DirectFB圖形庫網(wǎng)絡(luò)透明層的分析與開發(fā)

王昆，李眾立

（西南科技大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，綿陽 621010）

引 言

隨著三網(wǎng)融合工程的開展，多頻互動逐漸成為嵌入式廠商討論宣傳的熱點。所謂多屏互動是指：電視可與電腦、智能手機等設(shè)備實現(xiàn)多屏互聯(lián)互通，即手機可以像遙控器一樣控制電視，電視能瀏覽播放手機，電腦上的圖片和音視頻文件等。這些嵌入式設(shè)備一般都通過無線路由器連接在一個局域網(wǎng)內(nèi)，通過IP協(xié)議通信。DirectFB作為優(yōu)秀的嵌入式圖形庫，通過新近開發(fā)的Voodoo模塊作為網(wǎng)絡(luò)透明層，為多屏互動提供了一種簡潔、高效、通用的解決方案。

1 DirectFB圖形庫簡介

DirectFB是一個輕量級的圖形庫，提供圖形處理的硬件加速支持、輸入管理、集成的窗口管理系統(tǒng)，支持透明窗口和多層疊加（通過alpha值）顯示。它不僅僅是基于Linux Framebuffer之上的新設(shè)備，還是一個完整的支持硬件加速的封裝層，對每一個不被底層硬件加速支持的操作都提供軟件實現(xiàn)。DirectFB為嵌入式平臺提供圖形系統(tǒng)支持，建立了位于Linux Framebuffer之上的一個新的圖形庫標(biāo)準(zhǔn)。DirectFB由C語言開發(fā)，通過封裝機制向上層應(yīng)用程序開發(fā)提供接口。DirectFB為應(yīng)用程序提供的主要接口有IDirectFB、IDirectFBSurface、IDirectFBWindow、IDirectFBEventBuffer等十余個，應(yīng)用程序主要就是使用這些接口進行開發(fā)。

2 Voodoo的分析與設(shè)計

2.1 Voodoo模塊簡介

Voodoo是DirectFB的網(wǎng)絡(luò)透明層，它能使一個平臺上的DirectFB應(yīng)用程序不經(jīng)任何修改通過網(wǎng)絡(luò)在另一個平臺上運行，就好像這個應(yīng)用程序本身就在這個平臺上一樣。要通過Voodoo運行DirectFB應(yīng)用程序，首先在服務(wù)器端運行dfbproxy程序。這是DirectFB里面的一個新程序，它僅僅等待網(wǎng)絡(luò)連接（Voodoo使用的端口是2323），甚至不調(diào)用最基本的DirectFBCreate（）函數(shù)，直到客戶端請求調(diào)用此函數(shù)。然后，在客戶端運行DirectFB應(yīng)用程序，只需要傳遞參數(shù)“－－dfb：remote＝＜host＞”即可。host為運行dfbproxy平臺的IP地址。這樣，服務(wù)器端就能代理運行客戶端的應(yīng)用程序了。

2.2 Voodoo原理分析

由于DirectFB采用模塊化設(shè)計，使得上層應(yīng)用程序僅依賴于其提供的十余個標(biāo)準(zhǔn)接口，每個接口都僅包含一組函數(shù)調(diào)用，這為程序的代理運行提供了可能。Voodoo的設(shè)計思想是為每一個DirectFB接口添加一組對應(yīng)的接口——Requestor和Dispacher。例如，為IDirectFB添加的接口為IDirectFB＿Requestor和IDirectFB＿Dispatcher。對于IDirectFB的每個函數(shù)調(diào)用，在IDirectFB＿Requestor和IDirectFB＿Dispatcher中都有對應(yīng)的函數(shù)調(diào)用，只不過函數(shù)功能發(fā)生了變化。一般而言，Requestor中的函數(shù)負(fù)責(zé)發(fā)送一個請求消息，消息中指明了Dispatcher方需要執(zhí)行哪個函數(shù)，應(yīng)用程序傳遞的參數(shù)也被封裝到消息中，把請求消息發(fā)送到Dispatcher方；Dispatcher方收到請求消息后，獲取消息中的參數(shù)信息，調(diào)用真正的接口執(zhí)行消息中請求的函數(shù)調(diào)用，并把函數(shù)調(diào)用的返回信息封裝在一個響應(yīng)消息中，發(fā)送到Requestor端的對應(yīng)函數(shù)。正常執(zhí)行和通過Voodoo執(zhí)行對比如圖1所示。此圖示意了一個DirectFB應(yīng)用程序的一個函數(shù)調(diào)用的執(zhí)行過程。

