幾秒之后，界面也許才會(huì)亮起，顯示一個(gè)臨時(shí)啟動(dòng)畫面，在初始化過程中閃爍幾下，最后才進(jìn)入真正的應(yīng)用界面。即使在性能很快的系統(tǒng)上，這個(gè)過程依然顯得不穩(wěn)定，因?yàn)閱栴}通常并不在于算力性能，而在于啟動(dòng)期間“誰在控制顯示輸出”。

GraphLab Boot 采用了不同的思路。實(shí)時(shí)核心在上電瞬間就激活顯示器，在 Linux 啟動(dòng)期間持續(xù)維持顯示，并讓 Linux 直接渲染到這條已經(jīng)處于活動(dòng)狀態(tài)的顯示路徑中，而不會(huì)觸發(fā)一次肉眼可見的覆蓋。

根本原因很簡(jiǎn)單：在傳統(tǒng)的嵌入式 Linux 啟動(dòng)流程中，并不存在一個(gè)組件從頭到尾一直擁有顯示控制權(quán)。

即使每個(gè)階段單獨(dú)來看都運(yùn)行正常，它們之間的切換仍然可能帶來黑幀、閃爍，或者與時(shí)序相關(guān)的不穩(wěn)定行為。從工程視角看，這很常見；但從產(chǎn)品視角看，這并不理想。

GraphLab Boot 如何在第一時(shí)間顯示第一個(gè)像素？

在默認(rèn)配置中，這第一幀可以是一個(gè)啟動(dòng)畫面，并帶有可配置的狀態(tài)文本，而不是一張靜態(tài)圖片。顯示出來的消息可以對(duì)應(yīng)真實(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)，例如顯示 pipeline 初始化、切換準(zhǔn)備就緒，或 Linux DRM 的關(guān)鍵里程碑，同時(shí)又能針對(duì)不同項(xiàng)目做定制。

如果項(xiàng)目需求不止于啟動(dòng)畫面，GraphLab 還可以把實(shí)時(shí)核心階段的渲染擴(kuò)展成更豐富的早期 UI，包括動(dòng)畫、文字、圖片以及來自 I2C、SPI、CAN 等外設(shè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。不過文中強(qiáng)調(diào)，這類能力目前應(yīng)被視為 GraphLab 提供的項(xiàng)目級(jí)擴(kuò)展，而不是今天就能由客戶自助啟用的標(biāo)準(zhǔn)功能。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是向 Linux 圖形棧切換的過程。在傳統(tǒng)方案中，Linux 會(huì)接管顯示pipeline，重新初始化 DRM 狀態(tài)，而控制權(quán)變更期間很容易出現(xiàn)可見的熄屏或空白。

在 Torizon 環(huán)境中，Linux 圖形棧、合成器和 UI 容器仍然可以在后臺(tái)啟動(dòng)，而用戶可見的輸出始終由實(shí)時(shí)核心控制。只有到了選定的交接點(diǎn)，才會(huì)切換到 Linux 渲染的輸出，因此用戶不需要在屏幕上看到 Linux 啟動(dòng)過程中的中間階段。

Linux UI 如何在沒有可見切換的情況下變得可交互？

這種切換可以通過連續(xù)幀檢測(cè)自動(dòng)發(fā)生，也可以通過一個(gè) sysfs 開關(guān)，由應(yīng)用程序在確認(rèn) Linux 輸出已經(jīng)準(zhǔn)備好時(shí)顯式觸發(fā)。

從用戶視角來看，系統(tǒng)就像是直接啟動(dòng)進(jìn)入應(yīng)用的就緒狀態(tài)。由于底層顯示 pipeline 始終保持活動(dòng)，整個(gè)切換過程可以在沒有可見重置、空白幀或模式切換的情況下完成。

這種“無切換”架構(gòu)是如何工作的？

通俗地說，Linux 并不是把每次顯示更新都通過 Cortex-M 核心“轉(zhuǎn)發(fā)”，從而形成瓶頸。相反，Cortex-M 只負(fù)責(zé)讓顯示引擎保持激活并持續(xù)擁有控制權(quán)，而 Linux 則把內(nèi)容渲染到已經(jīng)連接到活動(dòng)顯示 pipeline 的共享幀緩沖區(qū)中。

