VxWorks操作系统图形模式下显卡驱动设计

作者Email: cai_yanghaochuan@sina.com 摘要：本文简要的叙述了基于VxWorks操作系统WindML基础上图形驱动开发。给今后的开发者提供参考和借鉴。 关键词：VxWorks WindML 图形 显卡 驱动程序 1 介绍 WindML即Wind Media Library（媒体库），它支持多媒体程序运行于嵌入式操作系统，风河公司设计它主要是用来提供基本的图形、视频和声频技术以及提供一个设计标准设备驱动程序框架。 WindML API库提供了一个统一的图形硬件接口以及处理输入设备和输入设备事件的能力。 WindML有以下几个设计目的： ● 简单。WindML提供一个灵活的图形源语集、基本的视频和声频功能； ● 硬件便宜。可以在多种CPU体系结构上使用； ● 操作系统便宜。可以在多种RTOS系统上使用； 驱动程序开发的容易。提供给开发者一个定制设备驱动程序的机理。 2 WindML结构 WindML包括两个组件――软件开发包（SDK）和驱动程序开发包（DDK）。 SDK组件用来开发应用程序，它提供了一个全面的API集，包括图形、输入处理、多媒体、字体和内存管理。 DDK组件是用来实现驱动程序的，它提供了一个完整的驱动程序参考集，包括硬件配置和API集，以使得开发者能够迅速的引导和使用自己的驱动程序。 WindML可以概括为如图1所示的结构： 3 UGL图形接口(UGI) API WindML提供了三种普通驱动程序，你可以根据你所用的显卡来选择合适的驱动程序： n 16位线性帧缓冲驱动程序。这对于16位具有线性帧缓冲彩色图形设备是适合的； n 8位线性帧缓冲驱动程序。这对于8位具有线性帧缓冲彩色图形设备是适合的； n 基于帧缓冲的普通象素驱动程序。这对于没有线性帧缓冲的设备或WindML不支持的色度使用的设备是适合的。因为这个驱动程序依靠象素操作，所以它的性能大大地下降了。 这三种驱动程序只是执行了最简单的硬件程序，所以如果你想充分发挥你显卡的性能，则需要重新编写相应的显卡驱动程序。 通过UGI API来访问图形驱动程序例程，UGI主要的接口机理是一个包含函数指针和不同的数据项的数据结构。函数指针允许2D层访问图形驱动程序。核心ugl_ugi_driver 数据结构如下： typedef struct ugl_ugi_driver { /* Data Members */ UGL_MODE * pMode; /* display mode */ UGL_PAGE * pPageZero; /* First Page */ void * extension; /* optional driver extensions */ /* UGI function pointers */ /* General */ UGL_STATUS (* info) (struct ugl_ugi_driver * pDriver, UGL_INFO_REQ infoRequest, void *info); UGL_STATUS (* destroy) (struct ugl_ugi_driver * pDriver); /* Mode support */ UGL_STATUS (* modeAvailGet) (struct ugl_ugi_driver * pDriver, UGL_UINT32 * pNumModes, const UGL_MODE ** pModeArray); UGL_STATUS (* modeSet) (struct ugl_ugi_driver * pDriver, UGL_MODE * pMode); /* Color Support */ UGL_STATUS (* colorAlloc ) (struct ugl_ugi_driver * pDriver, UGL_ARGB * pAllocColors, UGL_ORD * pIndex, UGL_ARGB * pActualColors, UGL_COLOR * pUglColors, UGL_SIZE numColors); UGL_STATUS (* colorFree) (UGL_DEVICE_ID devId, UGL_COLOR * pColors, UGL_SIZE numColors); UGL_STATUS (* clutGet) (struct ugl_ugi_driver * pDriver, UGL_ORD startIndex, UGL_ARGB * pColors, UGL_SIZE numColors); UGL_STATUS (* clutSet) (struct ugl_ugi_driver * pDriver, UGL_ORD startIndex, UGL_ARGB * pCcolors, UGL_SIZE numCOlors); UGL_STATUS (* colorConvert) (struct ugl_ugi_driver * pDriver, void * sourceArray, UGL_COLOR_FORMAT sourceFormat, void * destArray, UGL_COLOR_FORMAT destFormat, UGL_SIZE arraySize); . . . . } UGL_UGI_DRIVER; ugl_ugi_driver 结构必须为图形设备提供所有的全局数据和函数指针。如果图形设备需要额外的数据项，那么就需要将这个数据项添加到ugl_ugi_driver结构中。 程序设计者可以通过写ugl_ugi_driver结构中定义的接口函数来完成图形设备驱动程序开发。 还有一个通用的驱动程序API，即ugl_generic_driver结构，它包含指向普通驱动程序函数的指针和全局数据。 