基于DirectFB嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程桌面控制方案

本文提出一種基于嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程桌面控制方案，其基本思想是盡可能地減少終端資源占用，最大限度地增強(qiáng)其適用范圍，以此達(dá)到增強(qiáng)應(yīng)用價(jià)值的目的。具體方案是通過Directvnc 的移植來實(shí)現(xiàn)的，由于Directvnc 與其它Unix 系統(tǒng)不同的是它通過輕量級(jí)圖形庫DirectFB 使用Linux 幀緩沖設(shè)備。DirectFB 在FrameBuffer 的基礎(chǔ)上提供了圖形加速等多種功能，顯示速度快，鏈接庫較小，可以在一定程度上節(jié)省系統(tǒng)資源，另外，directvnc工作在幀緩沖層，平***立性好，摒棄了對(duì)龐大低效的X Window 等標(biāo)準(zhǔn)嵌入式系統(tǒng)圖形化用戶界面的依賴，這一功能對(duì)于資源有限的嵌入式系統(tǒng)和PDA 等環(huán)境下是非常有效的。

1 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式的實(shí)現(xiàn)

1.1 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式(virtual network computing，VNC)，該模式由VNC 服務(wù)器、RFB(遠(yuǎn)程幀緩存) 協(xié)議和VNC 客戶端3 部分組成。Directvnc 作為客戶端，它使用圖形用戶界面顯示與進(jìn)行輸入輸出控制，通過互連網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問與控制服務(wù)器。RealVNC 作為服務(wù)器端，它進(jìn)行大量的計(jì)算并提供幀緩存變化到客戶端顯示設(shè)備，減輕了客戶端負(fù)荷。RealVNC 功能成熟，高效實(shí)用，完全跨平臺(tái)，兼容性好，可廣泛應(yīng)用于多種操作系統(tǒng)和開發(fā)系統(tǒng)。系統(tǒng)通信通過RFB 協(xié)議來完成，RFB是一個(gè)架構(gòu)在TCP/IP上遠(yuǎn)程圖形用戶的簡(jiǎn)單協(xié)議，通過TCP/IP 協(xié)議簇連接，是基于字節(jié)流或消息的可靠傳輸。它是真正的瘦客戶協(xié)議。

1.2 基于RFB 的瘦客戶端實(shí)現(xiàn)

因?yàn)镽FB 工作在幀緩存級(jí)別上，所以它可以應(yīng)用于所有的窗口系統(tǒng)，例如：X11，Windows 和Mac 系統(tǒng)，重要的是對(duì)客戶端硬件的需求少能支持更廣范圍的硬件環(huán)境。

在協(xié)議的設(shè)計(jì)上，對(duì)客戶端的任務(wù)實(shí)現(xiàn)也盡可能的簡(jiǎn)單，這體現(xiàn)在：

(1)顯示編碼源語。

顯示編碼源語有基于像素和基于圖形兩種繪圖源語。RFB 的顯示編碼方式基于像素，其顯示更新在服務(wù)器端處理，客戶端僅需要顯示像素?cái)?shù)據(jù)。客戶端計(jì)算簡(jiǎn)單、平***立性好。

(2)系統(tǒng)最初握手階段對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)格式和編碼類型協(xié)商的設(shè)計(jì)。

像素格式涉及如何通過像素值來實(shí)現(xiàn)不同顏色的重現(xiàn)，最常用的像素格式是24 位或16 位真彩色。像素格式描述了像素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)所用的格式，定義了像素在內(nèi)存中的編碼方式。

(3)編碼方式。

編碼是根據(jù)一定的協(xié)議或格式把模擬信息轉(zhuǎn)換成比特流的過程。在RFB 協(xié)議中，編碼就是將每一個(gè)矩形像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為包含該矩形像素點(diǎn)的位置、寬度和高度信息以及編碼類型的前綴，再加上經(jīng)過此編碼方式編碼的數(shù)據(jù)本身。RFB 協(xié)議主要采用的編碼方式是二維運(yùn)動(dòng)步長(zhǎng)編碼(2DRLE)的變種，如Raw、CopyRectangle、RRE(Rise-and-Run-Lengeh)、CoRRE(Compact RRE)和缺省時(shí)使用的Hextile。實(shí)際上常用的有2DRLE、Hextil 以及CopyRectangle 編碼，他們?yōu)樽烂嫣峁┳詈玫膲嚎s方法。在RFB 中壓縮編碼算法比不高，但由于算法簡(jiǎn)單，故對(duì)客戶端的圖形顯示引擎設(shè)計(jì)要求很低，客戶端程序也相對(duì)簡(jiǎn)單。

