引言

　　在“軟件變服務”的背景下，通過網絡提供服務，即網絡計算，占據了越來越重要的地位。這種模式的特點是：客戶端只進行顯示和輸入，不進行復雜計算，應用程序和數據都運行和存儲在服務器端。為了在有限的資源條件下，如手機，PDA等便攜終端上實現便捷的移動桌面效果，本文提出一種基于嵌入式系統的遠程桌面控制方案，其基本思想是盡可能地減少終端資源占用，最大限度地增強其適用范圍，以此達到增強應用價值的目的。具體方案是通過Directvnc 的移植來實現的，由于Directvnc 與其它Unix 系統不同的是它通過輕量級圖形庫DirectFB 使用Linux 幀緩沖設備。DirectFB 在FrameBuffer 的基礎上提供了圖形加速等多種功能，顯示速度快，鏈接庫較小，可以在一定程度上節省系統資源，另外，directvnc工作在幀緩沖層，平臺獨立性好，摒棄了對龐大低效的X Window 等標準嵌入式系統圖形化用戶界面的依賴，這一功能對于資源有限的嵌入式系統和PDA 等環境下是非常有效的。

　　1 網絡計算模式的實現

　　1.1 網絡計算模式

　　系統的實現基于網絡計算模式（virtual network computing，VNC），該模式由VNC 服務器、RFB（遠程幀緩存） 協議和VNC 客戶端3 部分組成。Directvnc 作為客戶端，它使用圖形用戶界面顯示與進行輸入輸出控制，通過互連網遠程訪問與控制服務器。RealVNC 作為服務器端，它進行大量的計算并提供幀緩存變化到客戶端顯示設備，減輕了客戶端負荷。RealVNC 功能成熟，高效實用，完全跨平臺，兼容性好，可廣泛應用于多種操作系統和開發系統。系統通信通過RFB 協議來完成，RFB是一個架構在TCP/IP上遠程圖形用戶的簡單協議，通過TCP/IP 協議簇連接，是基于字節流或消息的可靠傳輸。它是真正的瘦客戶協議。

　　1.2 基于RFB 的瘦客戶端實現

      因為RFB 工作在幀緩存級別上，所以它可以應用于所有的窗口系統，例如：X11，Windows 和Mac 系統，重要的是對客戶端硬件的需求少能支持更廣范圍的硬件環境。

　　在協議的設計上，對客戶端的任務實現也盡可能的簡單，這體現在：

　　（1）顯示編碼源語。

　　顯示編碼源語有基于像素和基于圖形兩種繪圖源語。RFB 的顯示編碼方式基于像素，其顯示更新在服務器端處理，客戶端僅需要顯示像素數據。客戶端計算簡單、平臺獨立性好。

　　（2）系統最初握手階段對像素數據格式和編碼類型協商的設計。

　　像素格式涉及如何通過像素值來實現不同顏色的重現，最常用的像素格式是24 位或16 位真彩色。像素格式描述了像素數據存儲所用的格式，定義了像素在內存中的編碼方式。

　　（3）編碼方式。

　　編碼是根據一定的協議或格式把模擬信息轉換成比特流的過程。在RFB 協議中，編碼就是將每一個矩形像素點的數據轉化為包含該矩形像素點的位置、寬度和高度信息以及編碼類型的前綴，再加上經過此編碼方式編碼的數據本身。RFB 協議主要采用的編碼方式是二維運動步長編碼（2DRLE）的變種，如Raw、CopyRectangle、RRE（Rise-and-Run-Lengeh）、CoRRE（Compact RRE）和缺省時使用的Hextile。實際上常用的有2DRLE、Hextil 以及CopyRectangle 編碼，他們為桌面提供最好的壓縮方法。在RFB 中壓縮編碼算法比不高，但由于算法簡單，故對客戶端的圖形顯示引擎設計要求很低，客戶端程序也相對簡單。

　　（4） 顯示更新機制。

　　RFB 的顯示協議是基于一個簡單的畫圖原理，即將每一個矩形像素點放在給定的位置（x,y）上。

　　幀緩存的更新通過一系列塊操作來完成，這種更新像素塊的操作效率較低，但是通過多種像素編碼壓縮方式的靈活選擇可以實現網絡帶寬、客戶端計算速度和服務器處理的速度之間的效率折中，從而實現高效率的圖形顯示。顯示更新機制包括更新時機及刷新模式。更新時機有客戶端拉動和服務器端推動兩種，每種更新時機又可采用懶惰更新和急切更新兩種刷新模式。RFB 更新請求是客戶端驅動型的懶惰更新，只有在服務器端收到客戶端的請求時才會向其發送若干命令緩沖合并后的顯示更新。對于一些應用，在相同區域上的更新往往非常頻繁，這樣如果網絡非常慢或者客戶端處理能力不強時，客戶端驅動的更新機制使得客戶端的顯示質量可以得到調整。

　　總之，在網絡計算模式下，RFB協議盡可能地減少終端資源占用并提高網絡利用率，基本提供了一個比較瘦的客戶端。

　　2 DirectFB 圖形系統

　　2.1 DirectFB 簡介

　　DirectFB 項目是由德國Convergence 公司推動的Opensource 計劃的一部分，是面向嵌入式設備專注于Linux Frame-Buffer 開發的小巧、強大、靈活和易于使用的圖形系統，提供一些基本的圖形加速、輸入設備處理提取、透明窗口和多重顯示層的功能，以最低限度的資源使用和開銷，提供最大的硬件加速度性能。

