王 凱，寧 鈺，周 威

(江南計(jì)算技術(shù)研究所第三處，江蘇 無(wú)錫 214083)

0 引 言

嵌入式系統(tǒng)是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，在電子產(chǎn)品集成度越來越高的今天，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面。全球生產(chǎn)的CPU(中央處理器)，超過80%應(yīng)用于各類嵌入式系統(tǒng)。隨著嵌入式系統(tǒng)的日益發(fā)展，嵌入式處理器運(yùn)算能力的不斷增強(qiáng)，越來越多的嵌入式設(shè)備開始采用較為復(fù)雜的GUI系統(tǒng)，嵌入式設(shè)備的GUI系統(tǒng)發(fā)展得十分迅速[1]。傳統(tǒng)的嵌入式GUI系統(tǒng)，如Microwindows等，由于項(xiàng)目規(guī)模較小，功能較薄弱，缺乏第三方支持等諸多原因，已經(jīng)越來越不能滿足用戶的需要。

Qt/Embedded是著名的Qt庫(kù)開發(fā)商Trolltech公司開發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本。Qt/Embedded與X11版本的Qt接口在最大程度上兼容，大部分基于Qt的X-Window程序移植到Qt/Embedded是非常方便的。Qt/Embedded延續(xù)了在X-Window上的強(qiáng)大功能[2-3]。Qt/Embedded類庫(kù)完全采用C++封裝，豐富的控件資源和較好的可移植性是Qt/Embedded最為優(yōu)秀的特點(diǎn)。Qt是完全面向?qū)ο蟮?易擴(kuò)展,并且允許真正的組件編程。使用X-Window下的開發(fā)工具Qt Creator可以直接開發(fā)基于Qt/Embedded的UI(用戶操作接口)界面。采用Qt/Embedded開發(fā)嵌入式Linux下的應(yīng)用軟件的第三方公司也日益增加。

文中分析了Qt/Embedded的體系結(jié)構(gòu)和底層支持的方式，闡述了Qt/Embedded圖形事件服務(wù)的源碼和架構(gòu)原理，通過結(jié)合幀緩沖驅(qū)動(dòng)體系與Qt/Embedded圖形引擎，對(duì)在嵌入式系統(tǒng)下如何實(shí)現(xiàn)圖形硬件加速進(jìn)行了詳細(xì)的研究和實(shí)現(xiàn)。

1 Qt/Embedded底層支持分析

1.1 Qt/Embedded的體系結(jié)構(gòu)

Qt/Embedded庫(kù)是Qt圖形界面庫(kù)的嵌入式版本，為了適應(yīng)嵌入式操作系統(tǒng)環(huán)境，做出了許多改動(dòng)和調(diào)整。它放棄了原本使用的X11也就是X Window體系去構(gòu)建GUI環(huán)境，因此也就不需要使用較大的Xlib庫(kù)，所以內(nèi)存占用十分小，能夠適應(yīng)嵌入式開發(fā)的需求。在放棄了X Window體系之后，Qt/Embedded庫(kù)底層使用幀緩沖體系作為底層圖形接口，并使用輸入事件作為具體的輸入設(shè)備的抽象[4]，比如keyboard和mouse等。在上層，Qt/Embedded庫(kù)繼續(xù)使用原本的Qt架構(gòu)，從而保證用戶使用的便利性和一致性，并能夠與X Window系統(tǒng)下的程序兼容，使得用戶可以方便地進(jìn)行程序移植。

Qt/Embedded圖形引擎的基礎(chǔ)是圖形幀緩沖體系(framebuffer)，它是一種采用mmap系統(tǒng)調(diào)用的驅(qū)動(dòng)接口，正是依靠幀緩沖驅(qū)動(dòng)，屏幕才能顯示內(nèi)容，幀緩沖驅(qū)動(dòng)為上層QWS Server提供圖形支持，同時(shí)也為下層操作系統(tǒng)提供對(duì)圖形事件訪問服務(wù)的接口[5]。