圖1 DirectFB應(yīng)用程序正常執(zhí)行與通過Voodoo執(zhí)行對比圖

2.3 Voodoo中消息的編碼與解碼

Requestor和Dispatcher之間通過消息進行通信。一般地，Requestor方的函數(shù)發(fā)送一個請求消息然后阻塞程序，直到Dispatcher方的相應(yīng)函數(shù)完成工作后返回一個響應(yīng)消息為止，Requestor方的函數(shù)處理響應(yīng)消息后返回，從而完成一個函數(shù)的執(zhí)行。但是并不是所有請求消息都需要一個響應(yīng)消息，有些不需要，例如，所有的與圖像繪制相關(guān)的函數(shù)都在發(fā)送請求消息后立即返回。每個請求消息至少包含一個函數(shù)ID和消息類型，指明Dispatcher方應(yīng)該執(zhí)行哪個函數(shù)，以及是否需要阻塞等待Dispatcher方的響應(yīng)消息，更多的數(shù)據(jù)可以附加在請求消息的尾部。每個響應(yīng)消息至少包含一個結(jié)果，類型為DFBResult。更多的數(shù)據(jù)附加在響應(yīng)消息的尾部。

Voodoo提供了一套簡單高效的消息編解機制，通過編碼把各消息塊組合成一個消息數(shù)據(jù)包，消息塊類型包括VMBT＿ID、VMBT＿INT、VMBT＿UINT、VMBT＿DATA、VMBT＿ODATA、VMBT＿STRING、VMBT＿NONE，可用來添加一個整數(shù)、數(shù)據(jù)塊、字符串到消息中。其中，VMBT＿NONE位于最后，用于結(jié)束消息編碼。消息編碼使用非常方便，例如，可以使用Voodoo＿manager＿request函數(shù)來組合并發(fā)送請求消息。

以上函數(shù)是idirectfbimageprovider＿requestor.c中RenderTo函數(shù)的主體。其中，前2個參數(shù)是固定的，第3個參數(shù)說明需要Dispatcher方調(diào)用對應(yīng)的RenderTo函數(shù)，第4和第5個參數(shù)說明需要阻塞等待響應(yīng)消息，后續(xù)每行在消息中添加一個消息塊。

消息解碼主要通過一組宏調(diào)用完成，使用也非常簡單：消息解碼總是以 VOODOO＿PARSER＿BEGIN（parser，msg）開始，以VOODOO＿PARSER＿END（parser）結(jié)束，中間根據(jù)消息塊的添加順序解碼每個消息塊。對應(yīng)于以上編碼的消息包的解碼程序如下：

響應(yīng)消息的編碼和請求消息的編碼方式一樣，通過Voodoo＿manager＿respond（）實現(xiàn)。

3 增加Voodoo對IDirectFBVideoProvider的支持

目前，Voodoo模塊已經(jīng)支持大多數(shù)DirectFB標(biāo)準(zhǔn)接口，但還不支持IDirectFBVideoProvider接口，而此接口是實現(xiàn)播放器程序的唯一接口。典型的播放器程序包含如下代碼：

在CreateVideoProvider（）函數(shù)中會用到IDirectFBDataBuffer接口，通過此接口訪問視頻文件內(nèi)容。因此，要讓Voodoo實現(xiàn)對播放器的支持，首先需要增加IDirectFB＿Requestor和IDirectFBDataBuffer＿Dispatcher對IDirectFBVideoProvider的支持。

3.1 增加IDirectFB＿Requestor對IDirectFBVideoProvider的支持

IDirectFB是DirectFB中最基本的接口，也是應(yīng)用程序最先創(chuàng)建的接口，通過DirectFBCreate（）創(chuàng)建。其他接口由IDirectFB直接創(chuàng)建或者由IDirectFB創(chuàng)建的接口創(chuàng)建，它是唯一一個提供全局創(chuàng)建的接口。在多媒體方面，它提供了CreateImageProvider（）、CreateVideoProvider（）、CreateFont（）和CreateDataBuffer（）分別用于創(chuàng)建圖像提供者、視頻提供者、字體和緩沖區(qū)。

IDirectFB＿Requestor是IDirectFB用于支持Voodoo的客戶端接口。默認(rèn)該接口不支持創(chuàng)建視頻提供者，參考DirectFB－1.4.10＼proxy＼dispatcher＼idirectfbdatabuffer＿dispatcher.c文件中的其他函數(shù)，修改IDirectFB＿Requestor＿CreateVideoProvider（）以提供支持。

