1. 使用QEMU的优点
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概述：使用QEMU模型LCD屏幕，可以只写驱动程序，不需要设置LCD硬件相关，也不需要映射Framebuffer。
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使用QEMU可以非常方便地调试内核、查看驱动程序执行过程
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有助于深入研究内核及驱动
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Linux驱动 = 驱动框架 + 硬件操作。 如果硬件操作足够简单，我们就可以把精力放在驱动程序的框架上，这才是Linux的核心。
对于硬件操作，你至少要做这些事情：
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设置引脚用于LCD
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阅读LCD手册，阅读LCD控制器手册，根据LCD参数设置LCD控制器
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设置LCD控制器时，你还需要了解所用的主控芯片的时钟系统
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分配Framebuffer，把Framebuffer地址告诉LCD控制器
总之，非常复杂。如果你换了芯片，这些工作又得重来一次。 如果你本身已经对阅读芯片手册很熟悉，对硬件操作很熟悉，那么学习时没必要把时间浪费在这方面。 使用QEMU，虚拟出一款简单的LCD控制器，可以简化硬件操作，让我们把精力放在驱动框架上。
2. 虚拟LCD相关的控制器手册
概述：这些设置是在构建QEMU这个软件的时候配置的一些相关信息
实现了一个虚拟的LCD控制器，它的操作很简单。 只有4个寄存器，手册如下：
虚拟的LCD芯片参数：目虚拟的LCD分辨率为500x300,16bpp。暂时未支持其他参数。
3. 上机实验_基于QEMU
3.1 实验思路
概述：使用 QEMU思路：QEMU是虚拟的LCD，需要调用内核的驱动程序进行驱动，我们更改驱动程序需要再内核目录例如（linux/drivers/video/fbdev）更改对应的驱动程序，主要是将写好的驱动程序放入此目录中，然后修改makefile文件，如下：
最后，即可重新执行make zImage编译内核，内核里就含有新的驱动程序了。
然后调用一些测试函数，例如fb_test，即可判断驱动是否更改成功。
3.2 驱动代码分析
声明用到的一些头文件
声明用到的变量和操作函数，定义LCD控制器结构体，声明两个变量指向LCD控制器和Framebuffer信息，定义Framebuffer操作函数集合。
入口函数：分配fb内存，设置fb，包括分辨率，像素深度，各个颜色偏移量和位数，
计算内存大小依据：
DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种硬件特性，它允许某些硬件子系统（如网络接口卡、图形卡、声卡等）直接访问系统内存，而无需中央处理单元（CPU）的介入。这种能力使得这些硬件设备能够独立于CPU执行内存读写操作，从而提高系统的整体性能和效率。
分配DMA一致性内存的目的是为了让Framebuffer能够被显示控制器等硬件设备直接访问，同时确保CPU能够看到由DMA操作引起的内存更改，而无需进行额外的缓存同步操作。
设置fb类型（颜色方面），颜色视觉类型（真彩色），给结构体赋值具体操作函数
register_framebuffer(myfb_info); 作用是将之前初始化和配置的Framebuffer设备注册到Linux内核中。注册Framebuffer设备是Linux驱动程序开发中的一个重要步骤，具体作用如下：
总结：注册相当于在内核空间将自己的参数和操作函数登记，此时内核空间可以对其进行内存，中断，分配资源，处理，同步等管理，
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设备识别：注册后，内核会识别Framebuffer设备作为一个可用的显示设备，可以在
/var/log目录下的某些日志文件中看到它被识别和注册的信息。 -
文件系统集成：注册Framebuffer设备会在
/dev目录下创建一个设备文件（如/dev/fb0），用户空间程序可以通过这个文件与Framebuffer设备进行交互。 -
统一访问接口：注册过程将Framebuffer的固定和可变属性、操作函数等信息注册到内核的统一框架中，为其他内核组件或用户空间程序提供统一的访问接口。
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驱动程序钩子：注册Framebuffer设备时，会将
fb_info结构体中的fbops（Framebuffer操作）钩子函数注册到内核，这些函数定义了如何操作Framebuffer，例如屏幕的打开、关闭、读写等。 -
内存管理：注册后，Framebuffer的内存区域会被内核纳入管理，确保内存的合法访问和同步。
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硬件同步：注册Framebuffer设备后，内核可以协调不同用户空间程序对Framebuffer的访问，确保显示内容的正确更新和硬件状态的同步。
