DirectFB圖形加速在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

引 言
    在嵌入式GUI中需要實(shí)現(xiàn)多圖形功能，包括圖形繪制以及拷貝等。其中的許多功能需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳遞(如圖形拷貝)，或者需要進(jìn)行大量的數(shù)值運(yùn)算(如畫(huà)樣條曲線)。如果這些功能都由純軟件實(shí)現(xiàn)的話，會(huì)占用大量的CPU時(shí)間并且需要傳遞大量的數(shù)據(jù)，從而影響了圖形性能。許多顯卡芯片帶有圖形處理器，能夠從硬件上實(shí)現(xiàn)一部分圖形功能。支持硬件加速的圖形庫(kù)可以通過(guò)圖形處理器實(shí)現(xiàn)這些圖形功能，從而減輕了CPU的負(fù)擔(dān)并減少了數(shù)據(jù)在總線上的傳輸時(shí)間，提高了圖形性能。
    本文就如何實(shí)現(xiàn)DirectFB的圖形加速功能做了詳細(xì)的介紹，并將實(shí)現(xiàn)之后在性能上得到的改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)之前做比較，說(shuō)明DirectFB在優(yōu)化嵌入式系統(tǒng)GUI上的作用。

1 DirectFB體系結(jié)構(gòu)
1．1 DirectFB簡(jiǎn)介
    DirectFB項(xiàng)目是由德國(guó)Convergence公司推動(dòng)的Open source計(jì)劃的一部分，它是專門(mén)為滿足嵌入式設(shè)備要求而開(kāi)發(fā)的小巧、強(qiáng)大、靈活和易于使用的圖形系統(tǒng)，并且試圖成為一個(gè)建構(gòu)于Linux Framebuffer Device之上的新圖形標(biāo)準(zhǔn)。它在FrameBuffer的基礎(chǔ)上提供了圖形加速、輸入設(shè)備處理提取、透明窗口和多重顯示層的功能，能夠?qū)η度胧较到y(tǒng)GUI有較好的支持。與那些通用的嵌入式GUI系統(tǒng)相比，它具有非常簡(jiǎn)潔、高效的體系結(jié)構(gòu)和硬件圖形加速功能。
1．2 DirectFB體系結(jié)構(gòu)
    (1)DirectFB訪問(wèn)硬件顯卡
    DirectFB依賴已有的內(nèi)核接口即幀緩沖設(shè)備(／dev／fb)訪問(wèn)圖形處理器，也就是說(shuō)DireetFB需要一個(gè)正在工作的幀緩沖驅(qū)動(dòng)。Linux內(nèi)核有專門(mén)的幀緩沖驅(qū)動(dòng)支持某些圖形處理器。對(duì)于不支持的圖形處理器，內(nèi)核提供VE—SA幀緩沖(這種幀緩沖有一些限制)。DirectFB利用幀緩沖設(shè)備做如下工作：
    ◆設(shè)置顯卡工作模式(分辨率，顏色深度，時(shí)序)
    ◆映射顯存
    ◆改變幀緩沖視口(針對(duì)雙緩沖)
    如果某種顯卡被DirecFB支持并且在Linux內(nèi)核中也有這種圖形處理器的幀緩沖驅(qū)動(dòng)，DirectFB利用幀緩沖設(shè)備做如下額外的工作：
    ◆映射顯存IO端口
    ◆關(guān)閉幀緩沖驅(qū)動(dòng)中自帶的加速功能
    針對(duì)具體的圖形操作(例如圖片拷貝)，DirectFB加速驅(qū)動(dòng)訪問(wèn)顯存映射的圖形處理器I／O端口向圖形處理器提交命令。也就是說(shuō)真正的硬件加速完全是在用戶空間實(shí)現(xiàn)。這樣DirectFB就可以對(duì)它支持的圖形處理器提供最大限度的硬件圖形加速。上層APl支持DirectFB的有：XdirectFB、DirectFBGL、GTK+、DFBTerm、DFBSee、DFBPoint、MythTV、Qt on DirectFB、SDL等。
    (2)DirectFB訪問(wèn)輸入設(shè)備
    DirectFB使用Linux內(nèi)核提供的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備接口訪問(wèn)輸入設(shè)備，而不是直接訪問(wèn)輸入硬件。具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 DirectFB加速驅(qū)動(dòng)原理
    本節(jié)結(jié)合筆者的硬件平臺(tái)來(lái)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)DirectFB加速驅(qū)動(dòng)，筆者所用的平臺(tái)是MPC8540，圖形處理器是Fujitsu MB86296。要實(shí)現(xiàn)DirectFB加速驅(qū)動(dòng)，需要有以下幾個(gè)模塊：系統(tǒng)、圖形加速器、屏幕及圖層。其中系統(tǒng)是指幀緩沖和硬件管理。DirectFB支持的系統(tǒng)有dev／fb、osx、sdl、xll、／dev／mem等。系統(tǒng)可以在DirectFB應(yīng)用程序配置文件directfbrc中配置。屏幕是指輸出設(shè)備，如LCD。圖層代表獨(dú)立的圖像緩沖區(qū)，一般是在顯示的時(shí)候自動(dòng)由硬件融合，硬件一般采用alpha技術(shù)融合。圖層數(shù)量的多少取決于圖形處理器，一般復(fù)雜的圖形處理器都支持多層顯示。一層內(nèi)容的改變不影響其他層的內(nèi)容。
    DirectFB驅(qū)動(dòng)的幾點(diǎn)基本要素是：
    ①必須賦給驅(qū)動(dòng)一個(gè)唯一的名字并且用如下宏實(shí)現(xiàn)：DFB_GRAPHICS_DRIVER(MB86296)。
    ②上面的宏需要定義6個(gè)函數(shù)供DirectFB Core使用，即初始化／關(guān)閉驅(qū)動(dòng)、初始化／關(guān)閉加速重獲驅(qū)動(dòng)元數(shù)據(jù)。
    ③在驅(qū)動(dòng)中需要實(shí)現(xiàn)的函數(shù)有以下6個(gè)。
    a)static int dnver_probe(GraphicsDevice*device)；
    如果系統(tǒng)支持某種硬件此函數(shù)應(yīng)該返回非零值，它用DirectFB Core來(lái)探測(cè)哪個(gè)驅(qū)動(dòng)支持系統(tǒng)硬件。

