🥇Qt portimine STM32-le

Tere päevast! Meie projektis Embox käivitasime Qt STM32F7-Discovery'l ja tahaksime sellest rääkida. Varasemalt oleme juba rääkinud, kuidas me suutsime käivitada OpenCV.

Qt on platvormidevaheline raamistik, mis sisaldab mitte ainult graafilisi komponente, vaid ka selliseid asju nagu QtNetwork, klassikomplekt andmebaasidega töötamiseks, Qt for Automation (sealhulgas IoT rakendamiseks) ja palju muud. Qt-arendajad on eelnevalt arvestanud Qt kasutamist sisseehitatud süsteemides, seetõttu on raamatukogud üsna hästi konfigureeritavad. Kuid seni on vähe inimesi mõelnud Qt portimisele mikrokontrolleritele, tõenäoliselt seetõttu, et see ülesanne tundub keeruline — Qt on suur, MCU-d on väikesed.

Teiselt poolt, praeguseks on olemas mikrokontrollerid, mis on mõeldud multimeedia töötlemiseks ja ületavad esimesi Pentiume. Umbes aasta tagasi ilmus Qt blogisse postitus. Arendajad tegid Qt porti RTEMS operatsioonisüsteemile ja käivitasid näidendid widget’idega mitmel STM32F7 alusel. See on meid huvitanud. Oli märgatav, ja ka arendajad ise kirjutavad sellest, et Qt aeglustub STM32F7-Discovery'l. Huvitav oli, kas suudame Qt käivitada Embox'is, mitte lihtsalt widget'it joonistada, vaid ka animatsiooni käivitada.

Embox'is on juba ammu portitud Qt 4.8, seega otsustasime seda proovida. Valisime rakenduse moveblocks — näide vedrust animatsioonist.

Qt moveblocks QEMU-l

Esialgu konfigureerime Qt võimalikult vähese komponentide kogumiga, mis on vajalik animatsiooni toetamiseks. Selleks on olemas valik “-qconfig minimal,small,medium …”. See ühendab konfiguratsioonifaili Qt hulgast paljude makrodega — mida sisse lülitada / mida välja lülitada. Pärast seda valikut lisame konfiguratsiooni muid lippe, kui soovime veel midagi lisaks väljalülitada. Siin on näide meie konfiguratsioonist.

Et Qt töötaks, on vaja lisada OS-i ühilduvuskihte. Üks viis on rakendada QPA (Qt Platform Abstraction). Võtsime aluseks juba valmis plugina fb_base, millel põhineb QPA Linuxile. Tulemuseks sai väike plugin emboxfb, mis annab Qt-le Embox'i raamifaili, ja edasi joonistab see juba ilma lisatoetuse vajaduseta.

Nii näeb välja plugina loomine

QEmboxFbIntegration::QEmboxFbIntegration()
    : fontDb(new QGenericUnixFontDatabase())
{
    struct fb_var_screeninfo vinfo;
    struct fb_fix_screeninfo finfo;
    const char *fbPath = "/dev/fb0";

    fbFd = open(fbPath, O_RDWR);
    if (fbFd setPhysicalSize(QSize(fbWidth, fbHeight));
    mScreens.append(mPrimaryScreen);

    this->printFbInfo();
}

Nii siis näeb välja uuendamine

QRegion QEmboxFbScreen::doRedraw()
{
    QVector rects;
    QRegion touched = QFbScreen::doRedraw();

    DPRINTF("QEmboxFbScreen::doRedrawn");

    if (!compositePainter) {
        compositePainter = new QPainter(mFbScreenImage);
    }

    rects = touched.rects();
    for (int i = 0; i drawImage(rects[i], *mScreenImage, rects[i]);
    }
    return touched;
}

Kokkuvõttes, kui kompilatsiooni optimeerimise võimaluse kasutamine on mälu suuruse jaoks -Os, sai raamatukogu pilt suuruseks 3.5 MB, mis ei mahtunud STM32F746 põhimuutujasse. Kuidas me juba mainisime meie teises artiklis OpenCV kohta, on selles plaadis olemas:

1 MB ROM
320 KB RAM
8 MB SDRAM
16 MB QSPI

Kuna OpenCV jaoks oli juba lisatud tugi QSPI's koodi täitmiseks, otsustasime alustada sellest, et laadisime Emboxi pildi koos Qt-ga täielikult QSPI'sse. Ja hoor, kõik peaaegu kohe käivitati QSPI's! Kuid nagu OpenCV puhul, selgus, et see töötas liiga aeglaselt.