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中断处理：如果Framebuffer硬件支持中断，注册时也可以设置中断处理函数，以便在特定事件发生时进行处理。
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资源分配：注册Framebuffer设备时，可能还会涉及到对其他硬件资源的请求和管理，如中断号、DMA通道等。
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启动显示：注册Framebuffer设备后，系统可以启动显示过程，如有必要，还可以设置显示模式或分辨率。
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错误处理：如果在注册过程中出现问题，内核将记录错误信息，并且Framebuffer设备将不会对用户空间程序可用。
注册Framebuffer设备是显示系统正常工作的必要条件，它确保了硬件设备与软件接口的正确连接和协调。在Framebuffer驱动程序的生命周期中，通常在模块加载时进行注册，在模块卸载时进行反注册。
映射LCD控制寄存器到内核空间，设置LCD控制器相关参数
出口函数则是反注册和释放内存，以及解除LCD控制器的内核空间映射。
4. 结合APP分析LCD驱动程序
4.1 open
这段代码是Linux内核中的一个片段，描述了打开一个帧缓冲设备（framebuffer device）的过程。帧缓冲设备是用于图形显示的设备，比如连接到计算机的显示器或LCD屏幕。下面是对这段代码的逐行解释：
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app: open("/dev/fb0", ...)：这是应用程序调用open系统调用的示例，尝试打开设备文件/dev/fb0。/dev/fb0是帧缓冲设备的一个常见设备文件，...表示还有其他参数传递给open函数。 -
主设备号: 29, 次设备号: 0：这些是设备号，用于唯一标识系统中的设备。主设备号用于标识设备驱动程序，次设备号用于标识特定的设备实例。 -
fb_open：这是内核中处理打开帧缓冲设备的函数。 -
struct fb_info *info;：声明一个指向fb_info结构的指针，fb_info是内核中用于存储帧缓冲设备信息的结构体。 -
info = get_fb_info(fbidx);：调用get_fb_info函数获取帧缓冲设备的相关信息。fbidx是帧缓冲设备的索引号，通常由设备文件名（如/dev/fb0中的0）决定。 -
if (info->fbops->fb_open) {：检查fb_info结构中的fbops成员是否有定义fb_open方法。fbops是fb_info中的一个结构，包含了帧缓冲设备操作的函数指针。 -
res = info->fbops->fb_open(info,1);：如果fb_open方法存在，则调用它来执行实际的打开操作。传递给fb_open的参数info是帧缓冲设备的相关信息，1通常表示以非阻塞方式打开设备。 -
if (res)：检查fb_open调用的返回值。如果返回值非零，表示打开操作失败。 -
module_put(info->fbops->owner);：如果打开失败，调用module_put来减少模块的引用计数。info->fbops->owner是指向模块所有者的指针，这通常是一个指向模块结构的指针。
这段代码是内核中处理设备文件打开请求的一部分，涉及到设备驱动程序的加载和初始化。当应用程序尝试打开一个设备文件时，内核会找到相应的设备驱动程序并调用它的fb_open函数来完成打开操作。如果打开成功，应用程序就可以与设备进行通信；如果失败，则会释放与设备驱动程序相关的资源。
4.2 获得可变信息(含有分辨率等)
这段代码描述了在Linux内核中，应用程序通过ioctl系统调用来获取帧缓冲设备（framebuffer device）的虚拟屏幕信息（virtual screen information）的过程。下面是对这段代码的逐行解释：
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app: ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_info->var);：这是在应用程序中调用ioctl函数的示例。fd是文件描述符，它是之前通过open系统调用获得的。FBIOGET_VSCREENINFO是ioctl命令，用于获取帧缓冲的虚拟屏幕信息。&fb_info->var是指向一个结构体的地址，该结构体用于接收获取到的屏幕信息。 -
fb_ioctl：这是内核中处理帧缓冲设备ioctl请求的函数。 -
struct fb_info *info = file_fb_info(file);：这行代码获取与文件描述符关联的帧缓冲信息结构体。file是指向文件对象的指针，它通过文件描述符fd获得。 -
do_fb_ioctl(info, cmd, arg);：这行代码调用一个函数来执行实际的ioctl操作。info是帧缓冲信息结构体的指针，cmd是ioctl命令，arg是指向用户提供的参数的指针。 -
var = info->var;：这行代码将帧缓冲信息结构体中的var成员（包含虚拟屏幕信息）赋值给局部变量var。这个成员是由硬件相关的驱动程序设置的。 -
ret = copy_to_user(argp, &var, sizeof(var)) ? -EFAULT : 0;：这行代码尝试将var结构体的内容复制到用户空间的内存地址argp。copy_to_user函数用于在内核空间和用户空间之间复制数据。如果复制失败（即返回非零值），则ret被设置为-EFAULT，表示发生了访问错误；如果复制成功，则ret被设置为0。