typedef struct ugl_generic_driver { UGL_UGI_DRIVER ugi; /* UGI structure (required) */ /* Device Data */ void * fbAddress; /* Fixed Frame Buffer Address * UGL_MEM_POOL_ID videoMemPoolId; /* ID of video memory pool */ UGL_PAGE * pDrawPage; /* page to which rendering occurs*/ UGL_PAGE * pVisiblePage; /* page visble on display */ /* Generic Driver Data */ UGL_GC_ID gc; /* Active graphics context */ UGL_GEN_DDB * scratchBitmap; /* used for transparent Blts */ UGL_ORD transBitmapCount; /* used for transparent Blts */ UGL_CLUT_STRUCT * pClutStruct; /* color lookup table */ void * pCursorData; /* used for cursor support */ void * extension; /* optional driver extensions */ UGL_BOOL gpBusy; /* GP wait */ /* Generic Driver Routines */ UGL_STATUS (* fbPixelSet) (struct ugl_generic_driver * pDriver, UGL_POINT * pPoint, UGL_COLOR color); UGL_STATUS (* fbPixelGet) (struct ugl_generic_driver * pDriver, UGL_POINT * pPoint, UGL_COLOR *pColor); UGL_STATUS (* hLine) (struct ugl_generic_driver * pDriver, UGL_POS y, UGL_POS x1, UGL_POS x2, UGL_COLOR color); ... 驱动程序中所要写的核心函数是： n [i]xxxDevCreate[/i]( ), [i]xxxDevDestroy[/i]( ), [i]xxxInfo[/i]( ) n [i]xxxModeSet[/i]( ) 和 [i]xxxModeAvailGet[/i]( ) 除此之外，普通8位线性帧缓冲设备需要： n [i]xxxClutEntrySet[/i]( ) 和 [i]xxxClutEntryGet[/i]( ) 而普通基于帧缓冲象素设备，除了上述所有的函数之外，还需要： n [i]xxxFbPixelGet[/i]( )和[i]xxxFbPixelSet[/i]( ) 4 显卡设备驱动设计部分 我们在设计某些显卡驱动程序时，一般情况下是因为一些特殊应用，如高分辨率1600x1200等，而PC BIOS不支持，或者说显卡的性能得不到充分的利用。 笔者开发了ATI MACH64和ATI Radeon 7500、9000显卡的2D驱动。本文所介绍的显卡驱动设计也是基于WindML上的。开发环境为Tornado2.2和WindML3.0，显卡为ATI MACH64。这款显卡在PC BIOS上只能支持到1280x1024，为了支持高分辨率1600x1200的显示模式，我们需要自己开发驱动程序。 该驱动程序的设计包括两部分：一部分是标准的UGL接口程序，该部分可以从WindML自带的一些驱动修改而成，如..targetsrcugldrivergraphics目录下的chips或igs。另外就是图形界面下的配置数据库程序，主要用来在编译时的接口。 另外一部分就是显卡的核心驱动程序，该部分可以独立来做。通常要做的工作就是： （1）查找PCI设备并获取到该设备的资源。如帧缓冲区地址以及显卡寄存器的基地址等。ATI MACH64寄存器的基地址是帧缓冲区地址加上0x7ffc00。 （2）初始化时钟、获取内存大小； （3）设置相关色度，8位，16位或者其他色度。WindML普通线性帧缓冲只支持一种色度来保存在内存中。 （4）获取显示模式（如分辨率、刷新频率等），并计算其有效性； （5）写相关寄存器设置显示模式及DAC控制器； （6）如支持3D，则初始化3D引擎。 这部分工作的主要内容取决于不同的显卡设备，显卡不同做的工作就可能不同，在此只是一个参考，给驱动开发者提供一个思路。 5 WindML库生成及驱动的使用 上面简要的说了说驱动的开发，那么开发完成后我们还需要做一些工作，就是要编译WindML库及驱动的使用。 5.1 WindML库编译 WindML库编译的步骤跟通常的编译是一样的，有两种编译方法：即命令行和图形。下面主要介绍图形模式下编译。如图2所示。 图2 WindML配置图 接着配置要包含的字体以及处理器类型，我们选PENTIUM系统以及包含所有的字体。然后保存后Build。Build完就会在..targetlibpentiumPENTIUM4gnu目录下生成两个文件为：wndml.o和libwndml.a，将其中一个文件编译到VxWorks工程中即可。 在tornado2.2 开发工具中的Builds 选项中，如下设置添加库文件到VxWorks工程中，并将atiMach64Drvt22.a库文件也添加到VxWorks工程中，如图3所示，然后编译生成VxWorks。 5.2 驱动使用 我们可以利用WindML自带的example目录下的ugldemo例子程序来测试，在ugldemo程序开头首先调用sysAtiPciInit(M1600x1200x60)来初始化ATI显卡到M1600x1200x60模式。并在文件开头包含头文件atiMach64User.h，即#include “atiMach64User.h”。 sysAtiPciInit是笔者自己的核心驱动初始化函数，atiMach64User.h头文件主要是提供给用户的一些接口函数及常数的定义。 6 结束语 上面只是简要的叙述了一下显卡在VxWorks操作系统WindML下的开发过程，笔者希望能给后来的开发者带来一些思路。显卡驱动的开发是比较困难的，一方面是由于缺少相应的文档；另一方面也需要相应的一些关于显示方面的专业知识。 参考文献 1 WindML DDK 3.0 Programmer’s Guide.