3.2 增加IDirectFBDataBuffer＿Dispatcher對IDirectFBVideoProvider的支持

IDirectFBDataBuffer是DirectFB中數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的接口。通過該接口可以以統(tǒng)一的方式操作本地文件流或網(wǎng)絡(luò)流等，包括獲取緩沖區(qū)大小和當(dāng)前指針位置、移動當(dāng)前指針、預(yù)取數(shù)據(jù)、讀取數(shù)據(jù)、等待數(shù)據(jù)、刷新數(shù)據(jù)等操作，還可以根據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)創(chuàng)建字體、圖像、音視頻提供者等功能。

IDirectFBDataBuffer＿Dispatcher 是 IDirectFBData－Buffer用于支持Voodoo功能的服務(wù)器端接口。默認(rèn)該接口不支持通過緩沖區(qū)創(chuàng)建視頻提供者，參考DirectFB－1.4.10＼proxy＼dispatcher＼idirectfbdatabuffer＿dispatcher.c文件中的其他函數(shù)，修改IDirectFBDataBuffer＿Dispatcher＿CreateVideoProvider（）函數(shù)以提供支持。

3.3 IDirectFBVideoProvider＿Requestor和IDirectFBVideoProvider＿Dispatcher設(shè)計

IDirectFBVideoProvider接口用于支持音視頻播放控制及相關(guān)信息提取，主要提供播放、暫停、快進、快退、播放速度控制、音量控制等操作。按照Voodoo的要求，為IDirectFBVideoProvider接口添加IDirectFBVideoProvider＿Requestor和IDirectFBVideoProvider＿Dispatcher兩個接口，分別用于客戶端和服務(wù)器端。添加源文件DirectFB－1.4.10＼proxy＼requestor＼idirectfbvideoprovider＿requestor.c、DirectFB－1.4.10＼proxy＼dispatcher＼idirectfbvideoprovider＿dispatcher.h和 DirectFB－1.4.10＼proxy＼dispatcher＼idirectfbvideoprovider＿dispatcher.c，用于實現(xiàn)上面兩個接口。

4 實驗結(jié)果

4.1 重新生成庫

由于 DirectFB－1.4.10＼proxy＼目錄下新添加了源程序文件，所以需要修改此目錄下的Makefile.am，參考此文件其他部分，添加相關(guān)代碼以生成新的庫文件。運行“.／autogen.sh ＆＆ .／configure－－enable－Voodoo ＆＆ make＆＆make install”重新生成新的DirectFB庫文件。新生成的庫文件中對應(yīng)于IDirectFBVideoProvider的庫文件分別為idirectfbvideoprovider＿requestor.so和idirectfbvideoprovider＿dispatcher.so。

4.2 測試程序

由于測試需要涉及兩個平臺，選用基于嵌入式Linux的IPTV機頂盒作為服務(wù)器端，Linux主機作為客戶端。分別編譯安裝以上經(jīng)過修改的DirectFB圖形庫和測試用例庫（包含df＿video等很多簡單的DirectFB應(yīng)用程序），設(shè)置IP為192.168.1.10和192.168.1.11。應(yīng)用 Voodoo代理運行播放器程序時，在IPTV機頂盒上運行：

即可將視頻a.mp4播放到網(wǎng)絡(luò)電視上，由于在局域網(wǎng)內(nèi)，視頻播放很流暢。

結(jié) 語

Voodoo的理念很簡單，但是非常有用。作為Direct－FB的網(wǎng)絡(luò)透明層，Voodoo可以在不修改、不復(fù)制應(yīng)用程序的情況下，讓應(yīng)用程序運行于另一平臺，為實現(xiàn)多屏互動提供了一個簡單通用的解決方案。但Voodoo也有一些不足，例如暫不支持回調(diào)函數(shù)和指針，默認(rèn)緩沖區(qū)大小為16K，這需要根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境選擇最佳緩沖區(qū)大小。

［1］The network transparency layer of DirectFB［EB／OL］.http：／／www.directfb.org／index.php？path＝ Platform%2FVoodoo.

［2］Andreas Hundt.DirectFB Overview（v0.2for DirectFB 0.9.21）［OL］.［2011－10］.http：／／www.directfb／org／docs／DirectFB＿overview＿V0.2.pdf.2004.

［3］劉小雙，李建平，鄭志國.DirectFB圖形加速在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2009（3）：65－66.

［4］劉海燕，邵立嵩，荊濤.Linux系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［5］伍鐵晟，盧延云.嵌入式Linux中圖形界面硬件加速的優(yōu)化設(shè)計［J］.計算機工程與應(yīng)用，2004（33）：112－115.