Linux基础项目开发1:量产工具—

前言：

前面我们已经对这个项目的基本框架有了一个初步的了解与认识，要实现显示管理器与输入管理器，有输入有输出基本就实现这个项目的大部分功能了，首先我们先来做显示系统，对于上层系统为了让程序更好扩展，我们得添加一个显示管理器，在下面有各种设备，就比如有Framebufler和web输出。

一、数据结构抽象

我们添加的一个显示管理器中有Framebufler和web输出，对于俩个不同的设备我们需要抽象出同一个结构体类型。

1.使用场景

在上图中我们可以将其分为两层，上层要获得下层某个结构体，通过这个结构体中的函数来操作、绘制、刷新上层的界面。

所有我们需要定义一个统一的结构体DispOpr

2.disp_manager.h

  1 #ifndef _DISP_MANAGER_H
  2 #define _DISP_MANAGER_H
  3
  4 typedef struct Region {
  5     int iLeftUpX;                //左上角x坐标
  6     int iLeftUpY;                //左上角y坐标
  7     int iWidth;                  //宽度
  8     int iHeigh;                  //高度
  9 }Region, *PRegion;
 10
 11 typedef struct DispOpr {
 12     char *name;                  //显示模块的名字 
 13     char *GetBuffer(int *pXres, int *pYres, int *pBpp);//分辨率（长和宽）每个像素占据多少位
 14     int FlushRegion(PRegion ptRegion, char *buffer);//刷出某个区域
 15     struct DispOpr *ptNext;      //链表
 16 };
 17
 18 #endif
 19

第1~2行：防止头文件在.c文件中多次定义

第4~9行：定义刷新区域结构体

第11~16行：定义统一管理的结构体

二、Framebuffer编程

1.disp_manager.h

  1 #ifndef _DISP_MANAGER_H
  2 #define _DISP_MANAGER_H
  3
  4 typedef struct Region {
  5     int iLeftUpX;
  6     int iLeftUpY;
  7     int iWidth;
  8     int iHeigh;
  9 }Region, *PRegion;
 10
 11 typedef struct DispOpr {
 12     char *name;
 13     int DeviceInit(void);
 14     int DeviceExit(void);
 15     char *GetBuffer(int *pXres, int *pYres, int *pBpp);
 16     int FlushRegion(PRegion ptRegion, char *buffer);
 17     struct DispOpr *ptNext;
 18 }DispOpr, *PDispOpr;
 19
 20 #endif

第13行：初始化函数定义

第14行：退出函数定义

2.framebuffer.c

  1 #include <sys/mman.h>
  2 #include <sys/types.h>
  3 #include <sys/stat.h>
  4 #include <unistd.h>
  5 #include <linux/fb.h>
  6 #include <fcntl.h>
  7 #include <stdio.h>
  8 #include <string.h>
  9 #include <sys/ioctl.h>
 10
 11 #include "disp_manager.h"
 12
 13 static int fd_fb;                       //framebuffer文件
 14 static struct fb_var_screeninfo var;    /* Current var */
 15 static int screen_size;                 //framebuffer长度
 16 static unsigned char *fb_base;          //framebuffer地址
 17 static unsigned int line_width;
 18 static unsigned int pixel_width;
 19
 20 static int DeviceInit(void)
 21 {
 22     fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
 23     if (fd_fb < 0)
 24     {
 25         printf("can't open /dev/fb0\n");
 26         return -1;
 27     }
 28     if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
 29     {
 30         printf("can't get var\n");
 31         return -1;
 32     }
 33
 34     line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
 35     pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
 36     screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
 37     fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
 38     if (fb_base == (unsigned char *)-1)
 39     {
 40         printf("can't mmap\n");
 41         return -1;
 42     }
 43
 44     return 0;
 45 }
 46
 47 static int DeviceExit(void)
 48 {
 49     munmap(fb_base, screen_size);
 50     close(fd_fb);
 51     return 0;
 52 }
 53
 54
 55 /* 可以返回LCD的framebuffer, 以后上层APP可以直接操作LCD, 可以不用FbFlushRegion
 56  * 也可以malloc返回一块无关的buffer, 要使用FbFlushRegion刷到LCD上
 57  */
 58 static int FbGetBuffer(PDispBuff ptDispBuff);
 59
 60 {
 61     ptDispBuff->iXres = var.xres;
 62     ptDispBuff->iYres = var.yres;
 63     ptDispBuff->iBpp  = var.bits_per_pixel;
 64     ptDispBuff->buff  = (char *)fb_base;
 65     return 0;
 66 }
 67
 68 static int FbFlushRegion(PRegion ptRegion, PDispBuff ptDispBuff)
 69 {
 70     return 0;
 71 }
 72
 73
 74 static DispOpr g_tFramebufferOpr = {
 75     .name        = "fb",
 76     .DeviceInit  = FbDeviceInit,
 77     .DeviceExit  = FbDeviceExit,
 78     .GetBuffer   = FbGetBuffer,
 79     .FlushRegion = FbFlushRegion,
 80 };
 81
 82
 83 void FramebufferInit(void)
 84 {
 85     RegisterDisplay(&g_tFramebufferOpr);
 86 }
 87

