引言
在“軟件變服務”的背景下,，通過網(wǎng)絡提供服務，即網(wǎng)絡計算,，占據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)便捷的移動桌面效果,，本文提出一種基于嵌入式系統(tǒng)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(xiàn)的,，由于Directvnc 與其它Unix 系統(tǒng)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(jié)省系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)和PDA 等環(huán)境下是非常有效的,。
1 網(wǎng)絡計算模式的實現(xiàn)
1.1 網(wǎng)絡計算模式
系統(tǒng)的實現(xiàn)基于網(wǎng)絡計算模式（virtual network computing,，VNC），該模式由VNC 服務器,、RFB（遠程幀緩存） 協(xié)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(wǎng)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(tǒng)和開發(fā)系統(tǒng),。系統(tǒng)通信通過RFB 協(xié)議來完成,，RFB是一個架構在TCP/IP上遠程圖形用戶的簡單協(xié)議，通過TCP/IP 協(xié)議簇連接,，是基于字節(jié)流或消息的可靠傳輸,。它是真正的瘦客戶協(xié)議。
1.2 基于RFB 的瘦客戶端實現(xiàn)
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(tǒng),，例如：X11，Windows 和Mac 系統(tǒng),，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(huán)境,。
在協(xié)議的設計上，對客戶端的任務實現(xiàn)也盡可能的簡單,，這體現(xiàn)在：
?。?）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(shù)據(jù)?？蛻舳擞嬎愫唵?、平臺獨立性好。
?。?）系統(tǒng)最初握手階段對像素數(shù)據(jù)格式和編碼類型協(xié)商的設計,。
像素格式涉及如何通過像素值來實現(xiàn)不同顏色的重現(xiàn)，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(shù)據(jù)存儲所用的格式,，定義了像素在內(nèi)存中的編碼方式。
?。?）編碼方式,。
編碼是根據(jù)一定的協(xié)議或格式把模擬信息轉(zhuǎn)換成比特流的過程。在RFB 協(xié)議中,，編碼就是將每一個矩形像素點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jīng)過此編碼方式編碼的數(shù)據(jù)本身,。RFB 協(xié)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?yōu)樽烂嫣峁┳詈玫膲嚎s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(xié)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(xiàn)網(wǎng)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(xiàn)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(qū)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(fā)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(qū)域上的更新往往非常頻繁,，這樣如果網(wǎng)絡非常慢或者客戶端處理能力不強時，客戶端驅(qū)動的更新機制使得客戶端的顯示質(zhì)量可以得到調(diào)整,。
總之,，在網(wǎng)絡計算模式下，RFB協(xié)議盡可能地減少終端資源占用并提高網(wǎng)絡利用率,，基本提供了一個比較瘦的客戶端,。
2 DirectFB 圖形系統(tǒng)
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(fā)的小巧,、強大,、靈活和易于使用的圖形系統(tǒng)，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(tǒng)函數(shù)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(tǒng),，它在嵌入式開發(fā)中具有很多優(yōu)勢：
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?、谥С钟布D形加速,、輸入設備的處理和抽象,、無縫整合窗體系統(tǒng)；
?、郦毩⒌馁Y源管理,；
④遵循開源許可證,。
2.2 DirectFB 圖形系統(tǒng)實現(xiàn)圖形加速
DirectFB 圖形系統(tǒng)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(qū)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(nèi)核中的一種驅(qū)動程序接口,，它將顯示設備抽象為幀緩沖區(qū),，用戶可以將它看成是顯示內(nèi)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(nèi)核級實現(xiàn)圖形的方案加快了顯示速度，節(jié)省了系統(tǒng)資源,，從而提高效率,。
2.3 DirectFB 在嵌入式系統(tǒng)上的移植
Directvcn 依賴DirectFB 庫實現(xiàn)功能，需要對DirectFB 進行移植,。DirectFB 的交叉編譯條件是在Linux 內(nèi)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(fā)環(huán)境是：
Ubuntu8.04 操作系統(tǒng),，嵌入式Linux 開發(fā)環(huán)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,。
?。?）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(huán)境變量,，如PREFIX,、LDFLAGS、CFLAGS,、PKG_CONFIG_PATH 等路徑,，配置并交叉編譯DirectFB-1.2.5。
?。?） 在rootfs/etc 下為directvnc 編輯配置文件directfbrc,，內(nèi)容如下：
編譯之前，去掉Makefile 中OMAP 驅(qū)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(xiàn)
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(xié)議（RFB）。其協(xié)議消息分為3 個階段：握手,、初始化和協(xié)議交互,。
最初的握手階段主要是對協(xié)議版本、像素數(shù)據(jù)的格式和編碼類型進行協(xié)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(fā)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(jié)和詳細的消息數(shù)據(jù)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(tǒng)/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(tǒng)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(shù)據(jù)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?yún)f(xié)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(chǎn)生,，由于本系統(tǒng)采用觸摸屏輸入實現(xiàn)控制,，因此可以注釋掉69-70 行：
4 結語
DirectFB 在嵌入式系統(tǒng)中的應用，充分利用了圖像加速功能,，減輕了CPU 的數(shù)據(jù)處理負擔,，提高了系統(tǒng)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(tǒng)平臺性能的優(yōu)化方面有如下可行的改進方向：對硬件加速進行優(yōu)化，即將加速模塊從用戶空間移到硬件的驅(qū)動中,，GUI 中只需要用統(tǒng)一的接口調(diào)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(xiàn)，這樣簡化了GUI 維護,，提高了系統(tǒng)的性能,。對RFB 安全機制進行改進，即利用OpenSSL 密碼算法函數(shù)庫實現(xiàn)安全通信通道,，或者在正常的協(xié)議交互中對輸入輸出數(shù)據(jù)進行算法簡單高效的加密,。