整个流程是：应用程序通过ioctl请求获取帧缓冲设备的屏幕信息，内核接收到请求后，找到对应的帧缓冲信息结构体，并将其中的屏幕信息复制到用户提供的内存地址。如果复制成功，内核会返回0，表示操作成功；如果复制失败，内核会返回错误码-EFAULT。
4.3 获得固定信息(含有显存信息)
这段代码描述了应用程序使用ioctl系统调用来获取帧缓冲设备（framebuffer device）的固定屏幕信息（fixed screen information）的过程。下面是对这段代码的逐行解释：
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app: ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_info->fix);：这是在应用程序中调用ioctl函数的示例。fd是文件描述符，它是之前通过open系统调用获得的。FBIOGET_FSCREENINFO是ioctl命令，用于获取帧缓冲的固定屏幕信息。&fb_info->fix是指向一个结构体的地址，该结构体用于接收获取到的屏幕信息。 -
fb_ioctl：这是内核中处理帧缓冲设备ioctl请求的函数。 -
struct fb_info *info = file_fb_info(file);：这行代码获取与文件描述符关联的帧缓冲信息结构体。file是指向文件对象的指针，它通过文件描述符fd获得。 -
do_fb_ioctl(info, cmd, arg);：这行代码调用一个函数来执行实际的ioctl操作。info是帧缓冲信息结构体的指针，cmd是ioctl命令，arg是指向用户提供的参数的指针。 -
fix = info->fix;：这行代码将帧缓冲信息结构体中的fix成员（包含固定屏幕信息）赋值给局部变量fix。这个成员是由硬件相关的驱动程序设置的，通常包含屏幕的物理特性，如屏幕的宽度、高度、内存布局等。 -
ret = copy_to_user(argp, &fix, sizeof(fix)) ? -EFAULT : 0;：这行代码尝试将fix结构体的内容复制到用户空间的内存地址argp。copy_to_user函数用于在内核空间和用户空间之间复制数据。如果复制失败（即返回非零值），则ret被设置为-EFAULT，表示发生了访问错误；如果复制成功，则ret被设置为0。
整个流程是：应用程序通过ioctl请求获取帧缓冲设备的固定屏幕信息，内核接收到请求后，找到对应的帧缓冲信息结构体，并将其中的固定屏幕信息复制到用户提供的内存地址。如果复制成功，内核会返回0，表示操作成功；如果复制失败，内核会返回错误码-EFAULT。
固定屏幕信息（fix）通常包括：
id：帧缓冲设备的标识符。smem_start：帧缓冲内存的起始物理地址。smem_len：帧缓冲内存的长度。type：帧缓冲的类型。type_aux：辅助类型信息。visual：颜色空间的视觉表示。xpanstep和ypanstep：水平和垂直的扫描步长。ywrapstep：行的包装步长。line_length：每行的字节长度。
4.4 mmap
这段代码展示了在应用程序和Linux内核中使用mmap系统调用来映射帧缓冲设备的内存到用户空间的过程。下面是对这段代码的逐行解释：
应用程序代码解释：
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void *ptr = mmap(0, ...);：这是应用程序中调用mmap函数的示例，用于创建一个内存映射。 -
fb_info->var.yres_virtual * fb_info->fix.line_length：这是映射的大小，计算方法为帧缓冲的虚拟垂直分辨率（yres_virtual）乘以每行的字节长度（fix.line_length）。yres_virtual通常大于实际屏幕的垂直分辨率（yres），以支持额外的显示功能，如双缓冲或额外的帧缓冲。 -
PROT_WRITE | PROT_READ：这些标志指定映射的内存区域应该是可读写的。 -
MAP_SHARED：这个标志表示映射应该是共享的，即对映射区域的修改对其他映射同一文件的进程可见。 -
fd：这是之前通过open系统调用获得的帧缓冲设备的文件描述符。 -
0：这是文件中映射开始的偏移量，通常设置为0以从文件的开始处映射。
内核代码解释：
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fb_mmap：这是内核中处理帧缓冲设备mmap请求的函数。 -
struct fb_info *info = file_fb_info(file);：这行代码获取与文件描述符关联的帧缓冲信息结构体。 -
start = info->fix.smem_start;：这行代码获取帧缓冲的起始物理地址，从fix结构体中的smem_start成员获得。 -
len = info->fix.smem_len;：这行代码获取帧缓冲的内存长度，从fix结构体中的smem_len成员获得。 -
return vm_iomap_memory(vma, start, len);：这行代码调用vm_iomap_memory函数来实际创建内存映射。vma是虚拟内存区域的结构体，start是物理地址的起始位置，len是要映射的内存长度。这个函数处理物理内存到虚拟内存的映射，并返回指向映射区域的指针。
整个流程是：应用程序请求映射帧缓冲设备的内存到用户空间，内核接收到请求后，找到对应的帧缓冲信息结构体，并使用vm_iomap_memory函数来创建内存映射。这样，应用程序就可以直接读写帧缓冲的内存，而不需要通过read和write系统调用来进行。这种直接访问方式通常用于性能敏感的图形显示操作。