1.2 Qt/Embedded的圖形引擎架構(gòu)

Qt/Embedded的GUI系統(tǒng)采用了C/S結(jié)構(gòu)，每個(gè)獨(dú)立的Qt/Embedded程序都允許作為系統(tǒng)中唯一的一個(gè)GUI Server存在。在應(yīng)用程序首次以系統(tǒng)GUI Server的方式加載時(shí)，將創(chuàng)建QWS Server實(shí)體。QWS Server創(chuàng)建底層顯示設(shè)備抽象基類QScreen，其中聲明了對(duì)于顯示設(shè)備的基本描述和操作方式，如打開、關(guān)閉、獲得顯示能力、創(chuàng)建GFX操作對(duì)象等等[6]。同時(shí)，QWS Server調(diào)用QWSServer::openDisplay()函數(shù)創(chuàng)建窗體，在窗體創(chuàng)建過程中調(diào)用QWSServer::Data::Init()進(jìn)行初始化工作，之后創(chuàng)建Qt/Embedded的圖形引擎中幀緩沖驅(qū)動(dòng)類QLinuxFbScreen的實(shí)體對(duì)象，在QLinuxFbScreen對(duì)象中獲取設(shè)置QScreen關(guān)鍵指針qt_screen的信息并調(diào)用connect()打開幀緩沖體系中的抽象顯示設(shè)備(dev/fb0)。在QWSServer中所有對(duì)顯示設(shè)備的調(diào)用都由qt_screen發(fā)起[7]。

至此，完成了Qt/Embedded中圖形引擎的創(chuàng)建，并通過Qt/Embedded的圖形引擎中的幀緩沖驅(qū)動(dòng)類與系統(tǒng)幀緩沖驅(qū)動(dòng)直接相關(guān)聯(lián)，由系統(tǒng)幀緩沖驅(qū)動(dòng)提供進(jìn)一步的支持。

2 幀緩沖驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)

2.1 幀緩沖驅(qū)動(dòng)顯示原理

幀緩沖(framebuffer)是Linux系統(tǒng)的顯示設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口，Linux系統(tǒng)通過它屏蔽不同圖形硬件的底層差異性，對(duì)顯示緩沖區(qū)進(jìn)行抽象，實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用在圖形模式下直接對(duì)顯示緩沖區(qū)進(jìn)行I/O操作[8]。用戶不需要關(guān)心物理顯示緩沖區(qū)的具體位置及數(shù)據(jù)存放方式，這些都由幀緩沖設(shè)備的驅(qū)動(dòng)本身來完成。

在顯示過程中，用戶進(jìn)程的顯示數(shù)據(jù)將會(huì)存放在幀緩沖映射的內(nèi)存中，然后顯示設(shè)備會(huì)從幀緩沖映射的內(nèi)存中將數(shù)據(jù)取出，然后顯示到屏幕上。通過系統(tǒng)調(diào)用mmap將顯示設(shè)備物理內(nèi)存抽象為幀緩沖區(qū)，使得用戶可以直接訪問。對(duì)用戶來說，它即是物理顯存的一個(gè)映像,幀緩沖系統(tǒng)將其映射到用戶虛擬進(jìn)程地址空間[9]。對(duì)于用戶而言，幀緩沖區(qū)可以直接讀、寫、映射。這樣用戶程序就可以對(duì)這塊內(nèi)存區(qū)域填充任何已經(jīng)定義的像素及顏色，而屏幕也就可以在幀緩沖系統(tǒng)的控制下顯示畫面[10]。

2.2 Linux幀緩沖驅(qū)動(dòng)程序的體系結(jié)構(gòu)

對(duì)于Linux系統(tǒng)，幀緩沖設(shè)備是標(biāo)準(zhǔn)的字符設(shè)備，采用“文件層—驅(qū)動(dòng)層”的接口方式，主設(shè)備號(hào)為29，從設(shè)備號(hào)為0～31[11]。對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件為/dev/fb*。在linux中，fb設(shè)備驅(qū)動(dòng)的源碼主要在Fb.h(linuxincludelinux)和Fbmem.c(linuxdriversvideo)兩個(gè)文件中，它們是fb設(shè)備驅(qū)動(dòng)的中間層，為上層提供系統(tǒng)調(diào)用，為底層驅(qū)動(dòng)提供接口。

由于Linux將設(shè)備也認(rèn)為是一個(gè)文件，F(xiàn)ramebuffer驅(qū)動(dòng)核心Fbmem.c文件中定義了幀緩沖設(shè)備的文件層接口，該接口即為file_operations結(jié)構(gòu)體，它是提供給用戶空間應(yīng)用程序使用的。在file_operations中，統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)了字符設(shè)備文件層次上的文件操作接口函數(shù)，用戶空間的應(yīng)用程序通過它的接口函數(shù)對(duì)幀緩沖設(shè)備進(jìn)行訪問[12]。在驅(qū)動(dòng)核心層上方的是Framebuffer特定幀緩沖設(shè)備層，在這一層中實(shí)現(xiàn)具體的Framebuffer驅(qū)動(dòng)接口，例如特定幀緩沖設(shè)備fb_info結(jié)構(gòu)體的注冊(cè)函數(shù)，fb_ops結(jié)構(gòu)體成員函數(shù)以及使用完畢后的結(jié)構(gòu)體注銷函數(shù)[13]。fb_ops結(jié)構(gòu)體是特定幀緩沖設(shè)備層的核心模塊，它的成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的幀緩沖驅(qū)動(dòng)功能，最終直接控制顯示設(shè)備的硬件寄存器[14-15]。

