XCB y Cairo

Actualizado: Por fin he terminado la primera versión usable de TabletWM y TabletLauncher. Con ellos y el driver para la pantalla táctil he conseguido el gran objetivo de poder utilizar aplicaciones GNU/Linux nativas en una tablet sin teclado ni ratón.

Crear TabletWM fue, sin duda, la parte más compleja, porque supuso trabajar con un API completamente nuevo, como es XCB. Tenía claro que no quería utilizar XLib, así que me lié la manta a la cabeza, pero partiendo de un gestor de ventanas muy, pero que muy básico hecho por Cinolt a finales de 2011.

Lo primero que aprendí es que el protocolo X es lento, por lo que en un dispositivo como una tablet, con capacidades limitadas, no es recomendable pedir al servidor X las propiedades de una ventana cada vez que se quiere mostrar en pantalla o cambiar sus dimensiones o posición. Sin embargo no parece existir una manera de que el servidor avise al gestor de ventanas de que una propiedad ha cambiado, y dado que estas propiedades contienen información importante necesaria a la hora de mapear una ventana, la mejor solución que encontré fue hacer una caché de datos que relleno en el momento de hacer visible una ventana (en ese momento las propiedades ya tienen que estar definidas), aunque antes puedo haber almacenado otras operaciones que se hayan hecho en la ventana, como un cambio de tamaño o de posición.

Otra cosa que aprendí es que hay dos grupos de eventos de interés para un gestor de ventanas: request y notification. El primero se emite cuando una aplicación pide realizar alguna operación sobre una ventana suya, y la segunda si el resultado de dicha operación cambia algo realmente en la ventana. Así, si una aplicación pide cambiar el tamaño de una ventana, ejecutará un comando xcb_configure_window(). Si no existe un gestor de ventanas, dicho comando se ejecuta normalmente; pero si lo hay, se genera un evento xcb_configure_request en el gestor. Este puede decidir si ignorarlo, ejecutarlo tal cual o modificarlo. Si decide ejecutarlo y el tamaño de la ventana cambia realmente, se emite un evento xcb_configure_notification, que llegará a la aplicación.

Y aquí encontré otro de los problemas que tuve: mi intención es que las ventanas estén maximizadas siempre, por lo que cada vez que recibía un evento xcb_configure_request, emitía un comando xcb_configure_window() con el tamaño máximo de la pantalla. El problema ocurría con algunas ventanas que pedían ser más grandes que la pantalla, por ejemplo la ventana de configuración de Firefox. En este caso, se mostraba la ventana en la primera pestaña, y la pantalla es lo suficientemente grande como para contener todo; al recibir el evento, TabletWM modifica los valores pedidos por el navegador, ajustándolos al tamaño de la pantalla, y cambia las dimensiones de la ventana. Se emite el evento xcb_configure_notification y todo sigue perfectamente.

Pero cuando se escoge la pestaña de Seguridad, el nuevo contenido no entra en la pantalla, por lo que Firefox pide un tamaño más grande. El gestor de ventanas recibe el evento y cambia los parámetros por las dimensiones de la pantalla (que es el mismo tamaño que ya tiene la ventana), y da la orden de cambiar el tamaño. Pero como es el mismo, nunca se genera un evento xcb_configure_notification, pero Firefox espera que le llegue. El resultado es que la ventana queda sin refrescar.

La solución que apliqué fue ejecutar primero el comando de cambio de tamaño tal cual llega, y ejecutar luego un segundo comando con el tamaño que el gestor de ventanas desea. De esa manera la aplicación siempre recibe el evento que espera, y todos felices.

Otra curiosidad fue a la hora de leer ciertas cadenas de texto en las propiedades. En algunos casos, una propiedad (como por ejemplo _XKB_RULES_NAMES) contiene varias cadenas separadas por NUL (o sea, un byte a cero). Si pedimos el tamaño de ésta en la cookie (cookie->length) nos devolverá la longitud de la primera cadena exclusivamente. Si queremos obtener todas tenemos que utilizar xcb_get_property_value_length(), que sí nos dará el tamaño total. Por si fuera poco, no se garantiza que al final de la cadena haya un NUL, por lo que debemos tener en cuenta el tamaño para no pasarnos, en lugar de usar strcpy().

