DirectFB和Cairo的嵌入式圖形開發(fā)實踐

引 言
    DirectFB是一個提供硬件圖形加速、輸入設(shè)備處理抽象并集成了透明功能窗體系統(tǒng)和多顯示層處理的開源庫。通過對底層硬件不支持的圖形操作以回調(diào)函數(shù)實現(xiàn)，DirectFB實現(xiàn)硬件設(shè)備的完全抽象。另外DirectFB在設(shè)計之初就充分考慮嵌入式系統(tǒng)的固有特性，體積小巧，資源消耗低。作為嵌入式系統(tǒng)中強大的圖形處理庫，DirectFB成為Linux下圖形處理的一個新的標準(CELF AVG 1．0標準)。
    使用DirectFB可以繞開X Window系統(tǒng)，讓應用程序直接操作Frame Buffer，從而加速和簡化圖形操作。這對于嵌入式系統(tǒng)是很重要的，因為在資源有限的嵌入式系統(tǒng)中通常沒有運行X Window。當然，DirectFB可以采用XDirectFB來開發(fā)，這樣原來基于X Window開發(fā)的程序不需要修改就可以運行起來。
    DirectFB采用的是LGPL協(xié)議，因而可做商用開發(fā)庫。LinuxTV、Palm Foleo等移動公司的項目均采用DirectFB作為底層圖形庫。
    值得一提的是，考慮跨平臺、多語言等特定需求，開發(fā)者可以選擇以DirectFB為后端的Cairo圖形庫進行2D圖形操作。實踐證明，這是一種嵌入式系統(tǒng)中高效、通用的解決方案。
    本文在介紹DirectFB相關(guān)特性之后，通過實例說明了其在嵌入式系統(tǒng)中的開發(fā)方法，并對基于DirectFB的Cairo圖形庫的使用關(guān)鍵點作了相關(guān)介紹。

1 輕量級圖形處理庫DirectFB
    DirectFB提供了豐富的圖形操作方法，而且所有操作在芯片支持的前提下均可進行硬件加速。例如：矩形和三角形繪制和填充、BLIT、Porter／Duff規(guī)則混色等。Di—reetFB內(nèi)部集成了一個簡易的窗口系統(tǒng)，支持透明窗體。顯示層和輸入設(shè)備等資源可以通過加鎖的方式訪問。DirectFB對任何通用表面(surface)都提供了抽象，這使得窗口和全屏之間的切換只需要簡單的設(shè)置合作級別即可。
1．1 DirectFB整體框圖介紹
    DirectFB通過操作系統(tǒng)中Frame Buffer驅(qū)動程序提供的內(nèi)核接口來訪問圖形硬件設(shè)備，這意味著DirectFB需要Frame Buffer驅(qū)動才可以工作。無論是否使用硬件加速，DirectFB都需要驅(qū)動完成設(shè)置分辨率、色深等視頻模式，映射Frame Buffer等操作。對于特定的圖形操作，DirectFB通過訪問圖形硬件的內(nèi)存映射端口，提交命令給顯卡加速引擎來實現(xiàn)。其整體框架如圖1所示。

1.2 DirectFB接口框架
    DirectFB提供了一套C接口給用戶調(diào)用DirectFB的各項功能。在DirectFB中，接口實質(zhì)上是一個結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體中包含了功能函數(shù)指針，不同接口的函數(shù)指針指向不同的核心函數(shù)。比如IDireetFBSurface接口代表屏幕中可操作的區(qū)塊，其中封裝了BLIT、畫框、畫線和FLIP等核心操作。
    其中IDirectFB是整個庫的頂層接口，可以通過DirectFBCreate函數(shù)來創(chuàng)建，其他接口可以通過這個接口創(chuàng)建。所有存在的接口也可以通過它來枚舉訪問。圖2展示了DireetFB的接口框架。

    表1對主要接口模塊的功能作了簡單說明。具體的操作可以查看DirectFB官方網(wǎng)站的相關(guān)幫助文檔。

2 DirectFB應用開發(fā)
    下面通過一個例子說明使用DirectFB接口的開發(fā)方法：

   
    [!--empirenews.page--]上面幾行代碼分別聲明了DirectFB的主接口、顯示層接口、窗口接口、繪圖表面接口和消息緩沖接口。然后通過下列代碼對DirectFB和它的接口進行初始化：

    一旦接口創(chuàng)建完畢，即可調(diào)用接口的相關(guān)方法實現(xiàn)DirectFB的提供圖形操作功能。比如，下面的代碼實現(xiàn)了在窗體的繪圖表面繪制矩形框的操作：

   

    值得一提的是DirectFB實現(xiàn)了消息系統(tǒng)，用以響應用戶輸入、鍵盤鼠標等事件。對于嵌入式系統(tǒng)，DirectFB支持tslib方式接口的觸摸屏輸入消息響應。

3 以DirectFB為后端的2D圖形處理
    考慮以跨平臺輸出，引入2D圖形處理庫Cairo。令Cairo以DirectFB為實際繪圖后端(back end)的方案，在嵌入式系統(tǒng)中可以獲得很好的性能以及極大的通用性。
    Cairo廣泛地應用在GNOME、GTK+、pango等著名的軟件中進行2D圖形處理。以C語言開發(fā)的Cairo綁定了C++、Ruby、Perl、Java和．Net／mono等多種語言接口。其中Python和C++綁定在開源社區(qū)代碼中得到廣泛的應用。
    Cairo有自己的Surface管理機制，可以在SDL、XWindow或者DirectFB的Surface上創(chuàng)建Cairo Surface。然后，在這個Cairo Surface上創(chuàng)立Cairo主接口。下面的代碼演示了這一過程：

   

    得到Cairo的主接口cr之后，就可調(diào)用一系列Cairo的2D繪圖API了。下面的代碼演示了用Cairo的API劃線：

   
    Cairo豐富的特性在解決移植性的同時，可以彌補直接使用DirectFB 2D功能上的不足。比如DirectFB沒有畫虛線的API，但是調(diào)用Cairo的cairo_set_dash和cairo_stroke可以很輕松地實現(xiàn)這一功能。

4 小 結(jié)
    本文在介紹了DirectFB的特性和基本框架之后，闡述了DirectFB的基本開發(fā)方法，并提出一種使用基于DirectFB的Cairo 2D圖形處理庫的方案。它是一種兼顧了效率、通用性和功能性的嵌入式系統(tǒng)2D圖形處理方案。筆者采用該方案實現(xiàn)了Windows CE GDI接口在ARM—Linux上的移植，工作良好，特在此與廣大嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員分享。