[3주차 과제] About LibreScoot 박태춘

[tcpark11]

[개요]

ThorVG 채택 사례 중, LibreScoot 을 조사하기로 했습니다.

평소 모빌리티 SW 산업에 관심이 있기도 했고,

간단한 AI 브리핑 결과

1. GPU가 없는 임베디드 환경
2. ThorVG 의 동적 링킹 ( Godot 등 다른 대표적인 사례 들은 전부 정적 링킹을 한다고 하더라구요 )

이라는 점에서 ThorVG 의 경량성에 대해 집중하여 알아볼 수 있겠다 생각해서 채택했습니다 .

[ LibreScoot 이란 ? ]

LibreScoot은 독일 스타트업 unu가 개발하던 unu Scooter Pro(전기 스쿠터) 용도의 오픈소스 펌웨어 입니다.
unu가 2023년 사업을 철수하며 수 천 대의 스쿠터가 클라우드 서비스 단절로 이용하지 못할 상황에 처하자 오픈소스 커뮤니티가 이 하드웨어를
계속 구동시키기 위해 개발하고 보급한 펌웨어 SW 입니다.

unu Scooter Pro 의 하드웨어 구성은 아래와 같습니다.

• MDB (Main Dashboard Board) — NXP i.MX6UL. 차량 제어 로직(배터리, 알람, ECU, GPS 등)을 담당.
• DBC (Dashboard Computer) — NXP i.MX6DL. 480×480 원형 터치스크린이 붙은, 사용자에게 보이는 컴퓨터.
• 개발 보드 — Raspberry Pi 4 (librescoot-dbc-rpi4).

주목할 점: DBC의 i.MX6DL에는 사용 가능한 GPU가 없습니다. Boot Splash 부터 Dash Board UI까지 전부 CPU로 벡터를 그려야 하는데요,
이 제약이 ThorVG 채택으로 이어졌다고 보여집니다.

프로젝트는 Yocto Scarthgap 기반, 라이선스는 CC BY-NC-SA 4.0

[ ThorVG adoptation point in LibreScoot ]

LibreScoot 조직 저장소 56개 중 ThorVG 를 직접적으로 사용하고 있는 곳은 아래와 같습니다.

                  저장소                │ 언어│                            
 librescoot/boot-animation │ C    │  

[ Analysis on boot-animation ]

저장소는 네 개의 파일로 구성되어 있습니다.

librescoot/boot-animation/
├── main.c # 전체 구현
├── Makefile # 크로스 컴파일 빌드
├── README.md
└── LICENSE

• 프로젝트 요약 :

"Lottie boot animation renderer for /dev/fb0 using ThorVG".

스쿠터에 전원이 들어오면, 리눅스 커널이 로드되고 초기 userspace가 올라오는 순간부터, DashBoard UI(scootui-qt)가 준비되기 전까지의
시간 동안 원형 터치스크린에 로티 애니메이션을 재생한다.

• 빌드

Makefile
CFLAGS += -O2 -Wall
LDLIBS += -lthorvg -lstdc++ -lm -lpthread
CC ?= gcc
ARM_CC ?= arm-linux-gnueabihf-gcc

build-host:
$(CC) $(CFLAGS) main.c $(LDLIBS) -o boot-animation
build-arm:
$(ARM_CC) $(CFLAGS) main.c $(LDLIBS) -o boot-animation
dist:
$(ARM_STRIP) boot-animation

• ThorVG는 -lthorvg로 동적 링크.
• ThorVG C API 를 사용함에도 -lstdc++ 가 포함되는데, 이는 ThorVG 가 C++ 로 개발되었다 보니 C++라이브러리가 함께 링크되는 것으로
  생각됩니다.

• main.c

ThorVG C API(thorvg_capi.h) 따라가기

0. 디스플레이 하드웨어 bpp 읽어 오기

int bpp = vinfo.bits_per_pixel;

• bpp = 16 / 32 에 따라 argb 변환이 이루어 집니다.

1. 디스플레이 하드웨어 프레임버퍼 매핑

  int fb_fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);

  void *fb_mmap = mmap(NULL, fb_size,
                      PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
                      fb_fd, 0);

• 실제 디스플레이 하드웨어에 연결되는 버퍼 fb_mmap 을 할당합니다.

2. ThorVG 엔진 초기화

  if (tvg_engine_init(0) != TVG_RESULT_SUCCESS) {
      fprintf(stderr, "tvg_engine_init failed\n");
      goto cleanup_fb;
  }

• Boot Splash 는 가볍고 재생 시간이 짧기에 스레드 풀 초기화 오버로드를 없애기 위해 싱글 스레드로 최소화 하는 모습을 볼 수 있습니다.