3 Qt/Embedded GUI環(huán)境下圖形硬件加速實(shí)現(xiàn)方法

3.1 基于Qt/Embedded的嵌入式圖形硬件加速架構(gòu)

通過對(duì)Qt/Embedded底層支持和幀緩沖驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)的分析，提出一種基于Qt/Embedded環(huán)境的嵌入式系統(tǒng)GUI圖形加速支持體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 基于Qt/Embedded GUI環(huán)境的嵌入式系統(tǒng)

圖1描述了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)圖形加速方法的體系結(jié)構(gòu)，從上至下可以分為三部分：

(1)Qt/Embedded GUI支持及實(shí)現(xiàn)部分：該部分包含圖中最上方1，2，3層，在該部分中，通過Qt/Embedded嵌入式圖形支持中的QLinuxFbScreen對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了Qt/Embedded庫(kù)和幀緩沖體系結(jié)構(gòu)內(nèi)接口的對(duì)接，Qt/Embedded庫(kù)使用Linux操作系統(tǒng)提供的open，write，read，close等文件系統(tǒng)接口函數(shù)，基于幀緩沖驅(qū)動(dòng)體系對(duì)幀緩沖進(jìn)行操作。

(2)Framebuffer驅(qū)動(dòng)核心部分：該部分為圖中第4，5層，實(shí)現(xiàn)了VFS虛擬文件系統(tǒng)與幀緩沖驅(qū)動(dòng)體系間的對(duì)接，在這一層實(shí)現(xiàn)file_operations結(jié)構(gòu)體成員函數(shù)的內(nèi)部功能，Qt/Embedded應(yīng)用程序通過訪問file_operations結(jié)構(gòu)體統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)的文件操作函數(shù)對(duì)幀緩沖設(shè)備進(jìn)行讀寫等操作，上層使用的文件系統(tǒng)接口在這里得到具體實(shí)現(xiàn)。

(3)Framebuffer幀緩沖設(shè)備支持部分：該部分為圖中第6層，定義了特定幀緩沖設(shè)備fb_info結(jié)構(gòu)體，它是特定幀緩沖物理設(shè)備的軟件實(shí)體和驅(qū)動(dòng)層接口的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄了關(guān)于幀緩沖設(shè)備屬性、參數(shù)以及操作函數(shù)指針的完整信息。系統(tǒng)中每一個(gè)幀緩沖設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)fb_info結(jié)構(gòu)體。在對(duì)該部分的具體實(shí)現(xiàn)過程中，通過使用硬件GPU的圖形加速功能，優(yōu)化fb_info結(jié)構(gòu)體中對(duì)應(yīng)軟件功能接口函數(shù)，從而完成Qt/Embedded GUI環(huán)境下的圖形硬件加速。

3.2 嵌入式Linux下的圖形硬件加速接口設(shè)計(jì)

在嵌入式Linux的GUI圖形硬件加速架構(gòu)下，framebuffer框架最重要的實(shí)體就是fb_info，其中涉及驅(qū)動(dòng)的操作接口fb_ops，這些操作接口是framebuffer框架實(shí)現(xiàn)交互的橋梁，也是實(shí)現(xiàn)圖形硬件的途徑和接口。

fb_ops以結(jié)構(gòu)體形式展現(xiàn)，內(nèi)部接口函數(shù)數(shù)量繁多，如fb_check_var()檢查可修改的屏幕參數(shù)并調(diào)整到硬件所支持的值，fb_setcolreg()設(shè)置顏色寄存器來實(shí)現(xiàn)偽顏色表和顏色表的填充等等。fb_ops結(jié)構(gòu)體的成員函數(shù)最終與顯示適配器和LCD控制器硬件打交道，需要根據(jù)顯示適配器的硬件設(shè)置及LCD顯示屏的硬件參數(shù)進(jìn)行編寫。

fb_ops結(jié)構(gòu)體圖形硬件加速成員函數(shù)接口：fb_fillrect()實(shí)現(xiàn)屏幕上矩形區(qū)域的顏色填充與繪制,fb_copyarea()實(shí)現(xiàn)對(duì)屏幕區(qū)域顯示數(shù)據(jù)的復(fù)制與重新繪制,fb_imageblit()實(shí)現(xiàn)位圖數(shù)據(jù)的讀取與繪制。這3個(gè)接口函數(shù)是實(shí)現(xiàn)GUI圖形硬件加速功能的關(guān)鍵函數(shù)，它們的函數(shù)聲明代碼如下：

struct fb_ops {

……

/*繪制矩形*/

void(*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect);

