DirectFB在Davinci平台上的应用分析报告

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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, &notification, 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 |=======================

------------------------------------------------------------

//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 < 2.6.19.2)! [0x02060a00]

//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,

&region_config, &failed );

}