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17_单Buffer的缺点与改进方法

单Buffer的缺点与改进方法​

参考资料，GIT仓库里：

  • 内核自带的LCD驱动程序

    • IMX6ULL驱动源码：Linux-4.9.88/drivers/video/fbdev/mxsfb.c
    • STM32MP157的驱动程序是基于GPU的，在Linux-5.4里没有mxsfb.c，可以参考另一个：

  • Linux-5.4/drivers/video/fbdev/goldfishfb.c

    • 在视频里基于IMX6ULL的mxsfb.c来讲解，我们把这个驱动程序也放到GIT仓库里

  • IMX6ULL/source/03_LCD/12_lcd_drv_imx6ull_from_kernel_4.9.88

  • STM32MP157/source/A7/03_LCD/12_lcd_drv_imx6ull_from_kernel_4.9.88

    • 使用多buffer的APP参考程序，在GIT仓库中

  • IMX6ULL/source/03_LCD/13_multi_framebuffer_example/testcamera

  • STM32MP157/source/A7/03_LCD/13_multi_framebuffer_example/testcamera

1. 单Buffer的缺点​

  • 如果APP速度很慢，可以看到它在LCD上缓慢绘制图案

  • 即使APP速度很高，LCD控制器不断从Framebuffer中读取数据来显示，而APP不断把数据写入Framebuffer

    • 假设APP想把LCD显示为整屏幕的蓝色、红色

    • 很大几率出现这种情况：

  • LCD控制器读取Framebuffer数据，读到一半时，在LCD上显示了半屏幕的蓝色

  • 这是APP非常高效地把整个Framebuffer的数据都改为了红色

  • LCD控制器继续读取数据，于是LCD上就会显示半屏幕蓝色、半屏幕红色

  • 人眼就会感觉到屏幕闪烁、撕裂

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2. 使用多Buffer来改进​

上述两个缺点的根源是一致的：Framebuffer中的数据还没准备好整帧数据，就被LCD控制器使用了。 使用双buffer甚至多buffer可以解决这个问题：

  • 假设有2个Framebuffer：FB0、FB1
  • LCD控制器正在读取FB0
  • APP写FB1
  • 写好FB1后，让LCD控制器切换到FB1
  • APP写FB0
  • 写好FB0后，让LCD控制器切换到FB0

3. 内核驱动程序、APP互相配合使用多buffer​

流程如下：

image-20210203180534206

  • 驱动：分配多个buffer

    fb_info->fix.smem_len = SZ_32M;
    fbi->screen_base = dma_alloc_writecombine(fbi->device,
    				fbi->fix.smem_len,
    				(dma_addr_t *)&fbi->fix.smem_start,
    				GFP_DMA | GFP_KERNEL);

  • 驱动：保存buffer信息

    fb_info->fix.smem_len  // 含有总buffer大小 
    fb_info->var           // 含有单个buffer信息

  • APP：读取buffer信息

    ioctl(fd_fb, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix);
    ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var);

    // 计算是否支持多buffer，有多少个buffer
    screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
    nBuffers = fix.smem_len / screen_size;

  • APP：使能多buffer

    var.yres_virtual = nBuffers * var.yres;
    ioctl(fd_fb, FBIOPUT_VSCREENINFO, &var);

  • APP：写buffer

    fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , fix.smem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);

    /* get buffer */
    pNextBuffer =  fb_base + nNextBuffer * screen_size;

    /* set buffer */
    lcd_draw_screen(pNextBuffer, colors[i]);

  • APP：开始切换buffer

    /* switch buffer */
    var.yoffset = nNextBuffer * var.yres;
    ioctl(fd_fb, FBIOPAN_DISPLAY, &var);

  • 驱动：切换buffer

    // fbmem.c
    fb_ioctl
        do_fb_ioctl
        	fb_pan_display(info, &var);
    			err = info->fbops->fb_pan_display(var, info) // 调用硬件相关的函数

    示例： image-20210203180357860

  • APP：等待切换完成(在驱动程序中已经等待切换完成了，所以这个调用并无必要)

    ret = 0;
    ioctl(fd_fb, FBIO_WAITFORVSYNC, &ret);