DirectFB图形库网络透明层的分析与开发

王昆，李众立

（西南科技大学 计算机科学与技术学院，绵阳 621010）

引 言

随着三网融合工程的开展，多频互动逐渐成为嵌入式厂商讨论宣传的热点。所谓多屏互动是指：电视可与电脑、智能手机等设备实现多屏互联互通，即手机可以像遥控器一样控制电视，电视能浏览播放手机，电脑上的图片和音视频文件等。这些嵌入式设备一般都通过无线路由器连接在一个局域网内，通过IP协议通信。DirectFB作为优秀的嵌入式图形库，通过新近开发的Voodoo模块作为网络透明层，为多屏互动提供了一种简洁、高效、通用的解决方案。

1 DirectFB图形库简介

DirectFB是一个轻量级的图形库，提供图形处理的硬件加速支持、输入管理、集成的窗口管理系统，支持透明窗口和多层叠加（通过alpha值）显示。它不仅仅是基于Linux Framebuffer之上的新设备，还是一个完整的支持硬件加速的封装层，对每一个不被底层硬件加速支持的操作都提供软件实现。DirectFB为嵌入式平台提供图形系统支持，建立了位于Linux Framebuffer之上的一个新的图形库标准。DirectFB由C语言开发，通过封装机制向上层应用程序开发提供接口。DirectFB为应用程序提供的主要接口有IDirectFB、IDirectFBSurface、IDirectFBWindow、IDirectFBEventBuffer等十余个，应用程序主要就是使用这些接口进行开发。

2 Voodoo的分析与设计

2.1 Voodoo模块简介

Voodoo是DirectFB的网络透明层，它能使一个平台上的DirectFB应用程序不经任何修改通过网络在另一个平台上运行，就好像这个应用程序本身就在这个平台上一样。要通过Voodoo运行DirectFB应用程序，首先在服务器端运行dfbproxy程序。这是DirectFB里面的一个新程序，它仅仅等待网络连接（Voodoo使用的端口是2323），甚至不调用最基本的DirectFBCreate（）函数，直到客户端请求调用此函数。然后，在客户端运行DirectFB应用程序，只需要传递参数“－－dfb：remote＝＜host＞”即可。host为运行dfbproxy平台的IP地址。这样，服务器端就能代理运行客户端的应用程序了。

2.2 Voodoo原理分析

由于DirectFB采用模块化设计，使得上层应用程序仅依赖于其提供的十余个标准接口，每个接口都仅包含一组函数调用，这为程序的代理运行提供了可能。Voodoo的设计思想是为每一个DirectFB接口添加一组对应的接口——Requestor和Dispacher。例如，为IDirectFB添加的接口为IDirectFB＿Requestor和IDirectFB＿Dispatcher。对于IDirectFB的每个函数调用，在IDirectFB＿Requestor和IDirectFB＿Dispatcher中都有对应的函数调用，只不过函数功能发生了变化。一般而言，Requestor中的函数负责发送一个请求消息，消息中指明了Dispatcher方需要执行哪个函数，应用程序传递的参数也被封装到消息中，把请求消息发送到Dispatcher方；Dispatcher方收到请求消息后，获取消息中的参数信息，调用真正的接口执行消息中请求的函数调用，并把函数调用的返回信息封装在一个响应消息中，发送到Requestor端的对应函数。正常执行和通过Voodoo执行对比如图1所示。此图示意了一个DirectFB应用程序的一个函数调用的执行过程。

图1 DirectFB应用程序正常执行与通过Voodoo执行对比图

2.3 Voodoo中消息的编码与解码

Requestor和Dispatcher之间通过消息进行通信。一般地，Requestor方的函数发送一个请求消息然后阻塞程序，直到Dispatcher方的相应函数完成工作后返回一个响应消息为止，Requestor方的函数处理响应消息后返回，从而完成一个函数的执行。但是并不是所有请求消息都需要一个响应消息，有些不需要，例如，所有的与图像绘制相关的函数都在发送请求消息后立即返回。每个请求消息至少包含一个函数ID和消息类型，指明Dispatcher方应该执行哪个函数，以及是否需要阻塞等待Dispatcher方的响应消息，更多的数据可以附加在请求消息的尾部。每个响应消息至少包含一个结果，类型为DFBResult。更多的数据附加在响应消息的尾部。

Voodoo提供了一套简单高效的消息编解机制，通过编码把各消息块组合成一个消息数据包，消息块类型包括VMBT＿ID、VMBT＿INT、VMBT＿UINT、VMBT＿DATA、VMBT＿ODATA、VMBT＿STRING、VMBT＿NONE，可用来添加一个整数、数据块、字符串到消息中。其中，VMBT＿NONE位于最后，用于结束消息编码。消息编码使用非常方便，例如，可以使用Voodoo＿manager＿request函数来组合并发送请求消息。

以上函数是idirectfbimageprovider＿requestor.c中RenderTo函数的主体。其中，前2个参数是固定的，第3个参数说明需要Dispatcher方调用对应的RenderTo函数，第4和第5个参数说明需要阻塞等待响应消息，后续每行在消息中添加一个消息块。

