嵌入式Linux系統圖形及圖形用戶(hù)界面

本文首先概述了Linux圖形領(lǐng)域的基本設施，然后描述了一些可供嵌入式Linux系統使用的高級圖形庫以及圖形用戶(hù)界面支持系統。希望對嵌入式Linux系統的開(kāi)發(fā)有所幫助。

1Linux圖形領(lǐng)域的基礎設施

本小節首先向讀者描述Linux圖形領(lǐng)域中常見(jiàn)的基礎設施。之所以稱(chēng)為基礎設施，是因為這些系統（或者函數庫），一般作為其他高級圖形或者圖形應用程序的基本函數庫。這些系統（或者函數庫）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。這一系統是目前類(lèi)UNIX系統中處于控制地位的桌面圖形系統。無(wú)疑，XWindow作為一個(gè)圖形環(huán)境是成功的，它上面運行著(zhù)包括CAD建模工具和辦公套件在內的大量應用程序。但必須看到的是，由于XWindow在體系接口上的原因，限制了其對游戲、多媒體的支持能力。用戶(hù)在XWindow上運行VCD播放器，或者運行一些大型的三維游戲時(shí)，經(jīng)常會(huì )發(fā)現同樣的硬件配置，卻不能獲得和Windows操作系統一樣的圖形效果――即使使用了加速的XServer，其效果也不能令人滿(mǎn)意。另外，大型的應用程序（比如Mozilla瀏覽器）在XWindow上運行時(shí)的響應能力，也相當不能令人滿(mǎn)意。當然，這里有Linux內核在進(jìn)程調度上的問(wèn)題，也有XWindow的原因。

XWindow為了滿(mǎn)足對游戲、多媒體等應用對圖形加速能力的要求，提供了DGA（直接圖形訪(fǎng)問(wèn)）擴展，通過(guò)該擴展，應用程序可以在全屏模式下直接訪(fǎng)問(wèn)顯示卡的幀緩沖區，并能夠提供對某些加速功能的支持。

1.2SVGALib

SVGALib是Linux系統中最早出現的非X圖形支持庫。這個(gè)庫從最初對標準VGA兼容芯片的支持開(kāi)始，一直發(fā)展到對老式SVGA芯片的支持以及對現今流行的高級視頻芯片的支持。它為用戶(hù)提供了在控制臺上進(jìn)行圖形編程的接口，使用戶(hù)可以在PC兼容系統上方便地獲得圖形支持。但該系統有如下不足：

1）接口雜亂。SVGALib從最初的vgalib發(fā)展而來(lái)，保留了老系統的許多接口，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節。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目前只能運行在x86平臺上，對其他平臺的支持能力較差（Alpha平臺除外）。

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，目前的應用范圍越來(lái)越小，尤其在Linux內核增加了FrameBuffer驅動(dòng)支持之后，有逐漸被其他圖形庫替代的跡象。

5）對應用的支持能力較差。SVAGLib作為一個(gè)圖形庫，對高級圖形功能的支持，比如直線(xiàn)和曲線(xiàn)等等，卻不能令人滿(mǎn)意。盡管SVGALib有許多缺點(diǎn)，但SVGALib經(jīng)常被其他圖形庫用來(lái)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(xiàn)性顯示內存首地址（即幀緩沖區），而其他的接口卻很少用到。另外，SVGALib中所包含的諸如鍵盤(pán)、鼠標和游戲桿的接口，也很少被其他應用程序所使用。

因此，SVGALib的使用越來(lái)越少，筆者也不建議用戶(hù)使用這個(gè)圖形庫。當然，如果用戶(hù)的顯示卡只支持標準VGA模式，則SVGALib還是比較好的選擇。

1.3 FrameBuffer

FrameBuffer 是出現在 2.2.xx 內核當中的一種驅動(dòng)程序接口。這種接口將顯示設備抽象為幀緩沖區。用戶(hù)可以將它看成是顯示內存的一個(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(xiě)操作，而寫(xiě)操作可以立即反應在屏幕上。該驅動(dòng)程序的設備文件一般是 /dev/fb0、/dev/fb1 等等。比如，假設現在的顯示模式是 1024x768-8 位色，則可以通過(guò)如下的命令清空屏幕：

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

在應用程序中，一般通過(guò)將 FrameBuffer 設備映射到進(jìn)程地址空間的方式使用，比如下面的程序就打開(kāi) /dev/fb0 設備，并通過(guò) mmap 系統調用進(jìn)行地址映射，隨后用 memset 將屏幕清空（這里假設顯示模式是 1024x768-8 位色模式，線(xiàn)性?xún)却婺Ｊ剑?

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 設備還提供了若干 ioctl 命令，通過(guò)這些命令，可以獲得顯示設備的一些固定信息（比如顯示內存大?。?、與顯示模式相關(guān)的可變信息（比如分辨率、象素結構、每掃描線(xiàn)的字節寬度），以及偽彩色模式下的調色板信息等等。

通過(guò) FrameBuffer 設備，還可以獲得當前內核所支持的加速顯示卡的類(lèi)型（通過(guò)固定信息得到），這種類(lèi)型通常是和特定顯示芯片相關(guān)的。比如目前最新的內核（2.4.9）中，就包含有對 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(lèi)型之后，應用程序就可以將 PCI 設備的內存I/O（memio）映射到進(jìn)程的地址空間。這些 memio 一般是用來(lái)控制顯示卡的寄存器，通過(guò)對這些寄存器的操作，應用程序就可以控制特定顯卡的加速功能。

PCI 設備可以將自己的控制寄存器映射到物理內存空間，而后，對這些控制寄存器的訪(fǎng)問(wèn)，給變成了對物理內存的訪(fǎng)問(wèn)。因此，這些寄存器又被稱(chēng)為“memio”。一旦被映射到物理內存，Linux 的普通進(jìn)程就可以通過(guò) mmap 將這些內存 I/O 映射到進(jìn)程地址空間，這樣就可以直接訪(fǎng)問(wèn)這些寄存器了。