- 基于gnuboy虚拟机的嵌入式实验平台的移植与优化

　　提供Framebuffer支持

　　Framebuffer技术提供了一个访问物理图形设备的定义良好的接口,本文构建的平台下采用的是Qt系统的嵌入式版本,它是基于Framebuffer的, Gnuboy要在该平台下运行,必须提供对Framebuffer的支持。通过访问/dev/ fb0来取得系统framebuffer中用于显示图像的数据和进行处理。在Gnuboy中调用游戏画面的Framebuffer地址和扫描方法也需要作响应的修改。

　　修改Framebuffer地址,也就是获得游戏画面的开始地址在内存中的位置。针对采用的LCD 的分辨率, 需要在Gnuboy中计算Framebuffer地址处做出相应修改。对于本平台中采用的LCD, Gnuboy刷新处理方法是从第一行开始,逐行刷新,同时由于一个像素采用两个字节,因此在逐行刷新时,每次写两个字节。

　　数据存储格式和字符串到64位整数转换

　　在ARM Linux下可配置成大数端或者小数端格式来保存和处理整数数值,在Gnuboy中与数值存储字节顺序有关的代码需要与之对应。

　　Linux明显缺乏用来把整数字符串转换为64位整数的函数,如果字符串参数突破32位的极限,就有可能出问题,因此在Gnuboy需要提供字符串到64位整数的的转换函数。

　　设置启动模拟器路径和编译

　　在用户已经选择好游戏Rom,点击launch simulator按钮触发启动模拟器,进入游戏功能,因此在Gnuboy代码中需要获得rom的绝对路径,由于QT操作系统无法在代码中直接运行qtop iagnuboy命令,因此需要给出该可执行文件的绝对路径。

　　源代码修改好以后,在Makefile中设定交叉编译器: CC= arm - linux - gcc, CXX = arm - linux - g + +。编译时要用到针对ARM的函数库可以把函数库放在一个自己建的一个目录,为了让gcc 在搜索函数库时到指定的目录中寻找,可在Makefile的通过- L参数添加存放针对ARM函数库的目录。例如QTOP IA L IBS = - L $(QPED IR) / lib。

　　经过交叉编译后把得到的可执行文件qtop iagnuboy和qtop iagnuboyl烧到嵌入式系统中可以运行,然后不足之处是画面速度有些慢,这正是下面优化要研究的问题。

　　Gnuboy在ARM Linux下的优化

　　优化概述

　　如果说CISC的指导思想之一是为了减轻编译的负担,R ISC则向编译提出了更高的要求,ARM作为一种R ISC体系结构,优化问题显得非常重要。从图4 的抽象层次可以知道,对Gnuboy的优化问题,概括来说是对它一些抽象代码进行硬件相关代码替代的过程,并且越是底层的代码,速度越快,这里直接用ARM汇编语言来改写一些原来的C函数。前面的移植运行结果已经显示, Gnuboy的图像显示较慢。它的函数void lcd refreshline ( )的主要功能是使用已经解码好的图像数据来完成游戏画面的显示。对它的优化主要是对它里面调用的两个用C语言所写函数updatepatp ix ( )和bg scan color ( )函数的优化。

　　本文采用了与机器相关优化的优化技术,与机器相关的优化这里主要是寄存器分配问题,一般寄存器分配算法是基于一种称为图着色技术的。给定一个无向图G= (V , E ) ,V 是有限节点的集合,V = { v 1, v 2, ., v n} , E是边的集合, E = { ( i, j ) | v i∈V , v j∈V , v i和v j相连} , 图着色问题要求找到一个k尽量小的所有节点的赋值(也称“完全赋值”) C: V — > {1.k } , 要求在该完全赋值中, 若( i,j ) ∈E , 则C ( v i) ≠C ( vj) 。

　　简化的图着色技术应用

　　针对本文的优化,第一阶段是把C函数用伪ARM汇编指令(即用符号寄存器Ui替代真正ARM寄存器的ARM指令)改写。

　　第二阶段对符号寄存器U1～Un ( n > 15)画出相干图并进行着色,所谓对图进行着色是指给图中的每个结点赋予一种颜色,而且所有相邻的两个结点都具有不同的颜色。这样,每种颜色就对应于处理器中的一个实际的物理寄存器,如此着色保证了所有可能发生冲突的符号寄存器都被赋予不同的物理寄存器。

　　假设n + 1个符号寄存器的相干图如图5 ( a)所示,其中结点是符号寄存器,而结点之间的弧线表示变量的生命周期有重叠,最少需要16种颜色才能避免相连结点颜色有重叠。由于ARM920T只有r0～r14等15个寄存器可用于存储程序变量,小于16,也就是存在寄存器冲突问题,这个时候就可以通过选择删除一个结点(如图中Un + 1) ,也就是把U6对应的数据存储到存储器中,以后再重装入寄存器来达到对各寄存器进行释放的目的,见图5 ( b)所示,虚线圆圈表示符号寄存器U16对应的数据转存到存储器中。

　　

 

　　用上面介绍的方法对updatepatp ix和bg scan color函数进行处理,得到的ARM汇编函数,用它们替换掉gnuboy源代码中原先的C函数并进行编译生成可执行文件,可执行文件在构建的测试板上运行良好。下面对上面提到的优化来进行一些测试。

　　测试评估

　　用CodeWarrior forARM Developer Suite和AXD Debugger软件测试优化前后函数的运行时间,结果如表1所示。图着色技术强调实现活跃变量的100%分配,并且代码需要寄存器数量越多,优化效果越明显,这从updatapatp ix和bg scan color函数的优化中可以看出(前者代码较后者复杂,需要存放的临时变量也多) 。进一步优化gnuboy,可用类似的方法替换源代码的另外一些影响速度较大的函数。

　　

 

　　总结

　　本文构建了一个基于ARM920T嵌入式Linux的实验平台环境, gnuboy作为一种虚拟机,应用到这样的嵌入式环境中遇到的问题具有一定的代表性,最需要解决的问题是速度问题,针对于此,本文实现了它在所构建的平台上的移植和一些优化研究。