消息解码主要通过一组宏调用完成，使用也非常简单：消息解码总是以 VOODOO＿PARSER＿BEGIN（parser，msg）开始，以VOODOO＿PARSER＿END（parser）结束，中间根据消息块的添加顺序解码每个消息块。对应于以上编码的消息包的解码程序如下：

响应消息的编码和请求消息的编码方式一样，通过Voodoo＿manager＿respond（）实现。

3 增加Voodoo对IDirectFBVideoProvider的支持

目前，Voodoo模块已经支持大多数DirectFB标准接口，但还不支持IDirectFBVideoProvider接口，而此接口是实现播放器程序的唯一接口。典型的播放器程序包含如下代码：

在CreateVideoProvider（）函数中会用到IDirectFBDataBuffer接口，通过此接口访问视频文件内容。因此，要让Voodoo实现对播放器的支持，首先需要增加IDirectFB＿Requestor和IDirectFBDataBuffer＿Dispatcher对IDirectFBVideoProvider的支持。

3.1 增加IDirectFB＿Requestor对IDirectFBVideoProvider的支持

IDirectFB是DirectFB中最基本的接口，也是应用程序最先创建的接口，通过DirectFBCreate（）创建。其他接口由IDirectFB直接创建或者由IDirectFB创建的接口创建，它是唯一一个提供全局创建的接口。在多媒体方面，它提供了CreateImageProvider（）、CreateVideoProvider（）、CreateFont（）和CreateDataBuffer（）分别用于创建图像提供者、视频提供者、字体和缓冲区。

IDirectFB＿Requestor是IDirectFB用于支持Voodoo的客户端接口。默认该接口不支持创建视频提供者，参考DirectFB－1.4.10＼proxy＼dispatcher＼idirectfbdatabuffer＿dispatcher.c文件中的其他函数，修改IDirectFB＿Requestor＿CreateVideoProvider（）以提供支持。

3.2 增加IDirectFBDataBuffer＿Dispatcher对IDirectFBVideoProvider的支持

IDirectFBDataBuffer是DirectFB中数据缓冲区的接口。通过该接口可以以统一的方式操作本地文件流或网络流等，包括获取缓冲区大小和当前指针位置、移动当前指针、预取数据、读取数据、等待数据、刷新数据等操作，还可以根据缓冲区数据创建字体、图像、音视频提供者等功能。

IDirectFBDataBuffer＿Dispatcher 是 IDirectFBData－Buffer用于支持Voodoo功能的服务器端接口。默认该接口不支持通过缓冲区创建视频提供者，参考DirectFB－1.4.10＼proxy＼dispatcher＼idirectfbdatabuffer＿dispatcher.c文件中的其他函数，修改IDirectFBDataBuffer＿Dispatcher＿CreateVideoProvider（）函数以提供支持。

3.3 IDirectFBVideoProvider＿Requestor和IDirectFBVideoProvider＿Dispatcher设计

IDirectFBVideoProvider接口用于支持音视频播放控制及相关信息提取，主要提供播放、暂停、快进、快退、播放速度控制、音量控制等操作。按照Voodoo的要求，为IDirectFBVideoProvider接口添加IDirectFBVideoProvider＿Requestor和IDirectFBVideoProvider＿Dispatcher两个接口，分别用于客户端和服务器端。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，用于实现上面两个接口。

4 实验结果

4.1 重新生成库

由于 DirectFB－1.4.10＼proxy＼目录下新添加了源程序文件，所以需要修改此目录下的Makefile.am，参考此文件其他部分，添加相关代码以生成新的库文件。运行“.／autogen.sh ＆＆ .／configure－－enable－Voodoo ＆＆ make＆＆make install”重新生成新的DirectFB库文件。新生成的库文件中对应于IDirectFBVideoProvider的库文件分别为idirectfbvideoprovider＿requestor.so和idirectfbvideoprovider＿dispatcher.so。

4.2 测试程序

由于测试需要涉及两个平台，选用基于嵌入式Linux的IPTV机顶盒作为服务器端，Linux主机作为客户端。分别编译安装以上经过修改的DirectFB图形库和测试用例库（包含df＿video等很多简单的DirectFB应用程序），设置IP为192.168.1.10和192.168.1.11。应用 Voodoo代理运行播放器程序时，在IPTV机顶盒上运行：

即可将视频a.mp4播放到网络电视上，由于在局域网内，视频播放很流畅。

结 语

Voodoo的理念很简单，但是非常有用。作为Direct－FB的网络透明层，Voodoo可以在不修改、不复制应用程序的情况下，让应用程序运行于另一平台，为实现多屏互动提供了一个简单通用的解决方案。但Voodoo也有一些不足，例如暂不支持回调函数和指针，默认缓冲区大小为16K，这需要根据具体应用环境选择最佳缓冲区大小。

［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］刘小双，李建平，郑志国.DirectFB图形加速在嵌入式系统中的应用［J］.单片机与嵌入式系统应用，2009（3）：65－66.

［4］刘海燕，邵立嵩，荆涛.Linux系统应用与开发教程［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［5］伍铁晟，卢延云.嵌入式Linux中图形界面硬件加速的优化设计［J］.计算机工程与应用，2004（33）：112－115.