/*從一個(gè)區(qū)域復(fù)制數(shù)據(jù)到另一個(gè)區(qū)域*/

void(*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region);

/*繪制一幅位圖到顯示設(shè)備 */

void(*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image);

……

}

通過上述fb_ops圖形硬件加速成員函數(shù)接口，在函數(shù)體中可以使用硬件圖形繪制命令和算法，從而釋放軟件繪制圖形占用的CPU時(shí)間，實(shí)現(xiàn)圖形繪制的硬件加速。

Qt/Embedded GUI應(yīng)用程序通過fbmem.c文件的file_operations結(jié)構(gòu)體統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)文件操作接口對(duì)幀緩沖硬件設(shè)備的訪問，特定幀緩沖硬件設(shè)備的軟件抽象與fb_info結(jié)構(gòu)體一一對(duì)應(yīng)，fb_info結(jié)構(gòu)體的注冊(cè)、注銷及其中成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)工作由內(nèi)核中對(duì)應(yīng)的xxxfb.c文件來完成。指定的fb_ops結(jié)構(gòu)體成員函數(shù)作為驅(qū)動(dòng)層的核心模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的圖形硬件加速操作，最終通過圖形硬件控制及加速算法實(shí)現(xiàn)圖形繪制工作硬件化。

3.3 嵌入式Linux下的圖形硬件加速方法實(shí)現(xiàn)

通過前面建立起的嵌入式Linux下的圖形硬件加速架構(gòu)和硬件加速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)過程中可以充分利用圖形硬件加速的優(yōu)勢(shì)：2D圖形硬件加速?zèng)]有大量的循環(huán)操作占用CPU時(shí)間，在硬件加速過程中，只有兩個(gè)基本的CPU操作—等待和賦值，極大地節(jié)約了CPU時(shí)間，從而大大地提高了圖形操作的效率。其中具體的繪圖工作通過DMA(直接內(nèi)存存取)由GPU(圖形處理單元)完成，在使用GPU的過程中，依賴GPU提供的各種功能寄存器對(duì)GPU的功能進(jìn)行控制。等待操作和DMA操作的具體流程如圖2所示。

圖2 等待操作和DMA操作的流程

圖2中一共有兩組不同的繪圖操作，每組操作內(nèi)部都是等待DMA命令狀態(tài)和繪圖操作執(zhí)行交替執(zhí)行。在DMA等待過程中，釋放CPU時(shí)間片，CPU處于空閑狀態(tài)?？刂艱MA等待和開始執(zhí)行的寄存器為DMA控制命令寄存器DMA_COMMAND。

在具體的實(shí)現(xiàn)過程中，2D圖形硬件加速包含如下內(nèi)容：矩形填充、位塊傳輸BitBLT、圖像旋轉(zhuǎn)和地址定位、圖像剪切、光柵操作、矩形區(qū)域復(fù)制等。

現(xiàn)選取較為有代表性的矩形填充、位塊傳輸BitBLT、矩形區(qū)域復(fù)制三個(gè)操作進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。

3.3.1 矩形填充

矩形填充，指的是對(duì)一個(gè)矩形區(qū)域進(jìn)行像素的填充。矩形填充功能的實(shí)現(xiàn)，依賴于GPU提供的Fast Solid Color Fill(快速固色填充)功能，通過前文提到的fb_fillrect()接口實(shí)現(xiàn)。在fb_fillrect()接口的輸入?yún)?shù)結(jié)構(gòu)體fb_info中，獲得了目標(biāo)圖像的基地址、目標(biāo)圖像顏色以及圖像顏色模式和通道信息。在輸入?yún)?shù)結(jié)構(gòu)體fb_fillrect中，獲得了目標(biāo)圖像的左上角坐標(biāo)和右下角坐標(biāo)，確定了圖像的位置，在確定目標(biāo)圖像信息后，將這些信息輸入到快速固色填充功能寄存器中，啟動(dòng)GPU進(jìn)行圖像的繪制。矩形填充的邏輯流程見圖3。

