DirectFB圖形庫網絡透明層的分析與開發

王昆，李眾立

（西南科技大學 計算機科學與技術學院，綿陽 621010）

引 言

隨著三網融合工程的開展，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、智能手機等設備實現多屏互聯互通，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。這些嵌入式設備一般都通過無線路由器連接在一個局域網內，通過IP協議通信。DirectFB作為優秀的嵌入式圖形庫，通過新近開發的Voodoo模塊作為網絡透明層，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，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。DirectFB為嵌入式平臺提供圖形系統支持，建立了位于Linux Framebuffer之上的一個新的圖形庫標準。DirectFB由C語言開發，通過封裝機制向上層應用程序開發提供接口。DirectFB為應用程序提供的主要接口有IDirectFB、IDirectFBSurface、IDirectFBWindow、IDirectFBEventBuffer等十余個，應用程序主要就是使用這些接口進行開發。

2 Voodoo的分析與設計

2.1 Voodoo模塊簡介

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

2.2 Voodoo原理分析

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

圖1 DirectFB應用程序正常執行與通過Voodoo執行對比圖

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方的函數發送一個請求消息然后阻塞程序，直到Dispatcher方的相應函數完成工作后返回一個響應消息為止，Requestor方的函數處理響應消息后返回，從而完成一個函數的執行。但是并不是所有請求消息都需要一個響應消息，有些不需要，例如，所有的與圖像繪制相關的函數都在發送請求消息后立即返回。每個請求消息至少包含一個函數ID和消息類型，指明Dispatcher方應該執行哪個函數，以及是否需要阻塞等待Dispatcher方的響應消息，更多的數據可以附加在請求消息的尾部。每個響應消息至少包含一個結果，類型為DFBResult。更多的數據附加在響應消息的尾部。

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據包，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、數據塊、字符串到消息中。其中，VMBT＿NONE位于最后，用于結束消息編碼。消息編碼使用非常方便，例如，可以使用Voodoo＿manager＿request函數來組合并發送請求消息。

以上函數是idirectfbimageprovider＿requestor.c中RenderTo函數的主體。其中，前2個參數是固定的，第3個參數說明需要Dispatcher方調用對應的RenderTo函數，第4和第5個參數說明需要阻塞等待響應消息，后續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）結束，中間根據消息塊的添加順序解碼每個消息塊。對應于以上編碼的消息包的解碼程序如下：

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

3 增加Voodoo對IDirectFBVideoProvider的支持

目前，Voodoo模塊已經支持大多數DirectFB標準接口，但還不支持IDirectFBVideoProvider接口，而此接口是實現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（）函數中會用到IDirectFBDataBuffer接口，通過此接口訪問視頻文件內容。因此，要讓Voodoo實現對播放器的支持，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，也是應用程序最先創建的接口，通過DirectFBCreate（）創建。其他接口由IDirectFB直接創建或者由IDirectFB創建的接口創建，它是唯一一個提供全局創建的接口。在多媒體方面，它提供了CreateImageProvider（）、CreateVideoProvider（）、CreateFont（）和CreateDataBuffer（）分別用于創建圖像提供者、視頻提供者、字體和緩沖區。

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

3.2 增加IDirectFBDataBuffer＿Dispatcher對IDirectFBVideoProvider的支持

IDirectFBDataBuffer是DirectFB中數據緩沖區的接口。通過該接口可以以統一的方式操作本地文件流或網絡流等，包括獲取緩沖區大小和當前指針位置、移動當前指針、預取數據、讀取數據、等待數據、刷新數據等操作，還可以根據緩沖區數據創建字體、圖像、音視頻提供者等功能。

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

3.3 IDirectFBVideoProvider＿Requestor和IDirectFBVideoProvider＿Dispatcher設計

IDirectFBVideoProvider接口用于支持音視頻播放控制及相關信息提取，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，用于實現上面兩個接口。

4 實驗結果

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機頂盒作為服務器端，Linux主機作為客戶端。分別編譯安裝以上經過修改的DirectFB圖形庫和測試用例庫（包含df＿video等很多簡單的DirectFB應用程序），設置IP為192.168.1.10和192.168.1.11。應用 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播放到網絡電視上，由于在局域網內，視頻播放很流暢。

結 語

Voodoo的理念很簡單，但是非常有用。作為Direct－FB的網絡透明層，Voodoo可以在不修改、不復制應用程序的情況下，讓應用程序運行于另一平臺，為實現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，例如暫不支持回調函數和指針，默認緩沖區大小為16K，這需要根據具體應用環境選擇最佳緩沖區大小。

［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中的應用［J］.單片機與嵌入式系統應用，2009（3）：65－66.

［4］劉海燕，邵立嵩，荊濤.Linux系統應用與開發教程［M］.北京：機械工業出版社，2005.

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