哈喽，我是老吴。
我回来啦！
过年回老家，特别充实，大部分时间都在带娃～
女儿快 2 岁了，走起路来像模像样，在屋子里转来转去，有的时候还会小跑，痴迷于外出逛街。
目前我稍微有点理解她了。
2岁的小孩特别倔强，她想做或者不愿意做的事，一般都会跟我死磕到底，很难强迫她。
我发现 2 个比较有效的方法：
1> 转移注意力
例如大半夜她吵着要出去玩，就得先用好吃的水果稳住她.;
2> 顺势而为
例如她一定要玩剪刀，家里就提前准备好一把玩具剪刀，给她玩;
哈哈哈，还有很多好玩的技巧，以后再分享了，下面开始学技术。
一、为何需要 double buffer?
single buffer 会导致：
屏幕撕裂(tearing)，即在屏幕上同时看到多帧数据拼接在一起。
single buffer 为何会造成撕裂：
refresh rate 和 frame rate 不一致。
refresh rate 表示的是 屏幕每秒能更新多少次显示，例如 30hz / 60hz。
frame rate 表示的是 lcd controller / gpu 每秒能绘制多少帧数据，例如 30fps / 60fps。
LCD controller / gpu 和 屏幕协作完成一帧图像的显示：
在 single buffer 的场景下，LCD user 和 LCD controller / gpu 总是在共用同一个 framebuffer，且没有同步机制。
LCD user 是写者，LCD controller / gpu 是读者。
由于存在竞争关系且读写没有同步机制，framebuffer 里必须会发生同时存在frame N 和 frame N-1 的数据，此时 LCD 将 framebuffer 的数据显示出来时，就会看到撕裂的效果：
可以通过 double buffer+vsync 解决撕裂的问题。
double buffer，顾名思义，就是有 2 个 framebuffer，其工作逻辑如下：
LCD controller : draw fb0 to screen
LCD user : write data to fb1
LCD controller : draw fb1 to screen
LCD user : write data to fb0
循环...
vsync 机制则用于确保一帧图像能不被打断地显示在屏幕。
如何支持 double buffer？
需要驱动和应用互相配合：
二、编写支持 double buffer 的 fbdev 驱动
fbdev 框图：
先梳理一下思路：
让驱动支持 double buffer 需要做 3 件事。
1. 申请2 x buffer：
-
size = (
2 * width * height);
-
fbi->screen_base = dma_alloc_wc(sfb->dev, size, &map_dma, GFP_KERNEL);
2. 将 buffer 相关的信息保存 struct fb_info-> struct fb_var_screeninfo。
-
struct fb_var_screeninfo {
-
__u32 xres;
/* visible resolution */
-
__u32 yres;
-
__u32 xres_virtual;
/* virtual resolution */
-
__u32 yres_virtual;
-
__u32 xoffset;
/* offset from virtual to visible */
-
__u32 yoffset;
/* resolution */
-
...
-
}
xres 和 yres 是真实的 LCD 分辨率的宽和长;
xres_virtual 和 yres_virtual 是显存区域的宽和长;
xoffset 和 yoffset 用于指定当前使用哪一个 Buffer 进行绘制。使用 Buffer0 时 ，xoffset = 0，yoffset=0; 使用 Buffer1 时，xoffset = 0, yoffset = yres * 1;
3. 支持切换 buffer，具体的就是实现 ioctl：FBIOPAN_DISPLAY。
pan 的本意是平移，可以想象成显存上方有一个取景框，平移取景框可以看到不同的显示内容。
实例分析：goldfishfb.c
goldfishfb.c 是虚拟硬件 goldfish 的 fbdev 驱动，我们可以参考这个文件，学习如何实现 double buffer。
1. 分配 2 x buffer：
-
int goldfish_fb_probe()
-
{
-
...
-
framesize = width * height *
2 *
2;
-
-
fb->fb.screen_base = (char __force __iomem *)dma_alloc_coherent(&pdev->dev, framesize, &fbpaddr, GFP_KERNEL);
-
}
2. 设置 fb_var_screeninfo：
-
int goldfish_fb_probe()
-
{
-
...
-
fb->fb.
var.xres = width;
-
fb->fb.
var.yres = height;
-
fb->fb.
var.xres_virtual = width;
-
fb->fb.
var.yres_virtual = height *
2;
-
}
3. 实现 ioctl / FBIOPAN_DISPLAY：
-
static
struct fb_ops goldfish_fb_ops = {
-
...
-
.fb_pan_display = goldfish_fb_pan_display,
-
};
-
int goldfish_fb_pan_display()
-
{
-
...
