嵌入式Linux系統(tǒng)圖形及圖形用戶界面

本文首先概述了Linux圖形領(lǐng)域的基本設(shè)施，然后描述了一些可供嵌入式Linux系統(tǒng)使用的高級(jí)圖形庫以及圖形用戶界面支持系統(tǒng)。希望對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)有所幫助。

1Linux圖形領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施

本小節(jié)首先向讀者描述Linux圖形領(lǐng)域中常見的基礎(chǔ)設(shè)施。之所以稱為基礎(chǔ)設(shè)施，是因?yàn)檫@些系統(tǒng)（或者函數(shù)庫），一般作為其他高級(jí)圖形或者圖形應(yīng)用程序的基本函數(shù)庫。這些系統(tǒng)（或者函數(shù)庫）包括：XWindow、SVGALib、FrameBuffer等等。

1.1XWindow

提起Linux上的圖形，許多人首先想到的是XWindow。這一系統(tǒng)是目前類UNIX系統(tǒng)中處于控制地位的桌面圖形系統(tǒng)。無疑，XWindow作為一個(gè)圖形環(huán)境是成功的，它上面運(yùn)行著包括CAD建模工具和辦公套件在內(nèi)的大量應(yīng)用程序。但必須看到的是，由于XWindow在體系接口上的原因，限制了其對(duì)游戲、多媒體的支持能力。用戶在XWindow上運(yùn)行VCD播放器，或者運(yùn)行一些大型的三維游戲時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)同樣的硬件配置，卻不能獲得和Windows操作系統(tǒng)一樣的圖形效果――即使使用了加速的XServer，其效果也不能令人滿意。另外，大型的應(yīng)用程序（比如Mozilla瀏覽器）在XWindow上運(yùn)行時(shí)的響應(yīng)能力，也相當(dāng)不能令人滿意。當(dāng)然，這里有Linux內(nèi)核在進(jìn)程調(diào)度上的問題，也有XWindow的原因。

XWindow為了滿足對(duì)游戲、多媒體等應(yīng)用對(duì)圖形加速能力的要求，提供了DGA（直接圖形訪問）擴(kuò)展，通過該擴(kuò)展，應(yīng)用程序可以在全屏模式下直接訪問顯示卡的幀緩沖區(qū)，并能夠提供對(duì)某些加速功能的支持。

1.2SVGALib

SVGALib是Linux系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的非X圖形支持庫。這個(gè)庫從最初對(duì)標(biāo)準(zhǔn)VGA兼容芯片的支持開始，一直發(fā)展到對(duì)老式SVGA芯片的支持以及對(duì)現(xiàn)今流行的高級(jí)視頻芯片的支持。它為用戶提供了在控制臺(tái)上進(jìn)行圖形編程的接口，使用戶可以在PC兼容系統(tǒng)上方便地獲得圖形支持。但該系統(tǒng)有如下不足：

1）接口雜亂。SVGALib從最初的vgalib發(fā)展而來，保留了老系統(tǒng)的許多接口，而這些接口卻不能良好地迎合新顯示芯片的圖形能力。

2）未能較好地隱藏硬件細(xì)節(jié)。許多操作，不能自動(dòng)使用顯示芯片的加速能力支持。

3）可移植性差。SVGALib目前只能運(yùn)行在x86平臺(tái)上，對(duì)其他平臺(tái)的支持能力較差（Alpha平臺(tái)除外）。

4）發(fā)展緩慢，有被其他圖形庫取代的可能。SVGALib作為一個(gè)老的圖形支持庫，目前的應(yīng)用范圍越來越小，尤其在Linux內(nèi)核增加了FrameBuffer驅(qū)動(dòng)支持之后，有逐漸被其他圖形庫替代的跡象。

5）對(duì)應(yīng)用的支持能力較差。SVAGLib作為一個(gè)圖形庫，對(duì)高級(jí)圖形功能的支持，比如直線和曲線等等，卻不能令人滿意。盡管SVGALib有許多缺點(diǎn)，但SVGALib經(jīng)常被其他圖形庫用來初始化特定芯片的顯示模式，并獲得映射到進(jìn)程地址空間的線性顯示內(nèi)存首地址（即幀緩沖區(qū)），而其他的接口卻很少用到。另外，SVGALib中所包含的諸如鍵盤、鼠標(biāo)和游戲桿的接口，也很少被其他應(yīng)用程序所使用。

因此，SVGALib的使用越來越少，筆者也不建議用戶使用這個(gè)圖形庫。當(dāng)然，如果用戶的顯示卡只支持標(biāo)準(zhǔn)VGA模式，則SVGALib還是比較好的選擇。

1.3 FrameBuffer

FrameBuffer 是出現(xiàn)在 2.2.xx 內(nèi)核當(dāng)中的一種驅(qū)動(dòng)程序接口。這種接口將顯示設(shè)備抽象為幀緩沖區(qū)。用戶可以將它看成是顯示內(nèi)存的一個(gè)映像，將其映射到進(jìn)程地址空間之后，就可以直接進(jìn)行讀寫操作，而寫操作可以立即反應(yīng)在屏幕上。該驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)備文件一般是 /dev/fb0、/dev/fb1 等等。比如，假設(shè)現(xiàn)在的顯示模式是 1024x768-8 位色，則可以通過如下的命令清空屏幕：

$ dd if=/dev/zero of=/dev/fb0 bs=1024 count=768

在應(yīng)用程序中，一般通過將 FrameBuffer 設(shè)備映射到進(jìn)程地址空間的方式使用，比如下面的程序就打開 /dev/fb0 設(shè)備，并通過 mmap 系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行地址映射，隨后用 memset 將屏幕清空（這里假設(shè)顯示模式是 1024x768-8 位色模式，線性內(nèi)存模式）：

int fb; unsigned char* fb_mem; fb = open (“/dev/fb0”, O_RDWR); fb_mem = mmap (NULL, 1024*768, PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fb,0); memset (fb_mem, 0, 1024*768);

FrameBuffer 設(shè)備還提供了若干 ioctl 命令，通過這些命令，可以獲得顯示設(shè)備的一些固定信息（比如顯示內(nèi)存大?。?、與顯示模式相關(guān)的可變信息（比如分辨率、象素結(jié)構(gòu)、每掃描線的字節(jié)寬度），以及偽彩色模式下的調(diào)色板信息等等。

通過 FrameBuffer 設(shè)備，還可以獲得當(dāng)前內(nèi)核所支持的加速顯示卡的類型（通過固定信息得到），這種類型通常是和特定顯示芯片相關(guān)的。比如目前最新的內(nèi)核（2.4.9）中，就包含有對(duì) S3、Matrox、nVidia、3Dfx 等等流行顯示芯片的加速支持。在獲得了加速芯片類型之后，應(yīng)用程序就可以將 PCI 設(shè)備的內(nèi)存I/O（memio）映射到進(jìn)程的地址空間。這些 memio 一般是用來控制顯示卡的寄存器，通過對(duì)這些寄存器的操作，應(yīng)用程序就可以控制特定顯卡的加速功能。

PCI 設(shè)備可以將自己的控制寄存器映射到物理內(nèi)存空間，而后，對(duì)這些控制寄存器的訪問，給變成了對(duì)物理內(nèi)存的訪問。因此，這些寄存器又被稱為“memio”。一旦被映射到物理內(nèi)存，Linux 的普通進(jìn)程就可以通過 mmap 將這些內(nèi)存 I/O 映射到進(jìn)程地址空間，這樣就可以直接訪問這些寄存器了。