3 . 캔버스 생성 및 타겟 버퍼 바인딩

  Tvg_Canvas canvas = tvg_swcanvas_create(TVG_ENGINE_OPTION_DEFAULT);
  uint32_t *argb_buf = calloc(width * height, sizeof(uint32_t));

  if (tvg_swcanvas_set_target(canvas, argb_buf,
                              width, width, height,
                              TVG_COLORSPACE_ARGB8888)
      != TVG_RESULT_SUCCESS) { /* error */ }

• TVG_COLORSPACE_ARGB8888 로 ThorVG 렌더링 결과물을 담는 버퍼 argb_buf 를 할당합니다.
  bpp = 16 이라 프레임버퍼 fb_mmap 자체가 RGB565일 수 있어도, ThorVG에는 항상 32bit로 그리게 하고 argb_to_rgb565 으로 나중에
  변환하네요.
  아마 알파값 및 색 정밀도를 보장하기 위함이라고 생각합니다.

4. 로티 애니메이션 로드

  Tvg_Animation anim = tvg_animation_new();
  Tvg_Paint     picture = tvg_animation_get_picture(anim);

  if (tvg_picture_load(picture, lottie_path) != TVG_RESULT_SUCCESS)
      { /* error */ }

5. 프레임 루프

    tvg_canvas_add(canvas, picture);

    for (float frame = 0; frame < total_frames && !quit; frame += frame_step) {
      tvg_animation_set_frame(anim, frame);
      tvg_canvas_update(canvas);
      tvg_canvas_draw(canvas, true);
      tvg_canvas_sync(canvas);
      ... 
      if (bpp == 16) {
          argb_to_rgb565(argb_buf, (uint16_t *)fb_mmap,
                         width * height);
      } else {
          memcpy(fb_mmap, argb_buf, width * height * 4);
      }
  }

• 캔버스와 애니메이션 매핑
• Canvas 가 애니메이션 렌더링 수행
• argb_buf -> fb_mmap 변환 : 16bpp면 RGB565 변환, 32bpp면 그대로 memcpy.

6. bpp =16 이면 RGB565 변환

  static void argb_to_rgb565(const uint32_t *src,
                             uint16_t *dst, int count) {
      for (int i = 0; i < count; i++) {
          uint32_t px = src[i];
          uint8_t r = (px >> 16) & 0xFF;
          uint8_t g = (px >>  8) & 0xFF;
          uint8_t b =  px        & 0xFF;
          dst[i] = ((r >> 3) << 11) | ((g >> 2) << 5) | (b >> 3);
      }
  }

7. Abstract Data Flow

ThorVG Canvas -> (rendering) -> argb_buf -> ( converting if needed ) -> fb_mmap -> Display H/W -> Display

ThorVG 채택 포인트

1. GPU 없음 : 앞서 언급했듯이, 출력 하드웨어가 GPU를 지원하지 않습니다.
Skia나 Cairo의 GPU 백엔드, Qt Quick의 SG 렌더러는 모두 GPU Based. ThorVG의 CPU Based 렌더링이 필요했다고 추정됩니다.

2. Lottie 및 SVG 지원 : rlottie도 가능하지만 rlottie는 lottie 전용이라 향후 SVG/벡터 UI 요소로 확장 시 별도 라이브러리가 합니다.
ThorVG 하나로 lottie + SVG + 벡터 그래픽스를 모두 다룰 수 있어, 크기 면에서 유리합니다.

3. 바이너리 크기 : ThorVG는 의 경량 크기는 이점

4. C API 지원 : boot-animation 의 main.c가 순수 C로 개발되었는데요 thorvg_capi.h가 덕분에 C++ 런타임을 고려하지 않고 ThorVG API
사용이 가능했습니다.

LibreScoot 에서의 특이점

LibreScoot 에서는 ThorVG 를 동적 링킹하고 있는데요, 이는 다른 Godot/LVGL/dotLottie 의 정적 링킹 방식과는 차별화된 방식이라고 합니다.
그 사유는 아래와 같이 추측됩니다.
LibreScoot 에서 ThorVG 참조 지점은 1. boot-animation 2. Qt 입니다. ( 단, Qt 는 버전에 따라 참조할 수도 안할수도 있음 )
따라서 이들 각각이 모두 ThorVG 를 정적링킹해 들고 있는 것 보다는, Yocto가 시스템 전역에 하나의 libthorvg.so 를 로드해두고, 이들 각각이
공유하는 구조로 동작하는 쪽이 전체 바이너리 크기 절감에 보다 유리합니다.