    b)static void driver_get_info(GraphicsDevice *device, GraphicsDriverInfo *info)；

    些函數(shù)用來(lái)設(shè)驅(qū)動(dòng)信息。

    c)static DFBResult driver_init_driver (GraphicsDevice *device, GraphicsDeviceFuncs *funcs, void *driver_data, void *device_data, CoreDFB *core)；

    初始化驅(qū)動(dòng)。在成功獲得所有需要的資源后驅(qū)動(dòng)應(yīng)該注冊(cè)屏幕和層。同時(shí)也需要通過(guò)funcs返回硬件加速函數(shù)列表。實(shí)現(xiàn)方式如下所示。[!--empirenews.page--]

    初始化硬件。通過(guò)GraphicsDevicelnfo*device_info設(shè)置由硬件支持的加速能力，例如Blit／Draw。具體實(shí)現(xiàn)如下：

    實(shí)現(xiàn)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)時(shí)需要做的工作。

3 加速性能測(cè)試
    通過(guò)筆者編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)程序和DirectFB官方加速測(cè)試程序df_dok，可以看出加速與否對(duì)應(yīng)用程序運(yùn)行速度的影響。下面是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)圖形加速能力的測(cè)試結(jié)果。

   
    由上面測(cè)試結(jié)果比較可以看出，實(shí)現(xiàn)了加速能力后的DirectFB可以大大提高圖形處理能力。

結(jié) 語(yǔ)
    通過(guò)筆者在某雷達(dá)系統(tǒng)上的測(cè)試可以看出，實(shí)現(xiàn)圖形加速后的GUI界面響應(yīng)較快，畫(huà)面流暢，與加速前相比圖形性能有了顯著的提高。隨著DirectFB在嵌入式系統(tǒng)，如數(shù)控、手機(jī)、嵌入式瀏覽器、PDA、雷達(dá)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，基于DirectFB的圖形加速將使得嵌入式系統(tǒng)GUI性能得到極大提高。加速驅(qū)動(dòng)程序在DirectFB圖形庫(kù)中的實(shí)現(xiàn)，充分利用了圖形加速器的加速功能，減輕了CPU的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，大大提高了嵌入式系統(tǒng)的GUI性能。