-
-
// 将新的显存地址告知 lcd controller
-
writel(fb->fb.fix.smem_start + fb->fb.
var.xres *
2 *
var->yoffset,
-
fb->reg_base + FB_SET_BASE);
-
-
// 等待 LCD controller 的 vsync 信号
-
wait_event_timeout(fb->wait,fb->base_update_count != base_update_count, HZ /
15);
-
}
当LCD controller 将一帧图像完整地显示在 LCD 上后，就会产生一个中断，在中断里就会执行唤醒睡眠在 fb_pan_display 里的进程。
如果你想多了解一些，可以阅读 DRM 框架里的 fbdev 兼容代码，此代码也是支持 double buffer的：
linux/drivers/gpu/drm/*/*_drm_fbdev.c
linux/drivers/gpu/drm/drm_fb_helper.c
三、编写支持 double buffer 的 fbdev 应用
驱动支持 double buffer 后，还得在应用程序里将其使用起来。
先梳理一下思路：
检查是否支持 double buffer;
使能 double buffer：FBIOPUT_VSCREENINFO;
更新 buffer 里数据;
通知驱动切换 buffer：FBIOPAN_DISPLAY;
等待切换完成：FBIO_WAITFORVSYNC;
实例分析：show_color.c
-
static
int fd_fb;
-
static
struct fb_fix_screeninfo fix;
/* Current fix */
-
static
struct fb_var_screeninfo
var;
/* Current var */
-
static
int screen_size;
-
static unsigned char *fb_base;
-
static unsigned
int line_width;
-
static unsigned
int pixel_width;
-
-
int main(
int argc, char **argv)
-
{
-
int i;
-
int ret;
-
int buffer_num;
-
int buf_idx =
1;
-
char *buf_next;
-
unsigned
int colors[] = {
0x00FF0000,
0x0000FF00,
0x000000FF,
0,
0x00FFFFFF};
/* 0x00RRGGBB */
-
struct timespec time;
-
-
...
-
-
fd_fb = open(
"/dev/fb0", O_RDWR);
-
ioctl(fd_fb, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix);
-
ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &
var);
-
-
line_width =
var.xres *
var.bits_per_pixel /
8;
-
pixel_width =
var.bits_per_pixel /
8;
-
screen_size =
var.xres *
var.yres *
var.bits_per_pixel /
8;
-
-
// 1. 获得 buffer 个数
-
buffer_num = fix.smem_len / screen_size;
-
printf(
"buffer_num = %d\n", buffer_num);
-
-
fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , fix.smem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb,
0);
-
if (fb_base == (unsigned char *)
-1) {
-
printf(
"can't mmap\n");
-
return
-1;
-
}
-
-
if ((argv[
1][
0] ==
's') || (buffer_num ==
1)) {
-
printf(
"single buffer:\n");
-
while (
1) {
-
for (i =
0; i < sizeof(colors)/sizeof(colors[
0]); i++) {
-
lcd_draw_screen(fb_base, colors[i]);
-
nanosleep(&time, NULL);
-
}
-
}
-
}
else {
-
printf(
"double buffer:\n");
-
-
// 2. 使能多 buffer
-
var.yres_virtual = buffer_num *
var.yres;
-
ioctl(fd_fb, FBIOPUT_VSCREENINFO, &
var);
-
-
while (
1) {
-
for (i =
0; i < sizeof(colors)/sizeof(colors[
0]); i++) {
-
-
// 3. 更新 buffer 里的数据
-
buf_next = fb_base + buf_idx * screen_size;
-
lcd_draw_screen(buf_next, colors[i]);
-
-
// 4. 通知驱动切换 buffer
-
var.yoffset = buf_idx *
var.yres;
-
ret = ioctl(fd_fb, FBIOPAN_DISPLAY, &
var);
-
if (ret <
0) {
-
perror(
"ioctl() / FBIOPAN_DISPLAY");
-
}
-
-
// 5. 等待帧同步完成
-
ret =
0;
-
ioctl(fd_fb, FBIO_WAITFORVSYNC, &ret);
-
if (ret <
0) {
-
perror(
"ioctl() / FBIO_WAITFORVSYNC");
-
}
-
-
buf_idx = !buf_idx;
-
nanosleep(&time, NULL);
-
}
-
}
-
-
}
-
-
munmap(fb_base , screen_size);
-
close(fd_fb);
-
-
return
0;
-
}
运行：
-
$ ./show_color single
-
buffer_num =
1
-
single buffer:
-
-
$ ./show_color double
-
buffer_num =
2
-
double buffer:
该程序会在屏幕上循环的显示不同的颜色。
当传入 "single" 参数时，使用单 buffer，可见撕裂。
当传入 "double" 参数时，使用双 buffer，不再撕裂。
代码不是很复杂，我就不再详细分析了。
如果你想多了解一些，可以阅读开源软件 SDL-1.2 里的 sdl_fbvideo.c，此代码也支持了 double buffer。
另外，现在越来越多的显示设备走的是 DRM 框架，该框架自然是支持多 buffer的。感兴趣的小伙伴，自行查看下面的代码：
https://github.com/dvdhrm/docs/blob/master/drm-howto/modeset-double-buffered.c
四、相关参考
百问网 / 韦东山驱动大全教学视频：https://www.100ask.net/detail/p_5ff2c46ce4b0c4f2bc4fa16d/8
维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Screen_tearing
思考技术，也思考人生
要学习技术，更要学习如何生活。
最近在看的书：
《你的2岁孩子》
收获了什么？
有了一张关于 2 岁儿童成长的参考地图;
稍微能理解 2 岁儿童面临的处境和困难;
父母应该让自己不断地变得更专业一些;
你和我各有一个苹果，如果我们交换苹果的话，我们还是只有一个苹果。但当你和我各有一个想法，我们交换想法的话，我们就都有两个想法了。
觉得文章对你有价值，不妨点个 在看和赞。
转载：https://blog.csdn.net/wuweidonggmail/article/details/113931763