Linux 将设备分为最基本的两大类:一类是字符設备,另一类是塊设备。字符設备和块设备的主要区别是:在对字符設備发出读/寫请求时,实际的硬件I/O一般就紧接着发生了。字符设备以单个字节为单位进行顺序读写操作,通常不使用缓冲技術;块設备则是以固定大小的数据块進行存储和读写的,如硬盘、软盘等,并利用一块系统内存作为缓沖区。为提高效率,系统對于块设备的读写提供了缓存机制,由于涉及缓沖区管理、调度和同步等问题,实现起来比字符设備复杂得多。LCD是以字符设备方式加以访问和管理的,Linux把显示驱动看做字符设备,把要顯示的数據一字節一字节地送往LCD驱动器。
Linux 的设備管理是和文件系统紧密结合的,各種设备都以文件的形式存放在/dev目录下,称为設备文件。应用程序可以打开、关闭和讀写這些设备文件,完成对设备的操作,就像操作普通的数据文件一樣。为了管理这些設备,系统為设备编了号,每个設备号又分为主设备号和次设备号。主設备号用来区分不同種类的设备,而次设备號用来區分同一類型的多个设備。对于常用设備,Linux有约定俗成的编号,如硬盘的主设备号是3。Linux为所有的设备文件都提供了统一的操作函數接口,方法是使用數据结构struct file_operations。這个数據结構中包括许多操作函数的指針,如open()、close()、read()和write()等,但由于外设的种類較多,操作方式各不相同。Struct file_operations结構體中的成員为一系列的接口函数,如用于读/寫的read/write函数和用于控制的ioctl等。打开一个文件就是調用这个文件file_operations中的open操作。不同类型的文件有不同的file_operations成员函数,如普通的磁盘數据文件,接口函數完成磁盤数据块读写操作;而对于各种设备文件,則最終調用各自驱動程序中的I/O函數進行具体设备的操作。这样,应用程序根本不必考虑操作的是设备还是普通文件,可一律当作文件处理,具有非常清晰統一的I/O接口。所以file_operations是文件層次的I/O接口。
LCD控制器
LCD 控制器的功能是显示驱动信号,进而驱动LCD。用戶只需要通过读写一系列的寄存器,完成配置和顯示驱动。在驱动LCD设计的过程中首要的是配置LCD控制器,而在配置LCD控制器中最重要的一步则是帧缓冲区(FrameBuffer)的指定。用户所要显示的内容皆是从缓冲区中讀出,从而显示到屏幕上的。帧缓冲区的大小由屏幕的分辨率和顯示色彩数决定。驱动帧缓冲的实现是整个驱动开发过程的重点。S3C2410中的LCD控制器可支持STN和TFT兩种液晶。对于STN 液晶平板,该LCD控制器可支持4位雙扫描、4位单扫描和8位单掃描三种显示类型,支持4级和16级灰度级单色顯示模式,支持256色和4096色显示,可接多种分辨率的LCD,例如640×480、320×240和160×160等,在256色显示模式时,最大可支持4096×1024、2048× 2048和1024×4096顯示。TFT液晶平板可支持1-2-4-8bpp(bits per pixel)调色板显示模式和16bpp非调色板真彩显示。
帧缓冲區是出现在Linux 2.2.xx及以后版本内核當中的一种驱动程序接口,这种接口将显示设备抽象为帧缓冲区设备区。帧缓冲區为图像硬件设备提供了一種抽象化處理,它代表了一些视频硬件設备,允许應用软件通过定義明确的界面来访问圖像硬件設备。这樣软件无须了解任何涉及硬件底层驱动的东西(如硬件寄存器)。它允許上层应用程序在圖形模式下直接对顯示缓冲区进行读寫和I/O控制等操作。通过专门的设备节点可对该设备进行訪問,如/dev/fb*。用戶可以将它看成是显示内存的一个映像,将其映射到进程地址空间之后,就可以進行讀寫操作,而读写操作可以反映到LCD。
幀缓冲設备对應的设备文件是/dev/fb*。如果系統有多个顯卡,Linux还支持多个帧緩沖设备,最多可达32个,即/dev/fb0~/dev/fb31。而/dev/fb则指向當前的帧缓沖设備,通常情况下,默认的帧缓冲設備為/dev/fb0。
帧缓冲设备也属于字符设备,采用“文件层-驅動层”的接口方式。在文件层为之定義了以下数据结構。