　　Linux 下有多種圖形子系統函數庫可供選擇，如Xlib、SDL、Allegro、Mesa3D 和DirectFB 等。其中DirectFB 定位于中高階層的繪圖、游戲應用、STB（Set-Top-Box）、MHP（multi-mediahome platform），支持dev/fb、osx、sdl、x11、/dev/men 等系統，它在嵌入式開發中具有很多優勢：

　　①小巧且移植性好；

　　②支持硬件圖形加速、輸入設備的處理和抽象、無縫整合窗體系統；

　　③獨立的資源管理；

　　④遵循開源許可證。

　　2.2 DirectFB 圖形系統實現圖形加速

　　DirectFB 圖形系統構建在FrameBuffer 圖形引擎之上，是一個完整的硬件抽象層，提供了對每個圖形操作的軟件回饋，由于這一功能還沒有被底層硬件支持，因此需要一種能夠提取圖形的硬件設備的支持。DirectFB 體系結構如圖1 所示，DirectFB 圖形芯片驅動程序訪問顯存映射的圖形處理器I/O端口向圖形處理器提交命令，即實際的硬件加速的啟動是在用戶空間完成的。

　　FrameBuffer是內核中的一種驅動程序接口，它將顯示設備抽象為幀緩沖區，用戶可以將它看成是顯示內存的一個映像，將其映射到進程地址空間直接進行讀寫操作，而讀寫操作可以立即反映到屏幕上。DirectFB 作為抽象層可以直接訪問FrameBuffer，對它進行顯卡工作模式（分辨率，顏色深度，時序），映射顯存等設置，并在其上直接輸出圖形。這種在內核級實現圖形的方案加快了顯示速度，節省了系統資源，從而提高效率。

　　2.3 DirectFB 在嵌入式系統上的移植

　　Directvcn 依賴DirectFB 庫實現功能，需要對DirectFB 進行移植。DirectFB 的交叉編譯條件是在Linux 內核2.2 以上，并運行幀緩沖（Framebuffer），以及必要的依賴庫，比如zlib、libjpeg、libpng、freetype 等。完成設計的軟件開發環境是：

　　Ubuntu8.04 操作系統，嵌入式Linux 開發環境。使用ELDK4.1交叉編譯器。步驟如下：

　　（1） 從http://www.directfb.org/downloads/Core/獲取源代碼DirectFB-1.2.5.tar.gz 并解壓。

　　（2）交叉編譯依賴庫并安裝到指定路徑下：

　　-prefix=/usr/local/arm/eldk-4.1/usr/bin/arm-linux

　　（3）設置交叉編譯環境變量，如PREFIX、LDFLAGS、CFLAGS、PKG_CONFIG_PATH 等路徑，配置并交叉編譯DirectFB-1.2.5。

　　（4） 在rootfs/etc 下為directvnc 編輯配置文件directfbrc，內容如下：

　　編譯之前，去掉Makefile 中OMAP 驅動的編譯，由于它是TI 的OMAP 系列CPU 專用的，在此包中缺少頭文件，會引起編譯錯誤。#make #make install 編譯成功后在/usr/directfb 下會生成圖形支持庫的相關文件包。

　　3 嵌入式遠程桌面控制的實現

　　3.1 Directvnc 及其功能框圖

　　Directvnc 應用VNC 服務器所使用的遠程幀緩沖協議（RFB）。其協議消息分為3 個階段：握手、初始化和協議交互。

　　最初的握手階段主要是對協議版本、像素數據的格式和編碼類型進行協商。第二步對報文初始化，主要是本客戶端和服務器端初始化消息。最后是正常的信息交互階段，客戶端發送請求，服務器端響應并送回結果。所有的消息都由一個消息類型字節和詳細的消息數據組成。因此Directvnc 的運行流程大致可以分為登陸服務器，初始化連接，信息交互和退出4部分。如圖2 所示。

　　3.2 Directvnc 的移植

　　DirectVNC系列的configure沒考慮做移植的配置，所以有些依賴庫的路徑需要改正。比如libjpeg，它會默認使用系統/usr/lib 下的庫。同理需要指定頭文件：Xmd.h、keysymdef.h、jpeglib.h、jconfig.h、jmorecfg.h，或者直接從系統中復制過來。當然也可以寫一個用于交叉編譯的Makefile。由于版本不同數據定義更新，需要注意的是dfb.c 文件的第33 行：DFBCard-Capabilities caps 應修改成DFBGraphicsDeviceDescription caps；RFB 輸入協議是基于鍵盤和多鍵鼠標設備的標準共站類型，輸入事件也可以由其它非標準I/0 設備產生，由于本系統采用觸摸屏輸入實現控制，因此可以注釋掉69-70 行：

　　4 結語

　　DirectFB 在嵌入式系統中的應用，充分利用了圖像加速功能，減輕了CPU 的數據處理負擔，提高了系統性能。隨著其廣泛的應用，嵌入式GUI 的性能也將得到提高。嵌入式遠程桌面控制系統平臺性能的優化方面有如下可行的改進方向：對硬件加速進行優化，即將加速模塊從用戶空間移到硬件的驅動中，GUI 中只需要用統一的接口調用硬件加速功能，同時在GUI 中添加對顯卡芯片未提供的加速功能的軟件實現，這樣簡化了GUI 維護，提高了系統的性能。對RFB 安全機制進行改進，即利用OpenSSL 密碼算法函數庫實現安全通信通道，或者在正常的協議交互中對輸入輸出數據進行算法簡單高效的加密。