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引言 在嵌入式GUI 中需要實現多圖形功能，包括圖形繪制以及拷貝等。其中的許多功能需要進行大量的數據傳遞(如圖形拷貝)，或者需要進行大量的數值運算(如畫樣條曲線)。如果這些功能都由純軟件實現的話，會占用大量的CPU時間并且需要傳遞大量的數據，從而影響了圖形性能。許多顯卡芯片帶有圖形處理器，能夠從硬件上實現一部分圖形功能。支持硬件加速的圖形庫可以通過圖形處理器實現這些圖形功能，從而減輕了CPU的負擔并減少了數據在總線上的傳輸時間，提高了圖形性能。 本文就如何實現DirectFB的圖形加速功能做了詳細的介紹，并將實現之后在性能上得到的改進與實現之前做比較，說明DirectFB在優化嵌入式系統GUI上的作用。 1 DirectFB體系結構 1．1 DirectFB簡介 DirectFB項目是由德國Convergence公司推動的Open source計劃的一部分，它是專門為滿足嵌入式設備要求而開發的小巧、強大、靈活和易于使用的圖形系統，并且試圖成為一個建構于Linux Framebuffer Device之上的新圖形標準。它在FrameBuffer的基礎上提供了圖形加速、輸入設備處理提取、透明窗口和多重顯示層的功能，能夠對嵌入式系統 GUI有較好的支持。與那些通用的嵌入式GUI系統相比，它具有非常簡潔、高效的體系結構和硬件圖形加速功能。 1．2 DirectFB體系結構 (1)DirectFB訪問硬件顯卡 DirectFB依賴已有的內核接口即幀緩沖設備(／dev／fb)訪問圖形處理器，也就是說DireetFB需要一個正在工作的幀緩沖驅動。 Linux內核有專門的幀緩沖驅動支持某些圖形處理器。對于不支持的圖形處理器，內核提供VE—SA幀緩沖(這種幀緩沖有一些限制)。DirectFB利用幀緩沖設備做如下工作： ◆設置顯卡工作模式(分辨率，顏色深度，時序) ◆映射顯存 ◆改變幀緩沖視口(針對雙緩沖) 如果某種顯卡被DirecFB支持并且在Linux內核中也有這種圖形處理器的幀緩沖驅動，DirectFB利用幀緩沖設備做如下額外的工作： ◆映射顯存IO端口 ◆關閉幀緩沖驅動中自帶的加速功能 針對具體的圖形操作(例如圖片拷貝)，DirectFB加速驅動訪問顯存映射的圖形處理器I／O端口向圖形處理器提交命令。也就是說真正的硬件加速完全是在用戶空間實現。這樣DirectFB就可以對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訪問輸入設備 DirectFB使用Linux內核提供的標準設備接口訪問輸入設備，而不是直接訪問輸入硬件。具體的結構如圖1所示。 
2 DirectFB加速驅動原理 本節結合筆者的硬件平臺來說明如何實現DirectFB加速驅動，筆者所用的平臺是MPC8540，圖形處理器是Fujitsu MB86296。要實現DirectFB加速驅動，需要有以下幾個模塊：系統、圖形加速器、屏幕及圖層。其中系統是指幀緩沖和硬件管理。DirectFB 支持的系統有dev／fb、osx、sdl、xll、／dev／mem等。系統可以在DirectFB應用程序配置文件directfbrc中配置。屏幕是指輸出設備，如LCD。圖層代表獨立的圖像緩沖區，一般是在顯示的時候自動由硬件融合，硬件一般采用alpha技術融合。圖層數量的多少取決于圖形處理器，一般復雜的圖形處理器都支持多層顯示。一層內容的改變不影響其他層的內容。 DirectFB驅動的幾點基本要素是： ①必須賦給驅動一個唯一的名字并且用如下宏實現：DFB_GRAPHICS_DRIVER(MB86296)。 ②上面的宏需要定義6個函數供DirectFB Core使用，即初始化／關閉驅動、初始化／關閉加速重獲驅動元數據。 ③在驅動中需要實現的函數有以下6個。 a)static int dnver_probe(GraphicsDevice*device)； 如果系統支持某種硬件此函數應該返回非零值，它用DirectFB Core來探測哪個驅動支持系統硬件。 b)static void driver_get_info(GraphicsDevice *device, GraphicsDriverInfo *info)； 這些函數用來設驅動信息。 c)static DFBResult driver_init_driver (GraphicsDevice *device, GraphicsDeviceFuncs *funcs, void *driver_data, void *device_data, CoreDFB *core)； 初始化驅動。在成功獲得所有需要的資源后驅動應該注冊屏幕和層。同時也需要通過funcs返回硬件加速函數列表。實現方式如下所示。
初始化硬件。通過GraphicsDevicelnfo*device_info設置由硬件支持的加速能力，例如Blit／Draw。具體實現如下：
實現關閉驅動時需要做的工作。 3 加速性能測試 通過筆者編寫的驅動程序和DirectFB官方加速測試程序df_dok，可以看出加速與否對應用程序運行速度的影響。下面是沒有實現圖形加速能力的測試結果。
由上面測試結果比較可以看出，實現了加速能力后的DirectFB可以大大提高圖形處理能力。 結語 通過筆者在某雷達系統上的測試可以看出，實現圖形加速后的GUI界面響應較快，畫面流暢，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，如數控、手機、嵌入式瀏覽器、PDA、雷達等領域的應用越來越廣泛，基于DirectFB的圖形加速將使得嵌入式系統 GUI性能得到極大提高。加速驅動程序在DirectFB圖形庫中的實現，充分利用了圖形加速器的加速功能，減輕了CPU的數據處理負擔，大大提高了嵌入式系統的GUI性能。 參考文獻 1. 伍鐵晟.盧延云 嵌入式 Linux中圖形界面硬件加速的優化設計 [期刊論文] -計算機工程與應用2004(33) 2. 陰雷鳴.劉少君.裴海龍.才華 DirectFB 在數控系統中的實現與應用 [期刊論文] -微計算機信息2006(23) 3. 徐智林.周可風.林金龍 一種基于嵌入式Linux圖形用戶接口的實現 [期刊論文] -電腦開發與應用2006(1) 4. 翟翔 嵌入式中間件開源引擎DirectFB 2006(5) 5. 安德斯·亨特 DirectFB綜述 2004 作者：劉小雙 李建平 (電子科技大學) 鄭志國 (中國電子科技集團第十研究所) 來源：單片機與嵌入式系統應用 2009 (3) |
