_draw_rectangle(unsigned int start_x, unsigned int end_x,unsigned int start_y, unsigned int end_y,unsigned int color)
{
    int x_len = end_x - start_x + 1;
    int y_len = end_y - start_y - 1;
    lcd_draw_line(start_x, start_y, 1, x_len, color);//
    lcd_draw_line(start_x, end_y, 1, x_len, color); //下边
    lcd_draw_line(start_x, start_y + 1, 0, y_len, color);//左边
    lcd_draw_line(end_x, start_y + 1, 0, y_len, color);//右边
}
/*矩形填充*/
static void lcd_fill(unsigned int start_x, unsigned int end_x,unsigned int start_y, unsigned int end_y,unsigned int color)
{
	unsigned short rgb565_color = argb8888_to_rgb565(color);//得到 RGB565 颜色值
	unsigned long temp;
	unsigned int x;
/* 对传入参数的校验 */
	if (end_x >= width)
		end_x = width - 1;
	if (end_y >= height)
		end_y = height - 1;
    /* 填充颜色 */
    temp = start_y * width; //定位到起点行首
    for ( ; start_y <= end_y; start_y++, temp+=width) {
    	for (x = start_x; x <= end_x; x++)
    		screen_base[temp + x] = rgb565_color;
    }
}
int main(int argc, char *argv[])
{
	struct fb_fix_screeninfo fb_fix;
	struct fb_var_screeninfo fb_var;
	unsigned int screen_size;
	int fd;
	/* 打开 framebuffer 设备 */
	if (0 > (fd = open("/dev/fb0", O_RDWR))) 
    {
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
	}
	/* 获取参数信息 */
    ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var);
    ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_fix);
    screen_size = fb_fix.line_length * fb_var.yres;
    width = fb_var.xres;
    height = fb_var.yres;
    /* 将显示缓冲区映射到进程地址空间 */
    screen_base = mmap(NULL, screen_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (MAP_FAILED == (void *)screen_base) {
    	perror("mmap error");
    	close(fd);
    	exit(EXIT_FAILURE);
	}
	/* 画正方形方块 */
    int w = height * 0.25;//方块的宽度为 1/4 屏幕高度
    lcd_fill(0, width-1, 0, height-1, 0x0); //清屏（屏幕显示黑色）
    lcd_fill(0, w, 0, w, 0xFF0000); //红色方块
    lcd_fill(width-w, width-1, 0, w, 0xFF00); //绿色方块
    lcd_fill(0, w, height-w, height-1, 0xFF); //蓝色方块
    lcd_fill(width-w, width-1, height-w, height-1, 0xFFFF00);//黄色方块
	/* 退出 */
    munmap(screen_base, screen_size); //取消映射
    close(fd); //关闭文件
    exit(EXIT_SUCCESS); //退出进程
}