隨后，一個(gè)定制 DRM 驅(qū)動(dòng)會(huì)把這條現(xiàn)有顯示 pipeline 暴露給 Linux，但不會(huì)轉(zhuǎn)移其所有權(quán)。Linux 仍然可以通過熟悉的圖形路徑進(jìn)行渲染，只不過它所依賴的顯示 pipeline 從始至終都不需要真正“切換”過來。

啟動(dòng)流程概覽

這里的“零拷貝共享幀緩沖”模型很關(guān)鍵。它避免了為了跨越啟動(dòng)階段而額外進(jìn)行圖像切換或合成，也解釋了為什么整個(gè)切換過程能夠在視覺上保持無縫。

這在 Toradex Verdin iMX8M Plus 上實(shí)際帶來了什么變化？

Linux 仍然運(yùn)行在應(yīng)用處理器核心上，并配合專用 DRM 驅(qū)動(dòng)；與此同時(shí)，GraphLab Boot 與標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)流程并行工作，以保證顯示輸出持續(xù)不斷。

實(shí)際測(cè)試

早期啟動(dòng)：GraphLab Boot 已有可見輸出，而標(biāo)準(zhǔn) Linux 仍是黑屏。

啟動(dòng)中期：GraphLab Boot 持續(xù)顯示受控的進(jìn)度信息，而標(biāo)準(zhǔn) Linux 路徑則在真正應(yīng)用準(zhǔn)備好之前顯示一個(gè) compositor(Weston) 畫面。

應(yīng)用就緒：兩套系統(tǒng)最終都能進(jìn)入 UI，但只有 GraphLab Boot 在整個(gè)過程中始終保持視覺連續(xù)。

在當(dāng)前配置下，GraphLab Boot 能在 800 毫秒內(nèi)顯示第一個(gè)可見像素。

標(biāo)準(zhǔn) Linux 啟動(dòng)在真正 UI 準(zhǔn)備好之前會(huì)出現(xiàn)多個(gè)可見的空白或重置時(shí)刻；而 GraphLab Boot 則在整個(gè)過程中都保持連續(xù)輸出，不會(huì)讓用戶看到顯示被重置。

這種方案的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，是 Linux 側(cè)應(yīng)用開發(fā)方式依然保持不變。GraphLab Boot 改變的是啟動(dòng)過程中顯示 pipeline 的初始化、保護(hù)和顯示方式；它并不要求對(duì) Linux 圖形棧進(jìn)行根本性重寫。

目前這已經(jīng)在 Torizon 的 Demo Gallery 鏡像上完成驗(yàn)證，包括 Qt、Embedded Wizard 和 Crank Storyboard 等示例。這說明現(xiàn)有應(yīng)用框架可以繼續(xù)保留，而 GraphLab Boot 則在底層改善了從啟動(dòng)到 UI 的體驗(yàn)。

工業(yè) HMI 可以從中受益，因?yàn)樗転椴僮鲉T提供即時(shí)反饋，讓啟動(dòng)過程看起來是確定的，而不是“抖動(dòng)、閃屏、像出故障”。醫(yī)療設(shè)備可以從上電到 UI 可用之間獲得更可控、也更容易追蹤的路徑。

在 Toradex Verdin iMX8M Plus 上進(jìn)行實(shí)際評(píng)估時(shí)，可以從 GraphLab 的基礎(chǔ) OS 鏡像開始，再在其上運(yùn)行 Toradex Demo Gallery 項(xiàng)目。

若想進(jìn)一步了解 GraphLab Boot，可訪問 https://graphlab.net/。如果想試用演示，首先需要?jiǎng)?chuàng)建 GraphLab Portal 工作區(qū)，并按照 https://portal.graphlab.net/ 上的入門與技術(shù)文檔操作。如果你需要商業(yè)層面的支持，可通過 graphlab.net 上的 Request Sales Information 流程聯(lián)系；如果需要面向硬件的評(píng)估，則可使用 Request Evaluation Kit 流程進(jìn)入 Toradex 的評(píng)估通道。

結(jié)論

GraphLab Boot 證明了：第一個(gè)像素可以在上電時(shí)就出現(xiàn)；Linux 初始化期間顯示可以始終保持連續(xù)活動(dòng)；真正的應(yīng)用可以在不經(jīng)過破壞性顯示切換的情況下直接呈現(xiàn)出來。

