1.概述 根据目前STB的媒体表现形式不足和将来的功能扩展需求,需要有一套稳定、灵活的显示设备、输入设备适配层。 DirectFB(以下简称DFB)是针对嵌入式系统资源和性能特点而设计的一套图形库。我们在这里对DFB在Davinci平台上的可用性做一次分析。 分析的主要内容有: 1) 代码的编译选项 2) 图形库主要特性 3) 典型应用程序启动、画图显示过程分析 4) 分析DFB在Davinci平台上应用的可行性 2.编译选项 ./configure CC=arm_v5t_le-gcc CXX=arm_v5t_le-g AR=arm_v5t_le-ar RANLIB=arm_v5t_le-ranlib LD=arm_v5t_le-ld CFLAGS="-O2 -ffast-math -pipe" CPPFLAGS=-I/home/cnc/devkit/arm/v5t_le/target/usr/include LDFLAGS="-L/home/cnc/devkit/arm/v5t_le/target/lib -L/home/cnc/devkit/arm/v5t_le/target/usr/lib" --host=arm-linux --build=i386 --prefix=/home/cnc/root-nfs/usr/local --exec-prefix=/usr/local --enable-debug --enable-trace --enable-static --enable-multi --enable-fbdev --without-tools --with-gfxdrivers=davinci 上面的编译选项中: --enable-multi 允许多进程间共享显示设备(下面的分析都是基于此编译条件) --enable-debug 允许调试信息与断言 --enable-trace 允许运行时堆栈跟踪 当DFB图形库编译安装成功后,我们需要编写DFB在目标系统上的运行配置。 directfbrc是DFB图形库启动的配置文件,配置方式分为: 系统级配置:a system-wide one stored in /etc/directfbrc 用户级配置:a per-user $HOME/.directfbrc which may override system settings. 也可以通过应用程序(basename of argv[0]))传入:/etc/directfbrc.$0 或$HOME/.directfbrc.$0 下面是配置文件的具体示例,更详细的配置方式请参阅文档Man page of DIRECTFBRC.mht: system=fbdev fbdev=/dev/fb0 mode=720x576 depth=16 pixelformat=RGB16 systems指定显示系统接口,目前可选接口有: dvevm:直接操作硬件地址空间适配层代码 fbdev: 输出到frame buffer。 osx: 输出到mac os上。 vnc: 输出到Virtual Network Computing(类似于微软远程桌面的一个协议)。 x11: 输出到X Window上 sdl: 输出到Simple DirectMedia Layer。 这里我们使用framebuffer接口。 mode指定显示设备的分辨率; depth为像素位数; pixelformat指定显示设备像素格式。 3.DFB图形库关键模块-fusion 在介绍DFB之前先介绍一下DFB多进程共享同一显示资源的核心模块fusion。在传统的DFB应用中,所有的应用程序都在一个进程中,在性能上,有一些优势,然而一个应用程序不稳定会造成整个系统的不稳定。若采用C/S模型,无疑是重蹈X Widnow的覆辙,会丧失性能上的优势。所以DirectFB采用了另外一种方式,与C/S相区别,称之为主从模型(Master/Slave)。它加了一个称之为fusion的内核模块。Fusion是熔化的意思,多个应用程序在不同的进程空间里,通过这个内核模块通信,在这里,一切都溶为一体。Master应用程序负责初始化一个称为竟技场(Arena)的东西,其它Slave应用程序可以加入(join)或者退出(leave)竟技场。当Master退出时,则其它所有Slave都必须退出。Fusion里采用了Reactor模式,每个应用程序可以通过ioctl向reactor注册事件处理器,当有事件发生时,reactor会把事件写入到所注册了的应用程序的fusion文件描述符时,之后应用程序可以从fusion文件描述符里读取到事件数据。当然,应用程序也可以通过ioctl发送事件给其它应用程序,reactor也会把事件分发给其它应用程序。 /*关于fusion的调用函数定义都是通过FUSION_OBJECT_METHODS这个宏定义实现的*/ 消息分发线程的创建 DirectFBCreate fusion_enter>>>Master应用程序初始化或join Arena,挂在/dev/fusionN direct_thread_create( DTT_MESSAGING, fusion_dispatch_loop, world, "Fusion Dispatch" ); fusion_dispatch_loop>>>启动消息分发线程 以注册Surface对象的Flip事件为例说明fusion注册事件流程 IDirectFB_CreateSurface>>>创建一个surface对象 IDirectFBSurface_Construct>>> dfb_surface_attach( surface,IDirectFBSurface_listener, thiz, &data->reaction ); >>注册surface