El teclado fue otro de los problemas serios que tuve: el método normal de entrada por teclado de X es relativamente rudimentario, por lo que hoy en día se utiliza la extensión XKB. Por desgracia esta extensión no está portada tal cual a XCB, sino que existe un proyecto separado, XCB-COMMON, que contiene aquellas partes no dependientes de un servidor X. Por si fuera poco, no puedo emular la pulsación de un carácter concreto, sino sólo la pulsación de una tecla en sí. Esto significa que los códigos que tengo que enviar a las X dependerán del idioma del teclado escogido por el usuario, además de tener que emular pulsaciones múltiples como la tecla mayúsculas, AltGR, etc.

Encima, esta biblioteca está orientada a obtener un carácter a partir de una pulsación, cuando yo necesitaba el proceso inverso. Aunque parte del trabajo lo hace (dado un carácter devuelve el código de la tecla), no devuelve el código de los modificadores necesarios. Así, si pido la arroba, me devuelve el código de la tecla ‘2’, pero no me dice si necesito pulsar también las mayúsculas (caso del teclado norteamericano) o AtlGR (caso del teclado español). Esto me obligó a realizar una pequeña chapuza, consistente en probar todas las posibles combinaciones de teclas normales y teclas modificadoras (shift, control, etc) para ver qué caracteres produce cada una.

Y para rizar el rizo, no es posible siempre obtener la combinación correcta, por lo que en algunos casos no queda más remedio que redefinir un código de tecla que no se utilice con un carácter determinado (por ejemplo, la letra Ñ). Esto hay que hacerlo con las funciones de entrada clásicas, no con las de XKB, por lo que el resultado final es algo caótico, pero funciona, y permite definir un teclado cualquiera en pantalla a partir de los caracteres que se quieren mostrar en lugar de las teclas físicas que se deben pulsar.

Pasando a Cairo, decidí utilizar esta biblioteca para los elementos gráficos (como el teclado o la ventana de apagado) en lugar de las funciones de X por varios motivos:

  • Cairo ofrece antialiasing, tanto en fuentes como en primitivas gráficas.
  • Cairo es una biblioteca moderna con un API sencillo y potente.
  • Ya conozco Cairo, pero no las funciones gráficas de X.
  • No supone una carga extra porque el lanzador de aplicaciones utiliza GTK, que por debajo trabaja también con Cairo.

Trabajar con Cairo directamente desde XCB no es muy complicado. Para ello, primero se debe crear una ventana, y a continuación una superficie Cairo con cairo_xcb_surface_create(). La principal complicación es conocer el visual_type de la ventana, para poder pasárselo a la función. Esto lo podemos saber mediante el siguiente código (la variable conn es el handler de la conexión con el servidor X):

    xcb_screen_t *scr=xcb_setup_roots_iterator(xcb_get_setup(conn)).data;
    xcb_visualtype_t *visual_type = NULL;
    xcb_depth_iterator_t depth_iter;

    for (depth_iter = xcb_screen_allowed_depths_iterator (scr); depth_iter.rem; xcb_depth_next (&depth_iter)) {
        xcb_visualtype_iterator_t visual_iter;

        visual_iter = xcb_depth_visuals_iterator (depth_iter.data);
        for (; visual_iter.rem; xcb_visualtype_next (&visual_iter)) {
            if (scr->root_visual == visual_iter.data->visual_id) {
                visual_type = visual_iter.data;
                break;
            }
        }
    }

Luego no tenemos más que engancharnos al evento expose de la ventana (XCB_EVENT_MASK_EXPOSURE) y, cada vez que se reciba, generar un contexto Cairo y repintar la ventana. Un detalle extra a tener en cuenta es que cada vez que se redimensione la ventana es necesario llamar a cairo_xcb_surface_set_size(), para cambiar el tamaño de la superficie Cairo.

Ah, y no olvidar hacer un xcb_flush() al terminar de pintar algo, para que efectivamente lo pinte en la ventana.

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