在矩形填充開始前，需等待上一個(gè)DMA操作結(jié)束，通過訪問前文提到的DMA控制命令寄存器DMA_COMMAND來獲取當(dāng)前DMA狀態(tài)，在DMA可用之后，從結(jié)構(gòu)體fb_info中讀出目標(biāo)圖像基地址，將它寫入地址寄存器DST_BASE_ADDR_REG，然后從fb_info中讀取出目標(biāo)圖像顏色相關(guān)信息，從結(jié)構(gòu)體fb_fillrect中讀出圖像最終顯示位置坐標(biāo)，將它們分別寫入每個(gè)對(duì)應(yīng)的功能寄存器，最后通過使能Fast Solid Color Fill命令寄存器BITBLT_COMMAND_REG啟動(dòng)GPU的快速固色填充功能，完成圖像矩形填充的繪制工作。

圖3 矩形填充的邏輯流程

3.3.2 位塊傳輸BitBLT

位塊傳輸BitBLT，指的是將源設(shè)備環(huán)境區(qū)域中的像素進(jìn)行位塊(bit_block)轉(zhuǎn)換，以傳送到目標(biāo)設(shè)備環(huán)境。位塊傳輸功能依賴于GPU中的BitBLT功能，在前文提到的接口fb_imageblit()中實(shí)現(xiàn)。在fb_imageblit()的參數(shù)結(jié)構(gòu)體fb_info中，獲取目標(biāo)圖像的基地址和左上角和右下角坐標(biāo)，目標(biāo)圖像的前景色和背景色，目標(biāo)圖像的stride值等信息，在參數(shù)結(jié)構(gòu)體fb_image中，獲得了源圖像的左上角和右下角坐標(biāo)，源圖像的數(shù)據(jù)指針、顏色模式、通道模式等信息。在獲得所有相關(guān)信息后，使能位塊傳輸?shù)拿罴拇嫫鲉?dòng)GPU的位塊傳輸功能。位塊傳輸BitBLT的邏輯流程見圖4。

圖4 位塊傳輸BitBLT的邏輯流程

在實(shí)現(xiàn)位塊傳輸?shù)倪^程中，需要注意的是GPU硬件中的BitBLT操作分為On-Screen Rendering(在屏渲染)和Off-Screen Rendering(離屏渲染)。on-screen BitBLT操作在屏幕上拷貝一個(gè)矩形像素塊到屏幕上的另一個(gè)位置，而off-screen BitBLT操作是將像素?cái)?shù)據(jù)從off-screen內(nèi)存放到屏幕內(nèi)存幀緩沖區(qū)，當(dāng)SRC_COLOR_MODE_REG值和DST_COLOR_MODE_REG不相同時(shí)，該操作會(huì)自動(dòng)進(jìn)行顏色模式轉(zhuǎn)換。在這里實(shí)現(xiàn)的是off-screen位塊傳輸BitBLT操作。

3.3.3 矩形區(qū)域復(fù)制

矩形區(qū)域復(fù)制，指的是選擇一個(gè)矩形區(qū)域的圖像并把它復(fù)制到另一個(gè)矩形區(qū)域顯示。實(shí)現(xiàn)該功能由GPU提供的Clipping功能以及GPU的BitBLT功能中的On-Screen Rendering共同完成。GPU的Clipping功能提供一個(gè)clipping window，使用這個(gè)clipping window確定裁剪的圖像大小及位置，clipping window的大小必須小于屏幕大小。在前文的fb_copyarea()接口中，通過fb_copyarea結(jié)構(gòu)體獲得需要裁剪的區(qū)域位置和大小，并將位置和大小參數(shù)傳到Clipping功能寄存器，然后通過on-screen BitBLT操作將裁剪的圖像繪制到屏幕。繪制的目標(biāo)圖像的信息從參數(shù)結(jié)構(gòu)體fb_info中獲取。矩形區(qū)域復(fù)制的邏輯流程基本與圖4類似，在矩形區(qū)域復(fù)制的過程中，無(wú)需進(jìn)行圖4中的源圖像寄存器相關(guān)操作。

在矩形區(qū)域復(fù)制的過程中，源圖像的基本信息大部分都由GPU硬件Clipping操作獲得，在實(shí)現(xiàn)過程中有3點(diǎn)需要注意：源基地址和目標(biāo)基地址一致；源stride值和目標(biāo)stride值一致；源顏色模式和目標(biāo)顏色模式一致。

