基于Linux系统的USB显卡多用户平台开发

【摘要】自上个世纪九十年代以来,Linux系统得到了快速的发展,由于Linux继承了UNIX的以网络为核心的设计思想,采用模块化的设计结构,使得Linux取得了广泛的应用。于此同时,计算机硬件也取得了飞速的发展,但对于普通用户来说,很容易会产生硬件资源的剩余。比如像在学校阅览室或者是多媒体教室,满足用户使用需求需要的硬件资源极其有限,而为每个用户配备单独的计算机设备势必会造成资源的浪费；而对于偏远地区的学生来说,为每一位学生去配备计算机对于地方条件来说也是很大的负担。基于Linux系统的USB显卡多用户平台技术,可使一台电脑同时支持多个用户独立使用。每个用户各自配备一台显示器、键盘和鼠标,这些设备通过USB显卡与主机连接,用户登录自己的账户独立地使用计算机资源。USB显卡多用户平台显著的降低了硬件成本、维护成本以及电力消耗。本文涉及的基于Linux系统的USB显卡多用户平台开发主要工作流程包括：根据项目定义确定USB显卡的整体实现方案；USB显卡设备在Linux系统下的Xorg驱动模块和内核驱动模块设计；搭建多用户平台安装驱动程序进行系统调试；小批量试产然后量产等几个阶段。具体工作内容分为以下几个方面：首先,根据产品定义书列出项目需求,根据现有的平台确认性价比较高的硬件和驱动的设计方案,再根据方案确认显卡芯片和USB芯片,通过查阅datasheet确认硬件指标是否满足系统需求；其次,分析XWindow系统版本,提出了基于Linux系统X窗口系统协议的USB显卡Xorg驱动函数,满足了X窗口系统的规范要求,并在Linux系统下USB显卡多用户平台上验证了Xorg驱动函数的有效性；分析Linux系统Framebuffer结构和实现原理以及USB驱动实现形式,通过利用帧缓冲设备Framebuffer驱动接口,用户态进程XServer可以将Framebuffer看成是显示内存的一个映像,将其映射到进程地址空间之后,通过对Framebuffer的读写,相当于完成了对显卡硬件设备的操作,转化到内核态,内核驱动模块实现了对底层USB显卡硬件的控制；最后,进行基于Linux系统的USB显卡驱动编译、安装和调试。通过设置函数断点,跟随功能函数,验证了USB显卡用户平台与Linux主机之间的通信。本项目基于Linux系统平台,该项目实现了对于USB显卡设备在Linux系统上的Xorg驱动模块编写和内核驱动模块的设计,使得多用户平台稳定可靠。对于驱动模块,用户态进程X窗口系统的操作,可以由Xorg驱动模块转化为对Framebuffer操作,使得进程由用户态转化为内核态,通过内核驱动完成对底层硬件操作。最后介绍了GDB调试的方法及过程。目前该项目即将进入量产阶段。
【作者】王友朋；
【导师】陈亮；
【作者基本信息】东华大学，控制工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】Linux；USB显卡；XWindow系统；Framebuffer；多用户平台；

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