 20 static int DeviceInit(void)
第20~45行：初始化函数
 47 static int DeviceExit(void)
第47~52行：退出函数

第58~66行的FbGetBuffer是已经封装好的，详细封装过程后续会讲

第61~62行：设置分辨率

第63行：设置bpp
74 static DispOpr g_tFramebufferOpr
第74~80行：上层代码可以根据这个结构体里的函数来初始化LCD来得到Buffer

第78行：通过.GetBuffer = FbGetBuffer来构建好图像和文字

第79行：通过.FlushRegion = FbFlushRegion来刷新到LCD上

第83~86行：注册结构体g_tFramebufferOpr，详细介绍在三、显示管理

三、显示管理

上层函数想要选择哪个设备进行显示，需要中间加一个函数进行选择，起到承上启下的作用，用来实现显示管理，是操作Framebuffer还是WEB设备，需要进行选择某个模块，好可以提供一些函数，描点等

1.disp_manager.h

  1 #ifndef _DISP_MANAGER_H
  2 #define _DISP_MANAGER_H
  3
  4 #ifndef NULL
  5 #define NULL (void *)0
  6 #endif
  7
  8 typedef struct DispBuff {
  9     int iXres;     //x坐标分辨率
 10     int iYres;     //y坐标分辨率
 11     int iBpp;      //bpp
 12     char *buff;    缓冲区地址
 13 }DispBuff, *PDispBuff;
 14
 15
 16 typedef struct Region {
 17     int iLeftUpX;
 18     int iLeftUpY;
 19     int iWidth;
 20     int iHeigh;
 21 }Region, *PRegion;
 22
 23 typedef struct DispOpr {
 24     char *name;
 25     int (*DeviceInit)(void);
 26     int (*DeviceExit)(void);
 27     int (*GetBuffer)(PDispBuff ptDispBuff);
 28     int (*FlushRegion)(PRegion ptRegion, PDispBuff ptDispBuff);
 29     struct DispOpr *ptNext;
 30 }DispOpr, *PDispOpr;
 31
 32 void RegisterDisplay(PDispOpr ptDispOpr);
 33
 34 void DisplayInit(void);
 35 int SelectDefaultDisplay(char *name);
 36 int InitDefaultDisplay(void);
 37 int PutPixel(int x, int y, unsigned int dwColor);
 38 int FlushDisplayRegion(PRegion ptRegion, PDispBuff ptDispBuff);
 39 PDispBuff GetDisplayBuffer(void);
 40
 41
 42 #endif

第8~13行：进一步封装GetBuffer(int *pXres, int *pYres, int *pBpp)

