02-基于GEC6818开发板的画正方形、画圆的操作——使用mmap映射提高效率

02-基于GEC6818开发板的画正方形、画圆的操作——使用mmap映射提高效率

本文主要是在01-基于粤嵌GEC6818实现屏幕的显示固定颜色进行自动切换-点击前往的基础上进行了进一步的更改，之前那个在切换时会有一定的花屏，是因为其效率低的原因，本文就对其将进行了优化。
包括实例：
1.使用mmap函数优化切换不同屏幕颜色的效率
2.在屏幕上画正方形
3.在屏幕上画一个圆形

一、 效率提高

需要进行状态切换（内核态——应用态）以及需要从应用层到fb0到底层hardware，需要进行两次搬砖，所以导致效率低下，会在颜色切换的时候有异色横线。
解决方案：
映射

1.1 mmap 映射

NAME
       mmap, munmap - map or unmap files or devices into memory

SYNOPSIS
       #include <sys/mman.h>

       void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
                  int fd, off_t offset);
       int munmap(void *addr, size_t length);

mmap函数：

• 功能：将一个文件或设备映射到进程的地址空间。
• 参数：
  • addr：期望的映射起始地址。通常设置为NULL，让系统选择一个合适的地址。(如果自己设计则需要选择内存为空闲的地址，自己难以知道确定)
  • length：映射的长度。文件有多大就设置多大，注意要以页为单位，一页就是 4K。不足一页会补齐一页。
  • prot：保护标志(权限)。指定了内存映射区域的保护模式，如读、写、执行等。一般这个权限要根据fd进行设置。

        PROT_EXEC  Pages may be executed.

       PROT_READ  Pages may be read.

       PROT_WRITE Pages may be written.

       PROT_NONE  Pages may not be accessed.

• 续参数
  • flags：控制映射的各种属性，如共享性、映射标志等。
    • MAP_SHARED 公有映射-对内核的操作直接影响文件
    • MAP_PRIVATE 私有映射-开辟一个自己的空间，不会影响文件
  • fd：文件描述符，指向要映射的文件。
  • offset：文件中的偏移量，从这个偏移量开始映射。
• 返回值：成功后会返回映射后的首地址；失败返回NONE，同时Errno被设置。

1.2 munmap 取消映射

munmap函数：

• 功能：取消映射一个之前由mmap创建的内存区域。
• 参数：
  • addr：要取消映射的内存区域的起始地址。
  • length：要取消映射的长度。
    使用mmap和munmap，您可以实现高效的文件和设备访问，同时还可以利用内存映射的特性，如零拷贝、共享内存等。

需要注意的是，使用这些函数时应谨慎处理，确保内存映射的正确性和安全性。在使用这些函数时，通常需要考虑与其他系统调用和操作系统接口的交互，以确保程序的正确性和稳定性。

二、 练习使用

2.1 练习1：使用mmap函数优化切换不同屏幕颜色的效率

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define WIDTH 800
#define HEIGHT 480

int main() {
    int fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        perror("open file error");
        exit(1);
    }

    // 计算需要映射的大小
    size_t screensize = WIDTH * HEIGHT * 4;

    // 使用mmap映射到内核空间
    int *fbp = (int *)mmap(0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if ((intptr_t)fbp == -1) {
        perror("mmap error");
        exit(1);
    }

    int color1[WIDTH * HEIGHT];
    int color2[WIDTH * HEIGHT];
    int i;
    for (i = 0; i < WIDTH * HEIGHT; i++) {
        color1[i] = 0x00FF00;  // green
        color2[i] = 0xFF0000;  // red
    }

    while (1) {
        // 将color1写入映射的内存
        memcpy(fbp, color1, screensize);
        sleep(1);

        // 将color2写入映射的内存
        memcpy(fbp, color2, screensize);
        sleep(1);
    }

    // 取消映射并关闭文件描述符
    munmap(fbp, screensize);
    close(fd);

    return 0;
}

2.2 练习2：在屏幕上画正方形

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>


int lcd_fd = -1;//全局的lcd描述符

unsigned int* plcd = NULL ;

void lcdinit()
{
    lcd_fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (-1 == lcd_fd)
    {
        perror("open fb0 error");
        exit(1);
    }
    plcd = mmap(NULL, 800*480*4, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, lcd_fd, 0);
    if (plcd == MAP_FAILED) {
        perror("mmap error");
        return;
}


}
void lcd_destory()
{
    munmap(plcd,800*400*4);
    close(lcd_fd);
}


/*画点函数
* 传入参数：
* (x,y)需要画点的坐标
*   color:(x,y)点的颜色
*/
void point(int x,int y, unsigned int color)
{
    if(x>0&&x<800&&y>=0&&y<480)
    {
        *(plcd+y*800+x)=color;//给这个点赋值color
    }
}

/*函数：画一个方块
* 传入参数：
* w: 正方形的宽
* h: 正方形的高
* x0: 需要画在x0的位置
* y0: 需要画在y0的位置
* color : 需要画的颜色
* 返回值：NULL
*/
void display_sql(int w,int h, int x0, int y0,int color)
{
    int x,y;
    for(y=0;y< h;y++)
    {
        for(x=0;x<w;x++)
        {
            point(x+x0,y+y0,color);//在x0,y0开始的位置开始画点
        }
    }
}
int main()
{
    int  r1,r2;
    lcdinit();
    //操作屏幕
    display_sql(200,200,100,100,0xff0000);
    display_sql(200,200,400,100,0xff);
    lcd_destory();
    return 0;
}

2.3 练习3： 在屏幕上画一个圆形

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h> 

int lcd_fd = -1; // 全局的lcd描述符
unsigned int* plcd = NULL;

void lcdinit() {
    lcd_fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (-1 == lcd_fd) {
        perror("open fb0 error");
        exit(1);
    }
    plcd = mmap(NULL, 800 * 480 * 4, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, lcd_fd, 0);
    if (plcd == MAP_FAILED) {
        perror("mmap error");
        return;
    }
}

void lcd_destory() {
    munmap(plcd, 800 * 480 * 4);
    close(lcd_fd);
}

void point(int x, int y, unsigned int color) {
    if (x >= 0 && x < 800 && y >= 0 && y < 480) {
        *(plcd + y * 800 + x) = color;
    }
}

void display_sql(int w, int h, int x0, int y0, int color) {
    int x, y;
    for (y = 0; y < h; y++) {
        for (x = 0; x < w; x++) {
            point(x + x0, y + y0, color);
        }
    }
}

void fill_circle(int xc, int yc, int r, unsigned int color) {
    int x = 0, y = r;
    int d = 3 - 2 * r;

    while (x <= y) {
        // 画圆弧上的水平线
        for (int i = xc - x; i <= xc + x; i++) {
            point(i, yc - y, color);
            point(i, yc + y, color);
        }

        // 画圆弧上的垂直线
        for (int i = xc - y; i <= xc + y; i++) {
            point(i, yc - x, color);
            point(i, yc + x, color);
        }

        if (d < 0) {
            d = d + 4 * x + 6;
        } else {
            d = d + 4 * (x - y) + 10;
            y--;
        }
        x++;
    }
}

int main() {
    lcdinit();

    display_sql(200, 200, 100, 100, 0xff0000);
    display_sql(200, 200, 400, 100, 0xff);

    // 画一个填充的黄色圆形
    fill_circle(300, 240, 50, 0xffff00);

    lcd_destory();
    return 0;
}

实现效果图