listener fusion_reactor_attach>>注册surface 相关的回调函数 ioctl( _fusion_fd( reactor->shared ), FUSION_REACTOR_ATTACH, &attach ) 发送Surface Flip事件 dfb_surface_flip( data->surface, false );>>> 改变surface buffer index dfb_surface_notify( surface, CSNF_FLIP );>>> dfb_surface_dispatch( surface, ¬ification, dfb_surface_globals );>>> 通过fusion通知进行surface_listener flip操作 下面以触摸屏为例介绍笔点事件的过程: 1)初始化时,driver_open_device创建一个进程,挂在/dev/input/event0上,等待笔点事件。 2)初始化时,应用程序创建另外一个线程,挂在/dev/fusionN(不同的应用程序N值不同)上。 3) 当有笔点事件时,通过函数调用dfb_input_dispatch-->fusion_reactor_dispatch->ioctl (FUSION_REACTOR_DISPATCH)把消息丢给内核模块。 4) 内核模块中的Reactor把事件数据写入到各个所注册的事件处理器的/dev/fusionN里。 5) 应用程序从/dev/fusionN文件中取得事件数据,并调用应用程序内部的reactor处理函数,一般是IDirectFBEventBuffer_InputReact/IDirectFBEventBuffer_WindowReact两个函数。 6) 然后,在IDirectFBEventBuffer_InputReact/IDirectFBEventBuffer_WindowReact两个函数中,调用IDirectFBEventBuffer_AddItem把事件加入到窗口的事件队列中。 7) 在应用程序的主线程中,就可以通过调用窗口的GetEvent函数从事件队列中获取事件了,最后,把获取的事件分发到各个窗口事件处理函数中。 3.通过调试信息来分析DFB核的启动过程: 所有基于DFB显示的应用程序运行前都需要调用下面两个接口函数: DirectFBInit和DirectFBCreate。 DirectFBInit中通过读取DFB配置文件、DFB环境变量,解析入口参数来初始化全局配置。 DirectFBCreate完成整个图形库创建使用前资源申请、核心对象创建的工作。 我们用下面的log来跟踪DFB Core的创建过程:(蓝色为解释,黑色为打印的log) =======================| DirectFB 1.1.1 |======================= (c) 2001-2007 The DirectFB Organization (directfb.org) (c) 2000-2004 Convergence (integrated media) GmbH ------------------------------------------------------------ //指示当前DFB图形库为支持多进程共享方式,且通过dfb_system_lookup在/usr/local/lib/directfb-1.1.1/system中遍历加载图形接口库,找到配置文件中指定的system (*) DirectFB/Core: Multi Application Core. (2008-02-28 06:31) [ DEBUG ][ TRACE ] //dfb_core_create>>>fusion_enter>>> //fusion_enter 解释为Enters a fusion world by joining or creating it.,说明每当一个进程调用DFB图形库都会获取一个world index,打开对性的Fusion Kernel Device“/dev/fusion(0~8)” ,且同时支持的最大数量为FUSION_MAX_WORLDS=8 //提示目前内核版本存在MADV_REMOVE漏洞 (*) Fusion/SHM: NOT using MADV_REMOVE (2.6.10.0 02060a00] //dfb_core_create>>>fusion_enter>>>/* Start the dispatcher thread. */ direct_thread_create( DTT_MESSAGING,fusion_dispatch_loop,world, "Fusion Dispatch" );启动消息接收处理线程,负责接收来自其他进程的消息 (*) Direct/Thread: Running 'Fusion Dispatch' (MESSAGING, 1297)... //dfb_core_create>>>dfb_system_thread_init>>>system_funcs->ThreadInit()(fbdev.c-system_initialize)>>>dfb_vt_initialize>>>vt_init_switching (*) Direct/Thread: Running 'VT Switcher' (CRITICAL, 1307)... //下面以加载鼠标为例说明驱动Probe过程,Keyboard ,显卡MMX 过程都类同 //在循环打开动态库的同时完成下面过程DFB_INPUT_DRIVER( ps2mouse )>>>driver_open_device>>> /* start input thread */ data->thread = direct_thread_create( DTT_INPUT, linux_input_EventThread, data, "Linux Input" ); (*) Direct/Thread: Running 'PS/2 Input' (INPUT, 1321)... (*) DirectFB/Input: IMPS/2 Mouse 1.0 (directfb.org) (*) Direct/Thread: Running 'Keyboard Input' (INPUT, 1322)... (*) DirectFB/Input: Keyboard 0.9 (directfb.org) //Generic 软件渲染 (*) DirectFB/Graphics: Generic Software Rasterizer 0.6 (directfb.org) //创建窗口管理器 (*) DirectFB/Core/WM: Default 0.3 (directfb.org) //以devfb为例说明分辨率、像素格式的检测过程 1.注册devfb region测试函数: fbdev.c system_initialize >>>/* Register primary layer functions */ dfb_layers_register( screen, NULL, &primaryLayerFuncs ); 2.完成测试过程: DirectFBCreate>>>IDirectFB_Construct>>> if (dfb_core_is_master( core )) { ret = InitLayers( thiz, data ); >>>dfb_layer_context_test_configuration >>> funcs = layer->funcs; /* Test the region configuration. */ if (region_config.buffermode == DLBM_WINDOWS) {} else{ /* Let the driver examine the modified configuration. */ ret = funcs->TestRegion( layer, layer->driver_data, layer->layer_data, ®ion_config, &failed ); } (*) FBDev/Mode: Testing 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Preparing switch to 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Testing 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Preparing switch to 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Testing 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Preparing switch to 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Testing 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Preparing switch to 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Testing 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Preparing switch to 720x576 RGB16 (*) FBDev/Surface: Allocated 720x576 16bit RGB16 buffer at offset 0 and pitch 1440. (*) FBDev/Mode: (Post)Setting 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Switched to 720x576 (720x576) at 16 bit RGB16 (wanted RGB16). (*) FBDev/Mode: Testing 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: Preparing switch to 720x576 RGB16 (*) FBDev/Mode: (Post)Setting 720x576 RGB16 -------------------------woods---------df_fire---DirectFBCreate success 4.DFB画图流程 4.1在分析画图流程前先罗列一下DFB中关于图形相关名词 Blitting Blitting是只图像数据的拷贝过程。举一个最简单的例子就是当两个Surface有相同的大小,颜色深度和像素格式时,Blitting 其中一个Surface 到另一个Surface。在这个过程中内存只被复制而没有被处理(就像复制其他任何类型的数据一样)。除此之外还有更高级的带alpha通道的blitting或者带不同像素格转换功能的blitting。许多图形显卡是由硬件Blitting来完成多种格式数据的传输和操作。一般来讲在完成Blitting操作后,我们即可在显示设备上看到要显示的内容。 