反映在寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系上即為：

SRC_BASE_ADDR_REG = DST_BASE_ADDR_REG

SRC_STRIDE_REG = DST_STRIDE_REG

SRC_COLOR_MODE_REG = DST_COLOR_MODE_

REG

這也是矩形區(qū)域賦值的前提要求。

4 圖形硬件加速測(cè)試

4.1 測(cè)試平臺(tái)與環(huán)境

文中使用的測(cè)試平臺(tái)是訊為科技的iTop-4412開發(fā)板，iTop-4412開發(fā)板精英版搭載三星Exynos 4412處理器，配備1 GB DDR3內(nèi)存，4 GB固態(tài)硬盤EMMC存儲(chǔ)。

三星Exynos 4412處理器搭載4核心Cortex-A9，每個(gè)核心的主頻大小為1.6 GHz，內(nèi)部圖形核心為Mail400MP。

測(cè)試平臺(tái)的軟件環(huán)境為嵌入式Linux+Qt操作系統(tǒng)，Linux內(nèi)核版本為3.0.15，Qt/Embedded庫(kù)版本為4.7.1，使用u-boot-1.3.4引導(dǎo)啟動(dòng)軟件環(huán)境，交叉編譯器為arm-2009q3。

4.2 測(cè)試方法

測(cè)試以最典型的矩形填充功能為例，編寫基于Qt/Embedded庫(kù)的Qt GUI測(cè)試?yán)?。在該例程中，使用Qt/Embedded庫(kù)自帶的矩形繪制功能drawRcet函數(shù)進(jìn)行矩形填充，通過內(nèi)部計(jì)時(shí)器計(jì)算出Qt/Embedded庫(kù)的繪圖時(shí)間，同時(shí)在該例程中通過ioctl接口調(diào)用前面實(shí)現(xiàn)的底層硬件加速功能進(jìn)行矩形填充，按同樣方式計(jì)算出繪圖時(shí)間，并將該時(shí)間與Qt/Embedded庫(kù)的繪制時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，從而得出測(cè)試結(jié)果。

4.3 測(cè)試結(jié)果與分析

測(cè)試1，繪制寬度﹡高度為40﹡30像素的矩形，重復(fù)次數(shù)為10 000，20 000，30 000，40 000，50 000，結(jié)果見圖5。

圖5 不同繪制次數(shù)下的加速效果對(duì)比

從圖中可以看出，隨著繪制次數(shù)的增加，Qt繪制矩形的時(shí)間基本呈線性增長(zhǎng)，在使用硬件加速功能后，繪制同樣次數(shù)矩形的時(shí)間大大縮短；同樣，隨著繪制次數(shù)的增加，加速后的繪制時(shí)間也單調(diào)遞增，但增加的幅度略有波動(dòng)。對(duì)圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后可知，加速比(加速前時(shí)間/加速后時(shí)間)基本在2.3～2.7之間，實(shí)現(xiàn)了圖形繪制硬件加速的效果。

測(cè)試2，繪制50 000次不同像素的矩形，像素寬度*高度分別為40*30，60*45，80*60，100*75，120*90，結(jié)果見圖6。

圖6 繪制不同像素矩形的加速效果對(duì)比

從圖中可知，隨著繪制矩形像素?cái)?shù)目的增加，無(wú)論是Qt繪制，還是硬件加速后繪制，繪制所需的時(shí)間都基本是線性增加的，使用Qt繪制時(shí)間的增加基本與像素?cái)?shù)目的增加成正比，增量較為平滑，使用硬件加速后的繪制時(shí)間的增量略有波動(dòng)。

綜合圖5和圖6的數(shù)據(jù)可知，硬件加速后，在矩形填充這個(gè)基本圖形操作上，硬件加速獲得了較好的效果，加速比基本維持在2以上，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)Qt/Embedded體系結(jié)構(gòu)和Qt/Embedded圖形引擎架構(gòu)的分析，利用嵌入式Linux下的幀緩沖體系結(jié)構(gòu)，提出一種Qt/Embedded GUI環(huán)境下圖形硬件加速實(shí)現(xiàn)方法和圖形加速實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了幀緩沖體系對(duì)Qt/Embedded GUI體系的底層硬件支持，依賴于Linux幀緩沖體系的加速接口，使用硬件GPU內(nèi)部加速功能對(duì)Qt/Embedded GUI環(huán)境下的基本圖形繪制進(jìn)行了硬件加速，取得了較好的加速效果。

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