《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 嵌入式技術(shù) > 設(shè)計應(yīng)用 > 嵌入式Linux系統(tǒng)GUI的實現(xiàn)
嵌入式Linux系統(tǒng)GUI的實現(xiàn)
西安電子科技大學(xué)
趙少鵬,劉篤仁
摘要: 一種嵌入式linux系統(tǒng)GUI的實現(xiàn),0 引言嵌入式linux操作系統(tǒng)的快速發(fā)展,迫切需求一種簡潔的人機交互界面,為此,本文介紹了如何在FrameBuffer基礎(chǔ)上設(shè)計自己的嵌入式GUI的簡單方法。1 顯示原理1.1 顏色表示顏色是所有繪圖操作的基礎(chǔ)。16位的LCD屏一
Abstract:
Key words :

0 引言

嵌入式linux操作系統(tǒng)的快速發(fā)展,迫切需求一種簡潔的人機交互界面,為此,本文介紹了如何在FrameBuffer基礎(chǔ)上設(shè)計自己的嵌入式GUI的簡單方法。

1 顯示原理

1.1 顏色表示

顏色是所有繪圖操作的基礎(chǔ)。16位的LCD屏一般需要2個字節(jié)來表示。16位RGB格式一般可分為RGB565與RGB5551兩種格式。其中RGB565格式如表1所列,而其RGB5551格式如表2所列。表中的R為紅色分量,G為綠色分量,B為藍色分量。

由于顏色采用的是RGB565規(guī)則。因此?;绢伾醇t色、綠色、藍色按照RGB565規(guī)則可分別為0xf800、0x07e0、Ox001f。由此可見,如果用十六進制直接表示顏色會非常不便。目前,普遍為軟件工程師所接受的顏色表示方式為24位的RGB,其中R、G、B三個分量各占用一個字節(jié),范圍是0~255。因此,應(yīng)該為MIS軟件系統(tǒng)提供一個從24位RGB轉(zhuǎn)化為16RGB的接口。該接口用宏來實現(xiàn)的具體方式如下:

#define RGB(r,g,b)  (((r>>3)<<11)∣((g>>2)<<5)∣(b>>3))

1.2 畫點操作

圖形設(shè)備接口的最基本操作為畫點,任何其它繪圖函數(shù)都是基于畫點來完成的。其原理是以屏的左上角第一個像素點為(0,0)點,向右為x軸,向下為y軸建立坐標系,只要提供某點的橫坐標x,縱坐標y和顏色值,就可以通過一定的算法找到(x,y)所表示的地址,然后將該地址上的2個字節(jié)替換為指定的顏色值。例如有一塊640×480×16的LCD,像素的首地址為0x40000000,那么,其中的第2行、第3列的像素位置如圖1所示。

如果要把第2行、第3列的像素由原來的白色(0xfff)變?yōu)楹谏?0x0000)。那么,就可以根據(jù)下面的尋址方式找到地址:

最終地址=首地址+y×2×屏的寬度+x×2

其中,首地址表示第1行第1列像素所對應(yīng)的地址。由上式,該點的地址=0x40000000+2×2×0x280+3×2=0x40000A06。那么0x40000A06地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)為十六位顏色的低字節(jié)部分,而0x40000A07地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)為十六位顏色的高字節(jié)部分。

例如,畫點函數(shù)可用下面的代碼來實現(xiàn):

其中m_pScreen_Addr是屏的首地址,m_nSereen_Width和m_nScreen_Height則分別為屏寬和屏高。這樣,就可以在畫點的基礎(chǔ)上根據(jù)Bresenham算法延伸出各種各樣的基本繪圖操作來,比如畫直線、畫矩形和畫圓等。

2 FrameBuffer接口

FrameBuffer是出現(xiàn)在2.2.xx內(nèi)核當中的一種驅(qū)動程序接口。Linux抽象出FrameBuffer這個設(shè)備可供用戶態(tài)進程實現(xiàn)直接寫屏。FrameBuffer機制模仿顯卡的功能是將顯卡硬件結(jié)構(gòu)抽象掉,然后通過FrameBuffer的讀寫直接對顯存進行操作。用戶可以將FrameBuffer看成是顯示內(nèi)存的一個映像。在將其映射到進程地址空間之后,就可以直接進行讀寫操作,而且寫操作還可以立即反映在屏幕上。這種操作是抽象的、統(tǒng)一的。用戶不必關(guān)心物理顯存的位置和換頁機制等具體細節(jié),而這些都可由FrameBuffer設(shè)備驅(qū)動來完成。

