通过 Linux FrameBuffer 将像素绘制到屏幕上

问题描述：

最近我突然有了一个奇怪的想法，从 /dev/urandom 获取输入，将相关字符转换为随机整数，并使用这些整数作为像素的 rgb/xy 值来绘制到屏幕上。

我做了一些研究（在 StackOverflow 和其他地方），许多人建议你可以直接写入 /dev/fb0，因为它是设备的文件表示。不幸的是，这似乎没有产生任何视觉上明显的结果。

我找到了一个来自 QT 教程（不再可用）的示例 C 程序，它使用 mmap 写入缓冲区。该程序成功运行，但同样没有输出到屏幕。有趣的是，当我将笔记本电脑置于暂停状态并随后恢复时，我看到图像（红色方块）瞬间闪烁，该图像更早写入帧缓冲区。在 Linux 中，写入帧缓冲区是否还可以用于绘制到屏幕上？理想情况下，我想编写一个 (ba)sh 脚本，但 C 或类似脚本也可以。谢谢！

编辑：这是示例程序……对兽医来说可能看起来很熟悉。

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

int main()
{
    int fbfd = 0;
    struct fb_var_screeninfo vinfo;
    struct fb_fix_screeninfo finfo;
    long int screensize = 0;
    char *fbp = 0;
    int x = 0, y = 0;
    long int location = 0;

    // Open the file for reading and writing
    fbfd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (fbfd == -1) {
        perror("Error: cannot open framebuffer device");
        exit(1);
    }
    printf("The framebuffer device was opened successfully.
");

    // Get fixed screen information
    if (ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo) == -1) {
        perror("Error reading fixed information");
        exit(2);
    }

    // Get variable screen information
    if (ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo) == -1) {
        perror("Error reading variable information");
        exit(3);
    }

    printf("%dx%d, %dbpp
", vinfo.xres, vinfo.yres, vinfo.bits_per_pixel);

    // Figure out the size of the screen in bytes
    screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;

    // Map the device to memory
    fbp = (char *)mmap(0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fbfd, 0);
    if ((int)fbp == -1) {
        perror("Error: failed to map framebuffer device to memory");
        exit(4);
    }
    printf("The framebuffer device was mapped to memory successfully.
");

    x = 100; y = 100;       // Where we are going to put the pixel

    // Figure out where in memory to put the pixel
    for (y = 100; y < 300; y++)
        for (x = 100; x < 300; x++) {

            location = (x+vinfo.xoffset) * (vinfo.bits_per_pixel/8) +
                       (y+vinfo.yoffset) * finfo.line_length;

            if (vinfo.bits_per_pixel == 32) {
                *(fbp + location) = 100;        // Some blue
                *(fbp + location + 1) = 15+(x-100)/2;     // A little green
                *(fbp + location + 2) = 200-(y-100)/5;    // A lot of red
                *(fbp + location + 3) = 0;      // No transparency
        //location += 4;
            } else  { //assume 16bpp
                int b = 10;
                int g = (x-100)/6;     // A little green
                int r = 31-(y-100)/16;    // A lot of red
                unsigned short int t = r<<11 | g << 5 | b;
                *((unsigned short int*)(fbp + location)) = t;
            }

        }
    munmap(fbp, screensize);
    close(fbfd);
    return 0;
}

解决方案 1：

我通过以下几个实验取得了成功。

首先，确定 X 是否使用填充为 32 位的 TrueColor RGB（或者假设是这种情况）。然后确定您是否具有 fb0 的写入权限（并且它存在）。如果这些是真的（并且我预计许多现代工具包/台式机/ PC 可能会使用这些作为默认值），那么您应该能够执行以下操作（如果这些默认值不成立，那么您可能仍可以通过以下测试获得一些成功，尽管细节可能会有所不同）：

测试 1：打开虚拟终端（在 X 中）并输入：$ echo "ddd ... ddd" >/dev/fb0 其中 ... 实际上是几个屏幕的 d。结果将是屏幕顶部出现一行或多行（部分）灰色，具体取决于您的回显字符串的长度以及您启用的像素分辨率。您还可以选择任何字母（ascii 值都小于 0x80，因此产生的颜色将是深灰色……如果您想要灰色以外的颜色，请改变字母）。显然，这可以推广到 shell 循环，或者您可以 cat 一个大文件以更清楚地看到效果：例如：$ cat /lib/libc.so.6 >/dev/fb0 以查看一些 fsf 支持者的真实颜色 ;-P

如果屏幕上的一大块内容被覆盖，请不要担心。X 仍可控制鼠标指针，并且仍可知道窗口的映射位置。您所要做的就是抓住任何窗口并将其拖动一小段以消除噪音。

测试 2：cat /dev/fb0 > xxx 然后更改桌面的外观（例如，打开新窗口并关闭其他窗口）。最后，执行相反的操作：cat xxx > /dev/fb0 以恢复旧桌面！

