基于嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks的圖形界面開發(fā)

摘    要: 本文主要闡述了利用嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks的圖形開發(fā)組件WindML進(jìn)行圖形界面開發(fā)的相關(guān)技術(shù)，并且總結(jié)出了程序設(shè)計(jì)的總體框架以及一些在實(shí)際編程中遇到的問題的解決方法，實(shí)現(xiàn)了WindML功能的擴(kuò)展。
引言
嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，顯然，嵌入式系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。VxWorks作為性能優(yōu)秀的嵌入式操作系統(tǒng)，不論是在可靠性、實(shí)時(shí)性、可裁減性方面，還是在開放性、易用性等方面都是相當(dāng)不錯(cuò)的。
本文主要利用WindML解決了嵌入式系統(tǒng)一般圖形開發(fā)中所遇到的問題，對(duì)個(gè)別實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并且總結(jié)出了圖形界面開發(fā)的一般流程以供借鑒。

VxWorks概述
VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)Wind River公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），它十分靈活，具有多達(dá)1800個(gè)功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序接口（API）；其次，它適用面廣，可以用于從最簡(jiǎn)單到最復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)；再次，它可靠性高，可以用于從防抱死剎車系統(tǒng)到星際探索的關(guān)鍵任務(wù)；最后，它適應(yīng)性強(qiáng)，可以用于所有流行的CPU平臺(tái)。VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)包括微內(nèi)核 Wind、高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)支持、強(qiáng)有力的文件系統(tǒng)和I/O管理、C++和其它標(biāo)準(zhǔn)支持等核心功能。

Tornado及WindML概述
WindML概述
WindML（Wind媒體庫(kù)）提供了對(duì)運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的多媒體應(yīng)用程序的支持，以及用來開發(fā)可定制的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的框架。并且，WindML提供了一系列工具用來處理輸入設(shè)備和過程事件。以上這些功能絕大部分都由WindML提供的API來完成。
WindML由兩個(gè)部分組成：軟件開發(fā)工具箱（SDK）和硬件開發(fā)工具箱（DDK）。
SDK用來開發(fā)應(yīng)用程序，在圖形、輸入處理、多媒體、字體和內(nèi)存管理等方面，提供了全面的API，并且允許開發(fā)者在不同的硬件平臺(tái)下完成獨(dú)立于硬件的簡(jiǎn)單代碼。
DDK用來完成驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，它提供了一系列完整的通常硬件配置情況下的驅(qū)動(dòng)程序參考，以及一系列能使開發(fā)者迅速開發(fā)出驅(qū)動(dòng)程序的API。DDK具有可擴(kuò)展性和可定制性。DDK是SDK與硬件之間的中間層，直接與應(yīng)用對(duì)象的硬件設(shè)備（包括顯示器、視頻、音頻、鍵盤和鼠標(biāo)等）相連接。