Linux采用虛擬內(nèi)存技術(shù),系統(tǒng)中的所有進程之間以虛擬方式共享內(nèi)存。對每個進程來說,它們好像都可以訪問整個系統(tǒng)的所有物理內(nèi)存。更重要的是,即使單獨一個進程,它擁有的地址空間也可以遠遠大于系統(tǒng)物理內(nèi)存。在地址空間中,進程有權(quán)訪問虛擬內(nèi)存地址區(qū)間(比如08048000~0804c000)。這些可被訪問的合法地址區(qū)間叫做內(nèi)存區(qū)域(memory area)。通過內(nèi)核,進程可以給自己的地址空間動態(tài)地添加或減少內(nèi)存區(qū)域,而進程只能訪問有效范圍內(nèi)的內(nèi)存地址。每個內(nèi)存區(qū)域也具有相應(yīng)進程必須遵循的特定訪問屬性,如只讀、只寫、可執(zhí)行等屬性。如果一個進程訪問了不在有效范圍中的地址,或以不正確的方式訪問了有效地址,那么,內(nèi)核將會終止該進程,并返回“段錯誤”信息。

在應(yīng)用程序中,一般將FrameBuffer設(shè)備映射到進程地址空間,比如下面的程序就可打開/dev/ib0設(shè)備,并通過mmap系統(tǒng)調(diào)用來進行地址映射,隨后用memset將屏幕清空。Struct fb_var_screen-info記錄了幀緩沖設(shè)備和指定顯示模式的可修改信息,包括顯示屏幕的分辨率、每個像素的比特數(shù)和一些時序變量。實現(xiàn)以上過程的函數(shù)代碼如下:

此外,F(xiàn)rameBuffer設(shè)備還提供了若干ioctl命令,通過這些命令可以獲得顯示設(shè)備的一些固定信息(比如顯示內(nèi)存大小)以及與顯示模式相關(guān)的可變信息(比如分辨率、象素結(jié)構(gòu)、掃描線的字節(jié)寬度),同時可獲得偽彩色模式下的調(diào)色板信息等。

3 GUI系統(tǒng)的自主開發(fā)

嵌入式GUI的總體設(shè)計思想是把所有操作都由對象和消息驅(qū)動,通過對現(xiàn)有GUI的分析來對多種嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)GUI的要求進行總結(jié),然后抽象出各種組件類。嵌入式GUI的所有組件和數(shù)據(jù)都被設(shè)計成對象,組件對象通過消息來通信。嵌入式GUI在消息驅(qū)動下可形成整體并構(gòu)成系統(tǒng)。其整體框架和體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)中的所有消息節(jié)點將構(gòu)成空閑隊列和消息隊列,其中消息隊列存放當前EGUI系統(tǒng)中沒有處理的消息。消息隊列由消息管理器進行操作和管理。圖2中的輸入設(shè)備抽象層、操作系統(tǒng)抽象層和組件對象集合都是消息發(fā)生器,它們都會產(chǎn)生EGUI消息。調(diào)用消息管理器的操作可將生成的消息放入到消息隊列中。消息管理器用于管理消息隊列和空閑隊列,當有消息產(chǎn)生時,消息管理器將執(zhí)行消息入隊PUSH ()操作,其處理過程是先從空閑隊列中摘下一個節(jié)點,形成一個消息節(jié)點,再將它掛到消息隊列的隊尾。桌面對象管理器負責(zé)分發(fā)消息,它可通過調(diào)用消息管理器的出隊操作POP()來取得待處理的消息,處理過程是將消息隊列的第一個消息節(jié)點摘下,并取得該消息節(jié)點的信息,然后將該消息節(jié)點掛到空閑隊列的隊尾。桌面對象管理器取得消息后,將按照一定的策略對取得的消息進行分發(fā),并讓接收該消息的組件對象中的消息處理函數(shù)來處理該消息。分發(fā)消息時,如果消息指定了接收對象,則將消息路由到接收對象;而非鍵盤的系統(tǒng)消息。將被路由到桌面對象管理器的第一個子對象;對于用戶定義的消息,系統(tǒng)會將其路由到指定的對象。而組件對象處理消息時,如果處理操作要改變屏幕數(shù)據(jù),組件對象將調(diào)用繪圖操作Draw重繪自己的外觀。整個系統(tǒng)就是這樣不斷地產(chǎn)生消息、分發(fā)消息、處理消息,從而形成一個無限循環(huán),同時驅(qū)動EGUI運行。

4 結(jié)束語

針對當前嵌入式GUI的特點,本文給出了可支持漢字顯示、鍵盤輸入的多線程嵌入式GUI系統(tǒng)的設(shè)計方法。該方法設(shè)計的系統(tǒng)采用窗口模式,而且便于操作,同時具有可視化界面、操作靈活、資源占用少等優(yōu)點,并可支持JPG格式的圖像文件。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。