第27行：将4~9行的PDispBuff保存到GetBuffer中

第32行：定义注册函数RegisterDisplay

第34行：调用底层提供的模块

第35行：定义选择模块函数

第36行：选择默认的SelectDefaultDisplay后，我们还需要定义初始化函数

第37行：提供绘制图像函数

第38行：将绘制好的图像刷新到硬件上

第39行：返回取址

2.disp_manager.c

  1 #include <disp_manager.h>
  2 #include <stdio.h>
  2 #include <string.h>
  2
  3 /* 管理底层的LCD、WEB */
  4 static PDispOpr g_DispDevs = NULL;
  5 static PDispOpr g_DispDefault = NULL;
  6 static DispBuff g_tDispBuff;
  7 static int line_width;
  8 static int pixel_width;
  9
 10 int PutPixel(int x, int y, unsigned int dwColor)
 11 {
 12     unsigned char *pen_8 = (*unsigned char*)(g_tDispBuff.buff+y*line_width+x*pixel_width);
 13     unsigned short *pen_16;
 14     unsigned int *pen_32;
 15
 16     unsigned int red, green, blue;
 17
 18     pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
 19     pen_32 = (unsigned int *)pen_8;
 20
 21     switch (g_tDispBuff.iBpp)
 22     {
 23         case 8:
 24         {
 25             *pen_8 = dwColor;
 26             break;
 27         }
 28         case 16:
 29         {
 30             /* 565 */
 31             red   = (dwColor >> 16) & 0xff;
 32             green = (dwColor >> 8) & 0xff;
 33             blue  = (dwColor >> 0) & 0xff;
 34             dwColor = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
 35             *pen_16 = dwColor;
 36             break;
 37         }
 38         case 32:
 39         {
 40             *pen_32 = dwColor;
 41             break;
 42         }
 43         default:
 44         {
 45             printf("can't surport %dbpp\n", g_tDispBuff.iBpp);
 45             return -1;
 46             break;
 47         }
 48     }
 48      return 0;
 49 }
 50
 51
 52
 53 void RegisterDisplay(PDispOpr ptDispOpr)
 54 {
 55     ptDispOpr->ptNext = g_DispDevs;
 56     g_DispDevs = ptDispOpr;
 57 }
 58
 59
 60 int SelectDefaultDisplay(char *name)
 61 {
 62     PDispOpr pTmp = g_DispDevs;
 63     while (pTmp)
 64     {
 65         if (strcmp(name, pTmp->name) == 0)
 66         {
 67             g_DispDefault = pTmp;
 68             return 0;
 69         }
 70
 71         pTmp = pTmp->ptNext;
 72     }
 73
 74     return -1;
 75 }
 76
 77 int InitDefaultDisplay(void)
 78 {
 79     int ret;
 80
 81     ret = g_DispDefault->DeviceInit();
 82     if (ret)
 83     {
 84         printf("DeviceInit err\n");
 85         return -1;
 86     }
 87
 88
 89     ret = g_DispDefault->GetBuffer(&g_tDispBuff);
 90     if (ret)
 91     {
 92         printf("GetBuffer err\n");
 93         return -1;
 94     }
 95
 96     line_width  = g_tDispBuff.iXres * g_tDispBuff.iBpp/8;
 97     pixel_width = g_tDispBuff.iBpp/8;
 98
 99     return 0;
100 }
101
102
103 int FlushDisplayRegion(PRegion ptRegion, PDispBuff ptDispBuff)
104 {
105     return g_DispDefault->FlushRegion(ptRegion, ptDispBuff);
106 }
107
108
109 void DisplayInit(void)
110 {
111     void FramebufferInit(void);
112     FramebufferInit();
113 }
114
115 PDispBuff GetDisplayBuffer(void)
116 {
117    return &g_tDispBuff;
118 }

第4行：将底层的LCD、WEB所实现的结构体放入到链表（指针）中，所以我们需要提供一个函数。void RegisterDisplay(PDispOpr ptDispOpr)

第5行：存放找到名字的新链表

第6行：定义一个全局变量 g_tDispBuff之后用来放第89行中GetBuffer中的（int* pxres, int * pYres, int * pBpp）

53 void RegisterDisplay(PDispOpr ptDispOpr)
第53~57行：构造注册函数，将typedef struct DispOpr这个结构体注册到g_DispDevs链表中

第55行：传入底层结构体指针ptDispOpr指向链表头g_DispDevs

第56行：链表头g_DispDevs指向ptDispOpr

109 void DisplayInit(void)
第109~112行：调用底层提供的 FramebufferInit();目前我们只需要调用FramebufferInit()即可，还没有实现WEB的功能

如果g_DispDevs链表中有好几个模块，那我们应该如何选择呢，现在我们就要设计一个模块选择函数进行模块的选择
60 int SelectDefaultDisplay(char *name)
第60~75行：模块选择函数

定义一个临时指针pTmp存放链表头

while循环里根据名字name找到那一项

找到的名字放到新链表g_DispDefault中，在第五行中有定义

第71行，如果这个不对，这找寻下一个是否正确

因为上层需要通过中间的显示管理来绘制图像，坐标反馈给底层进行反应，所有需要在中间层加入绘制函数
10 int PutPixel(int x, int y, unsigned int dwColor)
第7~8行：每个像素占据多长多少像素可以先定义好，事先计算好，每一行多少字节，每个像素多少宽度，这个在InitDefaultDisplay()中已经计算好了

第10~49行：设置绘制图像函数

函数内表示绘制的x、y坐标和绘制图像的颜色

第12行：g_tDispBuff.buff是写存的基地址

第21行：g_tDispBuff.iBpp是每个像素的宽度

想要在上层显示一个像素，首先需要得到一块内存，内存可以调用到底层提供的结构体，里面的g_tDispBuff这个函数，在上层得到一个新的buf，在这块buf里面绘制图像，但是g_tDispBuff不可以放到PutPixel，我们需要再定义一个函数： InitDefaultDisplay(void)

选择默认的SelectDefaultDisplay后，我们还需要初始化
 77 int InitDefaultDisplay(void)
第77~100行：

第81行：调用 g_DispDefault 中的DeviceInit()

第89行：调用 g_DispDefault 中的GetBuffer(&g_tDispBuff)