(4) 顯示更新機(jī)制。

RFB 的顯示協(xié)議是基于一個(gè)簡(jiǎn)單的畫圖原理，即將每一個(gè)矩形像素點(diǎn)放在給定的位置(x,y)上。

幀緩存的更新通過一系列塊操作來完成，這種更新像素塊的操作效率較低，但是通過多種像素編碼壓縮方式的靈活選擇可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬、客戶端計(jì)算速度和服務(wù)器處理的速度之間的效率折中，從而實(shí)現(xiàn)高效率的圖形顯示。顯示更新機(jī)制包括更新時(shí)機(jī)及刷新模式。更新時(shí)機(jī)有客戶端拉動(dòng)和服務(wù)器端推動(dòng)兩種，每種更新時(shí)機(jī)又可采用懶惰更新和急切更新兩種刷新模式。RFB 更新請(qǐng)求是客戶端驅(qū)動(dòng)型的懶惰更新，只有在服務(wù)器端收到客戶端的請(qǐng)求時(shí)才會(huì)向其發(fā)送若干命令緩沖合并后的顯示更新。對(duì)于一些應(yīng)用，在相同區(qū)域上的更新往往非常頻繁，這樣如果網(wǎng)絡(luò)非常慢或者客戶端處理能力不強(qiáng)時(shí)，客戶端驅(qū)動(dòng)的更新機(jī)制使得客戶端的顯示質(zhì)量可以得到調(diào)整。

總之，在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式下，RFB協(xié)議盡可能地減少終端資源占用并提高網(wǎng)絡(luò)利用率，基本提供了一個(gè)比較瘦的客戶端。

圖形用戶界面(Graphical User Interface，簡(jiǎn)稱 GUI，又稱圖形用戶接口)是指采用圖形方式顯示的計(jì)算機(jī)操作用戶界面。與早期計(jì)算機(jī)使用的命令行界面相比，圖形界面對(duì)于用戶來說在視覺上更易于接受。GUI 即人機(jī)交互圖形化用戶界面設(shè)計(jì)。縱觀國際相關(guān)產(chǎn)業(yè)在圖形化用戶界面設(shè)計(jì)方面的發(fā)展現(xiàn)狀，許多國際知名公司早已意識(shí)到 GUI 在產(chǎn)品方面產(chǎn)生的強(qiáng)大增值功能，以及帶動(dòng)的巨大市場(chǎng)價(jià)值，因此在公司內(nèi)部設(shè)立了相關(guān)部門專門從事 GUI 的研究與設(shè)計(jì)，同業(yè)間也成立了若干機(jī)構(gòu)，以互相交流 GUI 設(shè)計(jì)理論與經(jīng)驗(yàn)為目的。隨著中國 IT 產(chǎn)業(yè)，移動(dòng)通訊產(chǎn)業(yè)，家電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，在產(chǎn)品的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)水平發(fā)展上日顯滯后，這對(duì)于提高產(chǎn)業(yè)綜合素質(zhì)，提升與國際同等業(yè)者的競(jìng)爭(zhēng)能力等等方面無疑起了制約的作用。GUI的廣泛應(yīng)用是當(dāng)今計(jì)算機(jī)發(fā)展的重大成就之一，他極大地方便了非專業(yè)用戶的使用人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是可以通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地進(jìn)行操作。而嵌入式GUI具有下面幾個(gè)方面的基本要求：輕型、占用資源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特點(diǎn)。

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(如畫樣條曲線)。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。

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是一個(gè)輕量級(jí)的提供硬件圖形加速，輸入設(shè)備處理和抽象的圖形庫，它集成了支持半透明的視窗系統(tǒng)以及在LinuxFramebuffer驅(qū)動(dòng)之上的多層顯示。它是一個(gè)用軟件封裝當(dāng)前硬件無法支持的圖形算法來完成硬件加速的層。DirectFB是為嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。它是以最小的資源開銷來實(shí)現(xiàn)最高的硬件加速性能。DirectFB針對(duì)視頻存儲(chǔ)有自己的資源管理器。像顯示層輸入設(shè)備這樣的資源能被鎖定進(jìn)行互斥訪問。例：全屏游戲，DirectFB能對(duì)像顯示層，窗體以及各種通用的surfaces這樣的圖形目標(biāo)提供抽象。從窗體切換到全屏以及返回到窗體的編程工作被最小化設(shè)置到所期望的合作級(jí)別。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)訪問圖形處理器，也就是說DireetFB需要一個(gè)正在工作的幀緩沖驅(qū)動(dòng)。Linux內(nèi)核有專門的幀緩沖驅(qū)動(dòng)支持某些圖形處理器。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