Seetõttu otsustasime teha nii - kõigepealt kopeerime pildi QSPI-sse, siis laadime selle SDRAM-i ja töötame sealt. SDRAM-is on veidi kiiremini, kuid see on endiselt kaugel QEMU-st.

Edasi oli idee lisada ujuvpunkt - kuna Qt teeb mõningaid arvutusi ruutude koordinaatide osas animatsioonis. Proovisime, kuid siin ei saanud me nähtavat kiirendust, kuigi Qt arendajad väitsid, et FPU toob „liigutamise animatsioonis” puutetundlikul ekraanil märkimisväärse kiirusetõusu. Võimalik, et liikuvates plokkides on ujuva punktiga arvutusi oluliselt vähem ja see sõltub konkreetsest näitest. artiklis Nii et mingil määral oli saavutamisel nurgakiviks. Kaks inimest üritas välja selgitada, kus meie hoone näeb välja, kuid me ei jõudnud lepinguni samal ajal.

Kõige tõhusam idee osutus olema raamifaili liigutamine SDRAM-ist sisemälu. Selleks muutsime ekraani mõõdud 480×272-lt 272×272-le. Veel vähendasime värvide sügavust A8R8G8B8-lt R5G6B5-le, vähendades seega ühe pikseli suurust 4-lt 2 baidini. Saime raamifaili suuruse 272 * 272 * 2 = 147968 baidi. See andis märgatava kiirusel tüübi, tõenäoliselt kõige märgatavama, animatsioon muutus peaaegu sujuvaks.

Viimane optimeerimine oli Emboxi koodi täitmine RAM-ist ja Qt SDRAM-ist. Selleks sidusime esmalt nagu tavaliselt Emboxi koos Qt-iga staatiliselt, kuid paigutasime jälgimis-, rodata-, data- ja bss-segmendid QSPI-sse, et hiljem kopeerida need SDRAM-i.

section (qt_text, SDRAM, QSPI)
phdr	(qt_text, PT_LOAD, FLAGS(5))

section (qt_rodata, SDRAM, QSPI)
phdr	(qt_rodata, PT_LOAD, FLAGS(5))

section (qt_data, SDRAM, QSPI)
phdr	(qt_data, PT_LOAD, FLAGS(6))

section (qt_bss, SDRAM, QSPI)
phdr	(qt_bss, PT_LOAD, FLAGS(6))

Emboxi koodi täitmine ROM-ist andis samuti märgatava kiirusel tüübi. Lõpuks jäi animatsioon piisavalt sujuv:

Juba lõpupoole, artiklit ette valmistades ja erinevaid Embox’i konfiguratsioone proovides, selgus, et Qt moveblocks töötab suurepäraselt ka QSPI-st raamifailiga SDRAM-is, ja kitsaskohaks oli just raamifaili suurus! Tundub, et algse 'slaidshow' ületamiseks piisab kahekorra kiirusest tavalise raamifaili suuruse vähendamise kaudu. Ainult Emboxi koodi liigutamine erinevatesse kiiretesse mäludesse ei andnud sellist tulemust (kiirus tõusis mitte 2, vaid umbes 1.5 korda).

Kuidas ise proovida

Kui Teil on STM32F7-Discovery, saate ise Qt-d Emboxi all käivitada. Kuidas see toimub, saate lugeda meie wiki.

Kokkuvõte

Lõpuks õnnestus meil Qt käivitada! Probleemi keerukus on meie arvates veidi liialdatud. Loomulikult tuleb arvesse võtta mikrokontrollerite eripära ja üleüldiselt mõista arvutisüsteemide arhitektuuri. Optimeerimise tulemused tõestavad tuntud fakti, et arvutisüsteemi kõige kitsam koht pole mitte protsessor, vaid mälu.

Sel aastal osaleme festivalil TechTrain. Seal räägime ja näitame podroobneje Qt-t, OpenCV-d mikrokontrollerites ja muid meie saavutusi.

Allikas: habr.com