프레임 버퍼에 QEMU의 Raspberry Pi2 모델을 사용하여 그립니다.
QEMU의 라즈베리 Pi2 모델은 VRAM의 주소만 알면 나체 금속도 간단하게 묘사할 수 있다.
사실 저는 라즈베리 파이 3 모델을 사용하고 싶은데 왜 움직이지 않는지 모르겠어요.(다시 한 번 시도해 봤는데 천 부분의 코드를 AARCH64로 바꿨어요. 라즈베리 Pi3 모델에서 Frabe Buffer도 움직였어요. 그런데 메일박스가 안 움직였어요.)

작업 예

QEMU는 2.12를 사용합니다.

$ emu-system-arm -no-reboot -m 128 -M raspi3 -kernel kernel.elf 

QEMU를 실행하면 표시되는 이미지입니다.

'30일이면 완성! OS 자체 제작 입문'의 예를 묘사했다.

설명

QEMU2.12의 Raspberry Pi 모델은 소스 코드에서 프레임 버퍼 설정을 설명합니다.

hw/display/bcm2835_fb.c

static Property bcm2835_fb_props[] = {
    DEFINE_PROP_UINT32("vcram-base", BCM2835FBState, vcram_base, 0),/*required*/
    DEFINE_PROP_UINT32("vcram-size", BCM2835FBState, vcram_size,
                       DEFAULT_VCRAM_SIZE),
    DEFINE_PROP_UINT32("xres", BCM2835FBState, xres, 640),
    DEFINE_PROP_UINT32("yres", BCM2835FBState, yres, 480),
    DEFINE_PROP_UINT32("bpp", BCM2835FBState, bpp, 16),
    DEFINE_PROP_UINT32("pixo", BCM2835FBState, pixo, 1), /* 1=RGB, 0=BGR */
    DEFINE_PROP_UINT32("alpha", BCM2835FBState, alpha, 2), /* alpha ignored */
    DEFINE_PROP_END_OF_LIST()
};

즉, 640x480의 16bit 모드가 기본 설정입니다.따라서 QEMU에서 프레임 버퍼를 설정하지 않아도 이 설정을 통해 이동할 수 있습니다.

이때 VRAM 주소는 0x04100000으로 고정됩니다.(실제로 원본을 봐도 몰라서 메일박스를 통해 주소를 얻었다.)

VRAM에 16비트 색상 코드를 작성하여 그릴 수 있습니다.

VRAM 주소를 사용하여 화면 왼쪽 상단의 픽셀 1개를 흰색으로 설정한 경우의 예입니다.

uint16_t *vram = (uint16_t *) 0x4100000;
vram = 0xffff;

예시 동작의 코드를 그립니다.

void boxfill8(uint16_t *vram, int xsize, uint16_t c, int x0, int y0, int x1, int y1)
{
    int x, y;
    for (y = y0; y <= y1; y++) {
        for (x = x0; x <= x1; x++)
            vram[y * xsize + x] = c;
    }
    return;
}

#define COL8_000000 (((0x00>>3)<<11) + ((0x00>>3)<<6) + (0x00>>3))
#define COL8_008484 (((0x00>>3)<<11) + ((0x84>>3)<<6) + (0x84>>3))
#define COL8_848484 (((0x84>>3)<<11) + ((0x84>>3)<<6) + (0x84>>3))
#define COL8_C6C6C6 (((0xC6>>3)<<11) + ((0xC6>>3)<<6) + (0xC6>>3))
#define COL8_FFFFFF (((0xFF>>3)<<11) + ((0xFF>>3)<<6) + (0xFF>>3))

void kernel_main(void)
{
    uint16_t *vram = (uint16_t *) 0x4100000;
    int x = 640 ,y = 480;

    boxfill8(vram, x, COL8_008484,  0,     0,      x -  1, y - 29);
    boxfill8(vram, x, COL8_C6C6C6,  0,     y - 28, x -  1, y - 28);
    boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF,  0,     y - 27, x -  1, y - 27);
    boxfill8(vram, x, COL8_C6C6C6,  0,     y - 26, x -  1, y -  1);

    boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF,  3,     y - 24, 59,     y - 24);
    boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF,  2,     y - 24,  2,     y -  4);
    boxfill8(vram, x, COL8_848484,  3,     y -  4, 59,     y -  4);
    boxfill8(vram, x, COL8_848484, 59,     y - 23, 59,     y -  5);
    boxfill8(vram, x, COL8_000000,  2,     y -  3, 59,     y -  3);
    boxfill8(vram, x, COL8_000000, 60,     y - 24, 60,     y -  3);

    boxfill8(vram, x, COL8_848484, x - 47, y - 24, x -  4, y - 24);
    boxfill8(vram, x, COL8_848484, x - 47, y - 23, x - 47, y -  4);
    boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF, x - 47, y -  3, x -  4, y -  3);
    boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF, x -  3, y - 24, x -  3, y -  3);

    while (1)
        ;
}

VRAM 주소 취득

QEMU에서도 메일박스를 통해 VRAM 주소를 확인할 수 있습니다.
QEMU에서 아래 코드를 이동하여 0x4100000 주소를 얻었습니다.
메일박스의 사용 방법은 참고 페이지를 보십시오.
다만 실제 기기와 QEMU의 동작이 같은지는 잘 모르겠다.
실제 컴퓨터(Raspberry Pi)에서는 메일박스의 불빛을 통해 전달되는 주소에 0x40억 위안을 더했지만 QEMU라면 원래 주소가 아니면 이동할 수 없다.

#define MB_READ   0x3F00B880
#define MB_WRITE  0x3F00B8A0
#define MB_STATUS 0x2000B898

void mb_write(uint32_t cmd_addr, uint32_t channel)
{
    volatile uint32_t sta, cmd = 0;

    do {
        sta = *( (volatile uint32_t *) MB_STATUS);
    } while (sta & 0x80000000);

    cmd = cmd_addr | channel;
    *((volatile uint32_t *) MB_WRITE) = cmd;
    return;
}

void mb_read(uint32_t channel, uint32_t *resp_addr)
{
    volatile uint32_t mail, sta;

    do {
        do {
            sta = *( (volatile uint32_t *) MB_STATUS);
        } while (sta & 0x40000000);
        mail = *( (volatile uint32_t *) MB_READ);
    } while ((mail & 0x0000000F) != channel);

    *resp_addr =  mail & 0xFFFFFFF0;
    uart_puts("mb_read resp addr ");
    uart_hex_puts(*resp_addr);
    return;
}

static uint32_t pt[8192] __attribute__((aligned(16)));

uint16_t *fb_get_address(void)
{
    uint32_t i;
    uint32_t mail;
    uint32_t *mailp;

    pt[0] = 32;      // buffer size in bytes
    pt[1] = 0;       // request code: process request
    pt[2] = 0x40001; // tag: allocate frame buffer
    pt[3] = 4;       // length
    pt[4] = 0;
    pt[5] = 16;      // alignments in bytes
    pt[7] = 0;       // end tag

    uart_puts("mailbox cmd addr: ");
    uart_hex_puts( (uint32_t) pt);
    for(i=0; i<*((uint32_t *) pt)/4; i++) {
        uart_hex_puts( *((uint32_t *) (pt+i)));
    }

    mb_write((uint32_t) pt, 8);
    mb_read(8, &mail);

    uart_puts("mailbox resp addr: ");
    uart_hex_puts( (unsigned int) mail);
    mailp = (uint32_t *) mail;
    for(i=0; i<32/4; i++) {
        uart_hex_puts( * (mailp+i));
    }

    return (uint16_t *) *(mailp + 5);
}

void kernel_main(void)
{
    uint16_t *vram;
    uart_init();

    vram = fb_get_address();
...
}

위의 작업을 수행할 때 UART 출력 로그

mailbox cmd addr: 0xB000
0x20
0x0
0x40001
0x4
0x0
0x10
0x0
0x0

mb_read resp addr 0xB000

mailbox resp addr: 0xB000
0x20
0x80000000
0x40001
0x4
0x80000008
0x4100000
0x96000
0x0

이 로그의 0x4100000은 VRAM 주소입니다.
QEMU의 메일박스 명령은 QEMU의 bcm2835_property.c 에 설명되어 있습니다.

참조 페이지

VC framebuffer on QEMU -M raspi2

boot-arm-raspi.s

라즈베리 파이 나금속 프로그래밍 중인 메일박스 기능

RPiHaribote의mailbox.c

Officital의githubwiki에 있음Mailbox property interface