在控制台（帧缓冲区）中绘制字符的最快方法？

Question

在基于帧缓冲区的控制台中渲染字符的最快方法是什么？我使用的是 XNU 发行版中的 iso_font.h 字体。

现在我正在使用这段代码来渲染一个字符，但它似乎不太有效：

px = px* ISO_CHAR_WIDTH;
py = py* (ISO_CHAR_HEIGHT-1);

for (int i = 0; i < 15; i += 1) 
{
    int sym = iso_font[c*16+i];

    int x = px;
    int y = py + i;

    for (int ii =0; ii < 8; ii++) 
    {
        x+=1;
        if ((sym & (1 << ii)))
        {
            fb_set_px(x,y,fg);
        }
        else 
        {
            fb_set_px(x,y,bg);
        }

    }   
}

而且我也想知道这段代码是否可以简化：

void fb_set_px(x,y,hex){
    void*ptr = ((_base + (_bpr*y) + (_bpe*x)));
    unsigned int *p = (unsigned int *) ptr;
    *p=hex;
}

它在行太多的情况下还不错我需要重新绘制整个控制台（滚动），此时会出现明显的延迟。

Answer 1

我想到了一些事情（这让我回到了旧的 DOS 时代！）：-

1）使用增量寻址来写入像素：

  p = calculate address of x,y
    for line = 0 to 15
      for column = 0 to 7
        write to p
        increment p
      end
      p += stride - 8 (stride = distance in memory between vertically adjacent pixels)
    end

2）消除内循环中的 if：

 draw pixel (fg + (bg - fg) & (((sym >> column) & 1) - 1)

3）使用操作系统的任何帮助。例如，这可能是硬件加速。

4）滚动时，不要重新绘制所有字符，只需移动屏幕上剩余的部分即可。例如，从第 1 行到第 0 行执行 memmove，行数为 - 1。然后清除暴露区域。

|-------|                             |-------|                      |-------|
|.......|                             |@@@@@@@|                      |@@@@@@@|
|@@@@@@@| scroll up a line => memmove |#######| then clear => memset |#######|
|#######|                             |#######|                      |       |
|-------|                             |-------|                      |-------|

Answer 2

通常，大多数硬件帧缓冲区（例如 VGA 帧缓冲区）都具有硬件滚动功能。不仅如此，一些帧缓冲区（不幸的是不是 VGA 字符控制台）将“环绕”，这意味着当您写入帧缓冲区的最后一个字节（或位），然后再次写入第一个字节时帧缓冲区的字节（或位），这些字节将作为屏幕上的下一行出现在硬件中。因此，您可以执行以下操作：

1. 完成后，使用帧缓冲区的硬件滚动功能滚动到下一行。这意味着您将首先清除帧缓冲区的下一行，在该行上写入所需的字符，然后将帧缓冲区起始行指针加一。然后，这将“显示”为好像帧缓冲区已向下滚动一行。当到达帧缓冲区内存的末尾时，保持相同的过程继续，但您要清除的下一行将是帧缓冲区内存中的第一行。然后，您将继续增加帧缓冲区的起始地址（这仍然指向帧缓冲区内存末尾附近的某个位置），直到它也指向帧缓冲区内存中的最后一行，此时然后你将回到内存中的第一行。
2. 如果您的帧缓冲区仍然是多页的，但没有环绕功能（如 VGA 字符控制台），则保留指向帧缓冲区开头的指针，当您到达最后一个“页面”时“在内存中，使用memcpy()将内存中的最后一页复制到内存中帧缓冲区的第一页中......完成该步骤后，保持相同的页面-滚动例程，您可以清除下一行，然后增加帧缓冲区的起始行指针以产生向上滚动一行的错觉。页面复制将比迄今为止使用的所有其他硬件页面滚动慢一点，但是 memcpy() 非常高效，特别是如果您使用更大的内存一次复制多个字节。内存类型类似于 long 而不是 char。

接下来，就您的访问函数 fb_set_px 而言，我会 1) 使其在头文件中内联，以便避免需要使用的实际函数调用的开销堆栈来设置激活帧，2）您可以使用帧缓冲区只是一个内存数组这一事实来实际将指针数组映射到表示每个字符的某种struct类型的数据布局frame_buffer（即，某些帧缓冲区有一个字节用于字符，另一个字节用于某些类型的属性，如应用于字符的颜色等）。例如，您可以执行以下操作：

typedef struct frame_buffer_t
{
    unsigned char character;
    unsigned char attributes;
    //add or omit any fields that describe your frame-buffer data-layout
} __attribute__((packed)) frame_buffer_t;

//define as global variable
//make volatile to avoid any compiler re-ordering
unsigned volatile frame_buffer_t* framebuffer[MAX_ROWS_IN_FRAMEBUFFER];

int main()
{
    unsigned volatile frame_buffer_t* temp = global_frame_buffer_start_ptr;

    for (int i=0; i < MAX_ROWS_IN_FRAMEBUFFER; i++)
    {
        framebuffer[i] = temp;
        temp += NUM_COLUMNS;
    }

    //... more code
}

现在您可以简单地将帧缓冲区中的 ax,y 位置寻址为

framebuffer[Y_POS][X_POS].character = SOME_VALUE;