这里我们需要定义一个新的GetBuffer结构体，把它的（int* pxres, int * pYres, int * pBpp）再次进行封装，封装结构体在disp_manager.h中的DispBuff

第89行：将GetBuffer中的（int* pxres, int * pYres, int * pBpp）放到全局变量 g_tDispBuff中

第96行：line_width表示每一行占据多少个字节

第97行：pixel_width表示每个像素的宽度

当我们上层已经通过 PutPixel 已经绘制好图像，那我们就需要把它刷到硬件上，我们需要再提供一个函数FlushDisplayRegion
103 int FlushDisplayRegion(PRegion ptRegion, PDispBuff ptDispBuff)
第105行：调用底层设备提供的FlushRegion函数

返回取址

114 PDispBuff GetDisplayBuffer(void)

献上韦东山老师对以上代码流程的梳理过程：

电子产品量产工具显示系统代码流程

四、测试单元

book@100ask:~/04_disp_unittest/display$ vi Makefile

1.通用Makefile

  1
  2 CROSS_COMPILE ?=
  3 AS      = $(CROSS_COMPILE)as
  4 LD      = $(CROSS_COMPILE)ld
  5 CC      = $(CROSS_COMPILE)gcc
  6 CPP     = $(CC) -E
  7 AR      = $(CROSS_COMPILE)ar
  8 NM      = $(CROSS_COMPILE)nm
  9
 10 STRIP       = $(CROSS_COMPILE)strip
 11 OBJCOPY     = $(CROSS_COMPILE)objcopy
 12 OBJDUMP     = $(CROSS_COMPILE)objdump
 13
 14 export AS LD CC CPP AR NM
 15 export STRIP OBJCOPY OBJDUMP
 16
 17 CFLAGS := -Wall -O2 -g
 18 CFLAGS += -I $(shell pwd)/include
 19
 20 LDFLAGS :=
 21
 22 export CFLAGS LDFLAGS
 23
 24 TOPDIR := $(shell pwd)
 25 export TOPDIR
 26
 27 TARGET := test
 28
 29
 30 obj-y += display/
 31 obj-y += unittest/
 32
 33 all : start_recursive_build $(TARGET)
 34     @echo $(TARGET) has been built!
 35
 36 start_recursive_build:
 37     make -C ./ -f $(TOPDIR)/Makefile.build
 38
 39 $(TARGET) : built-in.o
 40     $(CC) -o $(TARGET) built-in.o $(LDFLAGS)
 41
 42 clean:
 43     rm -f $(shell find -name "*.o")
 44     rm -f $(TARGET)
 45
 46 distclean:
 47     rm -f $(shell find -name "*.o")
 48     rm -f $(shell find -name "*.d")
 49     rm -f $(TARGET)
 50

第27行：编译出test的应用程序

第30行：指定display下的目录

第31行：指定unittest下的目录

2.display下的Makefile


  1 EXTRA_CFLAGS  :=
  2 CFLAGS_file.o :=
  3
  4 obj-y += disp_manager.o
  5 obj-y += framebuffer.o

3. unittest下的Makefile

  1 EXTRA_CFLAGS  :=
  2 CFLAGS_file.o :=
  3
  4 obj-y += disp_test.o

#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include <disp_manager.h>

#define FONTDATAMAX 4096

static const unsigned char fontdata_8x16[FONTDATAMAX] = {
    //字符编码，由于太多就不展示了
    .........
}

void lcd_put_ascii(int x, int y, unsigned char c)
{
	unsigned char *dots = (unsigned char *)&fontdata_8x16[c*16];
	int i, b;
	unsigned char byte;

	for (i = 0; i < 16; i++)
	{
		byte = dots[i];
		for (b = 7; b >= 0; b--)
		{
			if (byte & (1<<b))
			{
				/* show */
				PutPixel(x+7-b, y+i, 0xffffff); /* 白 */
			}
			else
			{
				/* hide */
				PutPixel(x+7-b, y+i, 0); /* 黑 */
			}
		}
	}
}

int main(int argc, char **argv)
{
	Region region;                 //定义刷新区域的大小
	PDispBuff ptBuffer;
		
	DisplayInit();                 //调用DisplayInit()

	SelectDefaultDisplay("fb");    //选择默认的设备，传入一个名字为fd的设备

	InitDefaultDisplay();          //初始化这个默认的设备

	lcd_put_ascii(100, 100, 'A');  //在屏幕100，100的位置显示一个字母A

	region.iLeftUpX = 100;
	region.iLeftUpY = 100;
	region.iWidth   = 8;
	region.iHeigh   = 16;

	ptBuffer = GetDisplayBuffer();
	FlushDisplayRegion(&region, ptBuffer);//将这块区域刷到这个硬件中
	
	return 0;	
}