Linux手写FrameBuffer任意引脚驱动spi屏幕

一、硬件设备

        开发板：香橙派 5Plus，cpu：RK3588，带有 40pin 外接引脚。

        屏幕：SPI 协议 0.96 寸 OLED。

二、需求

        主要是想给板子增加一个可视化的监视器，并且主页面可调。

        平时跑个模型或者服务，想查看状态和参数，要么通过 SSH 远程连接，要么开启 Docker 跑面板，但是怎么会有抬头显示来的方便呢？于是捣鼓单片机的心又开始跳动了，准备手写一套完整的驱动和应用。

        硬件 SPI 引脚刚好在风扇的出风口，为了满足强迫症，决定使用软件模拟 SPI，直接手翻引脚。考虑到后期可能会增加新的设备，于是直接将除 VCC 和 GND 以外的脚全部通过应用层传入，可以随意更改。

三、驱动

        0.96的 OLED 分辨率不高，使用字符设备来实现足矣。

1、传统的字符设备注册流程：

并在开头先完成了帧缓存的映射：

        这里我增加了缓冲区大小的自动调整，内核在分配虚拟内存区域（VMA）时，可能会出于性能或管理方便的考虑，将映射大小调整为页面大小的整数倍，在64位系统中一页是 4096 字节。 所以即使只请求了 1024 （分辨率128 * 64 / 8）字节，内核也会分配一个完整的页面（4096 字节）。

        vmalloc_user 函数注意带有 user 后缀，专门为用户空间的映射而设计的。我一开始使用不带后缀的，在内核的映射函数 remap_vmalloc_range 总是报错，不知是不是因为 vmalloc 带有调试信息等额外的元数据，导致用户空间无法映射。

2、file_operations 结构体

        在驱动中，我实现了读、写、ioctl和mmap。读时返回屏幕的硬件信息和帧大小，写时可以直接将数据字节流写入到帧缓冲，用于快速清屏。

        ioctl 函数实现了简单的接口：

可以传入引脚的编号，开启和关闭OLED，刷新帧缓存和清屏。

驱动实现的 mmap 函数：

这里设置了 vma 的权限，见注释。

重点讲一下 ioctl 接口实现的 GPIO 写时初始化：

        (1) 先进行 GPIO 检查，如果已经初始化并且还没有释放引脚，则退出。

        (2) 将 GPIO 引脚结构体复制到内核，保存到内核中的设备结构体；

        (3) 进行 GPIO 的初始化，包括向内核申请引脚，设置方向，并标记已配置:

        (4) 进行 OLED 的初始化，这里可能各不相同，建议找购买渠道询问：

        以上是驱动的大概框架，由于字符驱动本身比较基础，开源资料也非常多，所以只展示了我个人设计的地方，代码具体实现细节我会放在 github 及 gitee。

1125962926/spi-oled-driver: Framebuffer drivers implemented by char-devices that can change pins at willhttps://github.com/1125962926/spi-oled-driverspi-oled-driver: 手写Linux FrameBuffer 0.96 寸 spi 屏幕驱动，支持从 app 传入任意引脚https://gitee.com/lrf1125962926/spi-oled-driver

四、应用

        目前还在开发中，这部分根据原有的设想，内容会很多，所以会在完成后单独写一篇文章分享。

        有关 0.96寸 OLED 的 UI 界面设计，也欢迎各位小伙伴提供思路和建议，我也在寻找优秀好看的 UI，毕竟 htop 和 btop 的界面用习惯了，top那密密麻麻的一片看着难受。