哈，其实不完全是。旧桌面的图像只是一种幻觉，当你将任意窗口全屏打开时，你很快就会摆脱它。

测试 3：编写一个小应用程序，抓取 /dev/fb0 的先前转储并修改像素的颜色，例如，删除红色成分或增加蓝色，或翻转红色和绿色等。然后将这些像素写回到新文件中，稍后您可以通过测试 2 的简单 shell 方法查看该文件。另外，请注意，您可能会处理每个像素的 BGRA 4 字节数量。这意味着您要忽略每个第 4 个字节，并将每组中的第一个字节视为蓝色成分。“ARGB”是大端字节序，因此如果您通过增加 C 数组的索引来访问这些字节，蓝色将首先出现，然后是绿色，然后是红色……即 BGRA（不是 ARGB）。

测试 4：用任何语言编写一个应用程序，以视频速度循环，向屏幕的某个部分发送非方形图片（比如 xeyes），从而创建没有任何窗口边框的动画。为了获得加分，让动画在整个屏幕上移动。您必须确保在绘制一小行像素后跳过一大片空间（以弥补可能比动画图片宽得多的屏幕宽度）。

测试 5：捉弄朋友，例如，扩展测试 4，让一张动画人物的图片弹出到他们的桌面上（也许可以自己拍摄以获取像素数据），然后走到他们的一个重要的桌面文件夹前，拿起文件夹并将其撕碎，然后开始歇斯底里地大笑，然后让一个火球出来吞噬他们的整个桌面。虽然这一切都是幻觉，但他们可能会有点害怕……但可以将其作为学习经验来炫耀 Linux 和开源，并向新手展示它看起来比实际上可怕得多。[Linux 上的“病毒”通常是无害的幻觉]

解决方案 2：

如果您正在运行 X11，则必须通过 X11 API 来绘制到屏幕上。绕过 X 服务器非常不方便（而且，正如您所见，通常不起作用）。它还可能导致崩溃，或者只是一般的显示损坏。

如果您希望能够在任何地方运行（控制台和 X 下），请查看 SDL 或 GGI。如果您只关心 X11，您可以使用 GTK、QT 甚至 Xlib。有很多选择……

解决方案 3：

我想说，在尝试写入 /dev/fb0 之前要小心，如上所述。我在 ubuntu 10.04 的 X 下尝试过，结果 a) 没有任何视觉效果，b) 它破坏了所有 shell 窗口，甚至其他 tty，导致内核错误和功能缺失。

解决方案 4：

我正在考虑编写一个基于帧缓冲区的程序，因为我需要能够滚动（SDR 瀑布图）。请参阅https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f=28&t=232493&p=1425567#p1425567 我认为滚动测试是成功的。在我们通过 ioctl 获取信息的这两个结构中，还有关于颜色深度的内容。您的程序似乎基于我所做的相同示例。如何在 Linux 上从帧缓冲区获取像素颜色（Raspberry Pi）

我的程序在我的 Raspberry Pi 上运行良好，无论是否使用 X。它对我的笔记本电脑的屏幕没有影响。它有一个 /dev/fb0，程序运行并且数字看起来正确，但它在视觉上没有任何作用。也许是双缓冲之类的。

在 X 下，它实际上不会造成任何损害。如果你拖动一些窗口，让一切重新绘制，一切都会恢复。然后我决定备份屏幕上的内容，并在完成后将其放回原位，这也有效。我移动并放回的窗口工作起来就像我从未碰过它一样。X 没有意识到我弄乱了屏幕缓冲区，它知道它在那里放了什么，并相应地记录鼠标点击。如果我移动了一个窗口但没有把它放回去，点击仍然会在原来的位置起作用。

解决方案 5：

您应该使用 fb_fix_screeninfo.smem_len 来计算屏幕尺寸，而不是自己进行乘法运算。缓冲区可能对齐 4 个字节或其他内容。

screensize = finfo.smem_len;

解决方案 6：

如果你调试你的程序，你会发现这一行：

 screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;

screensize为 0. 因为 vinfo.xres 为 0. 您应该将其更改为：

long ppc_fx = (((long)fixed_info.smem_start) - ((long) fixed_info.smem_start & ~(PAGE_SIZE-1)));
screensize = finfo.smem_len + ppc_fx;

从 Linux 2.6.2 开始，mmap() 的第二个参数screensize不能为 0。否则 mmap() 将返回 MAP_FAILED。

解决方案 7：

当我使用该程序来全屏写入时它崩溃了，这是由于屏幕尺寸计算错误。

// Figure out the size of the screen in bytes     
screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;

这应该是：

/* Calculate the size of the screen in bytes */   
screensize = vinfo.xres_virtual * vinfo.yres_virtual * (vinfo.bits_per_pixel / 8);