Qt portimine STM32-le

Tere! Meie projektis Embox oleme käivitanud Qt STM32F7-Discovery'l ja soovime sellest rääkida. Varem oleme juba jaganud, kuidas meil õnnestus OpenCV.

Qt on platvormidevaheline raamistik, mis hõlmab mitte ainult graafilisi komponente, vaid ka selliseid asju nagu QtNetwork, andmebaasidega töötamise klasside kogum, Qt for Automation (sealhulgas IoT rakendamiseks) ja palju muud. Qt meeskonna arendajad on ette näinud Qt kasutamise sisseehitatud süsteemides, seega on raamatukogud üsna hästi konfigureeritavad. Siiski on kuni viimase ajani vähe inimesi mõelnud Qt portimisele mikrokontrolleritele, ilmselt seetõttu, et selline ülesanne tundub keeruline — Qt on suur, MCU-id on väikesed.

Teiselt poolt, hetkel on olemas mikrokontrollerid, mis on mõeldud multimeedia töötlemiseks ja ületavad esimesi Pentiume. Umbes aasta tagasi ilmus Qt blogisse post. Arendajad lõid Qt sadama RTEMS jaoks ja käivitasid vidinatega näidendeid mitmetel STM32F7 platvormidel. See tõmbas meie tähelepanu. Oli märgatav, ja ka arendajad ise kirjutavad sellest, et Qt jääb STM32F7-Discovery puhul aeglaseks. Meie said huvitavaks, kas suudame Qt-d Emboxis käivitada, mitte lihtsalt vidinat joonistada, vaid ka animatsiooni alustamiseks.

Emboxis on pikka aega olnud portitud Qt 4.8, seega otsustasime proovida seda. Valisime rakenduse moveblocks — näite vedrulikust animatsioonist.

Qt moveblocks QEMU-s

Alustuseks konfigureerime Qt võimalikult väheste komponentidega, mis on vajalikud animatsiooni toetamiseks. Selleks on olemas valik "-qconfig minimal,small,medium …". See ühendab konfigureerimisfaili Qt koostisosade seast, kus on palju makrosid — mida sisse lülitada / mida välja lülitada. Pärast seda valikut lisame konfiiguratsioonile teisi lippe, kui soovime veel midagi täiendavalt välja lülitada. Siin on näide meie konfigureerimisest.

Qt tööle saamiseks tuleb lisada ühilduvuskiht operatsioonisüsteemiga. Üks võimalus on rakendada QPA (Qt Platform Abstraction). Aluseks võeti juba olemasolev fb_base plugin, millele toetub QPA Linuxile. Tulemuseks on väike emboxfb plugin, mis pakub Qt-le Emboxi raamibufferit, ning seejärel joonistab see sinna juba iseseisvalt.

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 see näeb välja, kui taaskäivitamine toimub

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 kompressioon on lubatud -Os, sai teegi pilt 3,5 MB, mis ei mahutu STM32F746 peamisse mällu. Nagu juba meie teises artiklis OpenCV kohta kirjutatud, on sellel plaadil:

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

Kuna OpenCV jaoks on lisatud tugi koodi täitmiseks QSPI-st, otsustasime alustada sellega, et laadisime Emboxi pildi Qt-ga täielikult QSPI-sse. Ja hurraa, kõik käivitus peaaegu kohe QSPI-st! Kuid nagu OpenCV puhul, ilmnes, et kõik töötab liiga aeglaselt.

Seetõttu otsustasime teha nii - esmalt kopeerime pildi QSPI-sse, seejärel laadime selle SDRAM-i ja käivitame sealt. SDRAM-is oli pisut kiiremini, kuid ikkagi kaugel QEMU-st.

Järgmine idee oli lubada ujukoma - kuna Qt teeb animatsiooni ruutude koordinaatide arvutamiseks mõningaid arvutusi. Proovisime, kuid siin ei saanud nähtavat kiirendust, kuigi artiklis Qt arendajad väidavad, et FPU toob „puutetundlikul ekraanil” „dragging animation” jaoks kaasa märkimisväärse kiirusetõusu. Võimalik, et moveblocks'i puhul on ujukomaga arvutamisi oluliselt vähem, mis sõltub konkreetsetest näidetest.

Kõige efektiivsemaks osutus mõte viia framebuffer SDRAM'ist sisse*mällu. Selleks muutsime ekraanide suurused 480×272 asemel 272×272-ks. Samuti vähendasime värvisügavust A8R8G8B8-lt R5G6B5-ks, vähendades seega ühe pikseli suurust 4 baitist 2 baitini. Saime framebuffersuuruseks 272 * 272 * 2 = 147968 baiti. See andis märkimisväärse kiirusetõusu, mis oli tõenäoliselt kõige silmatorkavam, ning animatsioon muutus peaaegu sujuvaks.

Viimane optimeerimine oli Emboxi koodi täitmine RAM-is ja Qt SDRAM-is. Selleks lingime kõigepealt Emboxi koos Qt-ga staatiliselt, kuid paigutame teeki segmentide text, rodata, data ja bss QSPI-sse, et seejärel SDRAM-i kopeerida.

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))

Embox'i koodi täitmise tõttu ROM-is saime samuti tajutava kiirusetõusu. Tulemuseks oli animatsioon, mis osutus piisavalt sujuvaks:

Artikli ettevalmistamise ja erinevate Embox'i konfigureerimiste proovimise käigus selgus, et Qt moveblocks töötab suurepäraselt ka QSPI kaudu SDRAM-i kaadrimälu abil, kuid kitsaskohaks oli tõepoolest kaadrimälu suurus! Ilmneb, et algse 'slaidishow' ületamiseks piisab kahe kiire tõusu saavutamisest kaadrimälu suuruse lihtsa vähendamise tõttu. Sellist tulemust, viies ainult Embox'i koodi kiiremasse mälu, ei õnnestunud saavutada (kiirus kasvas mitte 2, vaid umbes 1.5 korda).

Kuidas ise proovida

Kui teil on STM32F7-Discovery, saate Qt'i Embox'i all ise käivitada. Selle kohta saate lugeda meie vikis.

Kokkuvõte

Lõpuks õnnestus meil Qt käivitada! Ülesande keerukus on meie arvates pisut ülehindatud. Loomulikult on oluline arvestada mikrokontrollerite spetsiifikat ja mõista arvutusprogrammide arhitektuuri. Optimeerimise tulemused näitavad tuntud fakti, et kõige kitsam koht arvutisüsteemis ei ole protsessor, vaid mälu.

Sel aastal osaleme festivalil TechTrain. Seal räägime ja näitame lähemalt Qt, OpenCV mikrokontrolleritel ja muid meie saavutusi.

Allikas: habr.com