LCD对于jpeg图片的显示

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <string.h>
#include <linux/fb.h>
#include <sys/mman.h>
#include <jpeglib.h>
typedef struct bgr888_color {
unsigned char red;
unsigned char green;
unsigned char blue;
} __attribute__ ((packed)) bgr888_t;
static int width; //LCD X 分辨率
static int height; //LCD Y 分辨率
static unsigned short *screen_base = NULL; //映射后的显存基地址
static unsigned long line_length; //LCD 一行的长度（字节为单位）
static unsigned int bpp; //像素深度 bpp
static int show_jpeg_image(const char *path)
{
	struct jpeg_decompress_struct cinfo;
	struct jpeg_error_mgr jerr;
	FILE *jpeg_file = NULL;
	bgr888_t *jpeg_line_buf = NULL; //行缓冲区:用于存储从 jpeg 文件中解压出来的一行图像数据
	unsigned short *fb_line_buf = NULL; //行缓冲区:用于存储写入到 LCD 显存的一行数据
	unsigned int min_h, min_w;
	unsigned int valid_bytes;
	int i;
	//绑定默认错误处理函数
	cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr);
	//打开.jpeg/.jpg 图像文件
	jpeg_file = fopen(path, "r"); //只读方式打开
	if (NULL == jpeg_file) {
		perror("fopen error");
		return -1;
	}
	//创建 JPEG 解码对象
	jpeg_create_decompress(&cinfo);
	//指定图像文件
	jpeg_stdio_src(&cinfo, jpeg_file);
	//读取图像信息
	jpeg_read_header(&cinfo, TRUE);
	printf("jpeg 图像大小: %d*%d\n", cinfo.image_width, cinfo.image_height);
	//设置解码参数
	cinfo.out_color_space = JCS_RGB;//默认就是 JCS_RGB
	//cinfo.scale_num = 1;/* JPEG 当前仅支持 1/1、 1/2、 1/4、 和 1/8 这几种缩小比例。 默认是 1/1，也就是保持原图大小。*/
	//cinfo.scale_denom = 2;
	//开始解码图像
	jpeg_start_decompress(&cinfo);
	//为缓冲区分配内存空间
	jpeg_line_buf = malloc(cinfo.output_components * cinfo.output_width);
	fb_line_buf = malloc(line_length);
	//判断图像和 LCD 屏那个的分辨率更低
	if (cinfo.output_width > width)
		min_w = width;
	else
		min_w = cinfo.output_width;
	if (cinfo.output_height > height)
		min_h = height;
	else
		min_h = cinfo.output_height;
	//读取数据
	valid_bytes = min_w * bpp / 8;//一行的有效字节数 表示真正写入到 LCD 显存的一行数据的大小
	while (cinfo.output_scanline < min_h) {
		jpeg_read_scanlines(&cinfo, (unsigned char **)&jpeg_line_buf, 1);//每次读取一行数据,只能支持一次只读 1 行
	//将读取到的 BGR888 数据转为 RGB565
	for (i = 0; i < min_w; i++)
	fb_line_buf[i] = ((jpeg_line_buf[i].red & 0xF8) << 8) |((jpeg_line_buf[i].green & 0xFC) << 3) |((jpeg_line_buf[i].blue & 0xF8) >> 3);
	memcpy(screen_base, fb_line_buf, valid_bytes);
	screen_base += width;//+width 定位到 LCD 下一行显存地址的起点
}
	//解码完成
	jpeg_finish_decompress(&cinfo); //完成解码

	jpeg_destroy_decompress(&cinfo);//销毁 JPEG 解码对象、释放资源
	//关闭文件、释放内存
	fclose(jpeg_file);
	free(fb_line_buf);
	free(jpeg_line_buf);
	return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
	struct fb_fix_screeninfo fb_fix;
	struct fb_var_screeninfo fb_var;
	unsigned int screen_size;
	int fd;
	/* 传参校验 */
	if (2 != argc) {
		fprintf(stderr, "usage: %s <jpeg_file>\n", argv[0]);
		exit(-1);
	}
/* 打开 framebuffer 设备 */
	if (0 > (fd = open("/dev/fb0", O_RDWR))) {
		perror("open error");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
/* 获取参数信息 */
	ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var);
	ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_fix);
	line_length = fb_fix.line_length;
	bpp = fb_var.bits_per_pixel;
	screen_size = line_length * fb_var.yres;
	width = fb_var.xres;
	height = fb_var.yres;
/* 将显示缓冲区映射到进程地址空间 */
	screen_base = mmap(NULL, screen_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
	if (MAP_FAILED == (void *)screen_base) {
		perror("mmap error");
		close(fd);
		exit(EXIT_FAILURE);
}
/* 显示 BMP 图片 */
	memset(screen_base, 0xFF, screen_size);
	show_jpeg_image(argv[1]);
/* 退出 */
	munmap(screen_base, screen_size); //取消映射
	close(fd); //关闭文件
	exit(EXIT_SUCCESS); //退出进程
}