目前，這個(gè)方案的已驗(yàn)證落地點(diǎn)是 Toradex Verdin iMX8M Plus。但相同的架構(gòu)思路并不局限于這一種模塊，它同樣適用于更多基于 i.MX 91、i.MX 93 或 i.MX 95 的 Toradex 平臺(tái)，只是具體如何落地，需要結(jié)合客戶項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)。

FAQ

• ? 是否需要重寫 Linux 側(cè)的圖形框架？ 不需要，至少不“重寫應(yīng)用側(cè)圖形框架”。Linux 側(cè)仍然使用原本的渲染模型；關(guān)鍵變化在于啟動(dòng)期間顯示 pipeline 如何被初始化、保護(hù)、顯示，以及在合適的時(shí)刻切換。

• ? Cortex-M 會(huì)不會(huì)變成每幀渲染瓶頸？ 不會(huì)。Cortex-M 核心不會(huì)成為逐幀渲染瓶頸。它負(fù)責(zé)持續(xù)擁有顯示管線，而 Linux 則把內(nèi)容渲染到仍連接在活動(dòng)輸出路徑上的共享幀緩沖區(qū)中。

• ? 切換到 Linux 輸出的時(shí)機(jī)由什么決定？ 這個(gè)時(shí)機(jī)是可配置的。GraphLab Boot 可以基于連續(xù)幀檢測(cè)自動(dòng)切換，也可以在 Linux 側(cè)應(yīng)用認(rèn)為自己已經(jīng)準(zhǔn)備好時(shí)，通過 sysfs 控制進(jìn)行顯式切換。

• ? Linux 應(yīng)用后續(xù)維護(hù)或崩潰時(shí)還能切回實(shí)時(shí)核心嗎？ 可以。當(dāng) Linux 應(yīng)用需要維護(hù)、重啟或服務(wù)操作時(shí)，渲染路徑可以切回實(shí)時(shí)核心；這有助于在 Linux 已經(jīng)啟動(dòng)之后，依然保持穩(wěn)定的視覺體驗(yàn)。

• ? 現(xiàn)有 UI 框架還能繼續(xù)用嗎？ 可以，這正是它的價(jià)值主張之一?，F(xiàn)有 Linux 側(cè) UI 框架，例如已驗(yàn)證的 Toradex Demo Gallery 中的 Qt、Embedded Wizard 和 Crank Storyboard，都可以繼續(xù)保留，因?yàn)?GraphLab Boot 針對(duì)的是啟動(dòng)期與交接行為，而不是替換上層應(yīng)用框架。

• ? 啟動(dòng)畫面的狀態(tài)文字能動(dòng)態(tài)變化嗎？ 可以。默認(rèn)情況下，GraphLab Boot 顯示的狀態(tài)文字不是靜態(tài)的，而是與真實(shí)的啟動(dòng)和顯示狀態(tài)關(guān)聯(lián)，例如顯示 pipieline 進(jìn)程或 Linux DRM 就緒里程碑。這些可見消息仍然可以通過一套可配置的狀態(tài)到消息映射，按項(xiàng)目需求進(jìn)行定制。

• ? 它能做的不只是 splash screen 嗎？ 可以，但需要注意幾點(diǎn)。默認(rèn)情況下，GraphLab Boot 提供的是帶可定制、狀態(tài)驅(qū)動(dòng)文本的啟動(dòng)畫面。再往上擴(kuò)展，GraphLab 在實(shí)時(shí)核心側(cè)具備內(nèi)部工程能力和渲染基礎(chǔ)，可將早期顯示體驗(yàn)擴(kuò)展成更豐富的 UI，包括動(dòng)畫、文字、圖片以及實(shí)時(shí)外設(shè)數(shù)據(jù)。不過這屬于 GraphLab 提供的項(xiàng)目定制工程服務(wù)，而不是現(xiàn)成自助開箱功能。

• ? 閃爍是怎么被消除的？ 關(guān)鍵在于避免重復(fù)初始化顯示，并從早期啟動(dòng)開始就維持一個(gè)持久的顯示 pipieline 所有者。Linux 是作為渲染者加入這條已在運(yùn)行的pipieline，而不是通過破壞性的模式切換來奪取控制權(quán)。

• ? 從哪里開始評(píng)估？ 可以從 GraphLab Portal 開始，并按照入門文檔在真實(shí)硬件上探索 GraphLab Boot：https://portal.graphlab.net/