Surface Surface 是图像以一种具体的像素格式被保存的一块内存区域。一个Surface 可以位于显存或系统内存中。可以在一个Surface上进行画图操作或者把一个Surface Blitting到另一个上。 在全屏模式下时,屏幕中的可视区称为”主Surface”,所以可以直接在屏幕的可 视区完成图形操作。 为了避免闪烁问题,每个Surface 都可以选择双缓冲,图形操作将首先在辅助缓冲区中执行然后采用Flip操作将其显示到可视区域。 SubSurface SubSurface使用和Surface相同的接口。它代表父类Surface的一个区域并且没有 为自己分配任何系统或显存空间。 Layer 针对不同的显卡而言可能存在有一个或者多个显示层。一个标准的PC显卡只有一个层,但是对于嵌入式设备而言可能不只一个,比如TI Davinci平台的Video Processing Back End就包含4个硬件Layer,每个Layer都有独立的显存和显示控制特性。常用的硬件alpha blend也多半都是基于这些硬件Layer完成的。其中真对STB应用,有一个比较特殊的Layer即Video层,一般情况下Video层都是位于底层且不支持透明,有的还支持硬件缩放,YUV、RGB颜色空间转换功能。真对硬件Layer的特点, DFB相应的实现了一些型号的显卡驱动。 Window / Windowstack 为了达到多显示对象的独立控制,DFB设计了一个Window管理器对某一个Layer上显示内容进行管理。每个Window有独立的Surface进行画图操作,Window之间可以有重叠、聚焦、透明处理、获取事件等操作,增加了应用程序显示的多样性和灵活性。多个Window组成了一个WindowStack。 4.2下图所示为DFB类间简单逻辑关系 1 个screenàN个 Layer (Davinci上为2个Video Layer 2个OSD Layer) 1个 Layer à N个 Window 1 个Window à N 个 Region 以上的N都是有最大值的,这里只代表多个的意思。 4.2以在Davinci平台的OSD Layer上的显示为例,分析DFB的画图流程: 情况1:如果我们不基于Window管理器,直接在OSD Layer上画图的流程 dfb->CreateSurface( dfb, &desc, &primary ); >>>获取OSD Layer的primary Surface primary->SetColor(primary,0x55,0x55,0x00,0xff); primary->FillRectangle(primary,0,0,80,80);>>> 填充一个长宽都为80的矩形区域 IDirectFBSurface_FillRectangle>>>surface矩形填充接口 dfb_gfxcard_fillrectangles>>>抽象出来的显卡矩形填充接口 dfb_gfxcard_state_check>>>检测是否存在显卡的硬件加速渲染接口 card->funcs.FillRectangle>>>通过函数指针调用显卡驱动 gFillRectangle>>>如果不存在则使用软件渲染函数,即直接对显存进行内存拷贝操作 primary->Flip( primary, NULL, 0 ); dfb_surface_flip( data->surface, false );>>> 改变surface buffer index dfb_surface_notify( surface, CSNF_FLIP );>>> dfb_surface_dispatch( surface, ¬ification, dfb_surface_globals );>>> 通过fusion通知进行surface_listener flip操作 fusion_reactor_dispatch>> ioctl (FUSION_REACTOR_DISPATCH)把消息丢给内核模块。 IDirectFBSurface_Flip>>> surface_listener收到消息后调用 dfb_back_to_front_copy >>>显示缓冲区之间的交换 情况2:基于Window管理器的画矩形框流程 dfb->GetDisplayLayer( dfb, DLID_PRIMARY, &layer )>>>获取Layer对象 layer->CreateWindow( layer, &desc, &window2 );>>>在创建Window对象,并将其加入Window Stack window2->GetSurface( window2, &window_surface2 );>>>获取Window的Surface window2->SetOpacity( window2, 0xFF );>>>设置Window为不透明 window2->CreateEventBuffer( window2, &buffer );>>>创建Window事件缓冲区 window_surface2->SetColor( window_surface2,0x00, 0x30, 0x10, 0xc0 );>>>设置Surface上画笔的颜色 window_surface2->DrawRectangle( window_surface2, 0, 0, desc.width, desc.height );>>>在Window2上的Surface画出矩形框 window_surface2->Flip( window_surface2, NULL, 0 );>>>显示Surface2上的图像缓存 =============需要进一步补充 |
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