圖1 自動(dòng)隱藏流程圖


圖2 窗口互鎖流程圖

圖形界面開發(fā)技術(shù)
程序總體框架
幾乎所有實(shí)際應(yīng)用方面的編程都有一個(gè)框架可以遵循，利用WindML的圖形開發(fā)也不例外。雖然，它限制了一些有個(gè)性和特色的程序的出現(xiàn)，但它畢竟能夠減少編程時(shí)的錯(cuò)誤，而且能夠提高編程的效率。圖形開發(fā)設(shè)計(jì)的總體框架主要是調(diào)用uglInitialize完成 UGL (通用圖形庫(kù))初始化，設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝載，創(chuàng)建圖形環(huán)境變量完成對(duì)所有資源的釋放，并退出。
基本操作簡(jiǎn)要介紹
二維圖形庫(kù)
● 繪圖基本要素：基本的圖形是由簡(jiǎn)單的幾何要素組成的，包括橢圓、直線、多邊形。
● 文字渲染和字體管理：提供了一種簡(jiǎn)便的方法將文本信息繪制到顯示設(shè)備上。
● 位圖管理： API提供了一個(gè)簡(jiǎn)便的機(jī)制用來創(chuàng)建和渲染單色、彩色和透明位圖圖像至顯示設(shè)備。
● 圖形指針管理：指針是一個(gè)由應(yīng)用程序創(chuàng)建的，并由指針設(shè)備定位到屏幕上的圖像。它支持254種顏色以及透明色和反向像素。
● 批量繪圖：進(jìn)行繪圖操作，能夠確認(rèn)繪圖操作的完整性，使屏幕閃爍最小，并且能最有效地利用系統(tǒng)資源。
● 圖形環(huán)境變量：包含了圖畫特征的所有信息，比如繪圖的基本要素、默認(rèn)位圖、裁剪與觀察區(qū)尺寸、光柵模式和文字渲染用的字體等。
● 顏色管理：在多種顯示模式或多種顯示設(shè)備類型下，利用顏色管理API能很方便地進(jìn)行一些應(yīng)用軟件開發(fā)，對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行優(yōu)化。
● 雙緩沖技術(shù)：主要是為了減少高頻率或大區(qū)域刷新時(shí)的屏幕閃爍。利用API，可以先將對(duì)象繪制入一個(gè)未顯示的頁(yè)（或緩沖），當(dāng)繪圖結(jié)束時(shí)再將這個(gè)頁(yè)顯示出來。
事件處理— 一般包括鼠標(biāo)、觸摸屏、鍵盤和用戶自定義事件等的處理。
區(qū)域和窗口管理-包括區(qū)域和裁剪；以及窗口管理。
多媒體— 包括視頻、音頻和JPEG等。
資源管理— 包括常規(guī)資源、內(nèi)存管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)注冊(cè)表、重疊面、驅(qū)動(dòng)信息與管理。
擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)
在實(shí)際編寫程序時(shí)，總會(huì)遇到這樣或那樣的問題，有些可以通過已定義的功能函數(shù)來解決，而另一些不能直接解決的，我們通常會(huì)編寫一段程序?qū)ΜF(xiàn)有功能進(jìn)行擴(kuò)展（利用已有的函數(shù)，通過特定的算法，完成特定功能）。在利用WindML組件進(jìn)行編程時(shí)，我所遇到的幾個(gè)實(shí)際問題，都是通過功能擴(kuò)展來解決的。下面將對(duì)這些問題進(jìn)行詳細(xì)討論：
指針延時(shí)自動(dòng)隱藏
通過循環(huán)讀取事件隊(duì)列中的事件信息，對(duì)類型是指針的事件進(jìn)行處理來完成鼠標(biāo)消息的響應(yīng)。但是，在此之前必須對(duì)鼠標(biāo)指針的位置、圖像以及大小等進(jìn)行初始化，并將其顯示在顯示器上。然后，在事件處理時(shí)，如果通過函數(shù)uglEventGet得不到事件信息，即該函數(shù)返回狀態(tài)為UGL_STATUS_Q_EMPTY時(shí)，若此時(shí)滿足某特定條件，或者說系統(tǒng)已經(jīng)空閑一定時(shí)間，那么，程序?qū)⒄{(diào)用函數(shù)uglCursorOff隱藏指針，直到有鼠標(biāo)事件進(jìn)入事件隊(duì)列并被得到時(shí)，調(diào)用函數(shù)uglCursorOn顯示指針。流程圖見圖1。
窗口互鎖
窗口互鎖就是要求整個(gè)屏幕中最多只有一個(gè)窗口顯示，要想顯示另一個(gè)窗口必須在該窗口關(guān)閉后才能進(jìn)行。WindML組件自身沒有提供這種互鎖功能，組件中的窗口可以重疊、嵌套，理論上，只要系統(tǒng)提供的資源足夠，那么屏幕上可以顯示無限個(gè)窗口。流程圖見圖2。
屏幕取詞技術(shù)
在WindML組件中，所有的圖像、文字、窗口等都是以像素的形式畫到顯示設(shè)備上的。因此，一旦將對(duì)象繪制到顯示設(shè)備上，就不可能用給定的函數(shù)得到某個(gè)區(qū)域中的對(duì)象。這樣，如果需要用戶輸入信息，然后再得到這些信息時(shí)，問題就出現(xiàn)了：用戶輸入信息可以通過響應(yīng)鍵盤事件，然后刷新相應(yīng)顯示區(qū)域來完成；但此時(shí)得到相應(yīng)顯示區(qū)域內(nèi)的信息就十分棘手了，因?yàn)閃indML組件中沒有提供實(shí)現(xiàn)該功能的函數(shù)?，F(xiàn)在就必須對(duì)WindML進(jìn)行功能擴(kuò)展以實(shí)現(xiàn)屏幕取詞功能。
首先，規(guī)定需要用戶輸入的內(nèi)容放在某個(gè)窗口中完成，假定要求用戶輸入的內(nèi)容不止一個(gè)，但也不超過十個(gè)，多個(gè)內(nèi)容按上下順序排列。其次，我們規(guī)定在窗口中指針點(diǎn)擊OK鍵完成取詞功能，點(diǎn)擊CANCLE鍵不取詞。第三，假定鍵盤事件只響應(yīng)數(shù)字鍵、‘.’鍵以及上下左右四個(gè)方向鍵。第四，所有的動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)存放在字符串?dāng)?shù)組指針中，并在關(guān)閉窗口前釋放它。
按鍵功能仿真技術(shù)
WindML組件中不存在像按鈕這些類似的控件，所以，要實(shí)現(xiàn)Windows中的各種控件功能，要么購(gòu)買Wind River公司提供的Zinc組件，要么就利用WindML現(xiàn)有的功能仿真實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)以按鈕控件為例，說明如何利用WindML實(shí)現(xiàn)按鍵功能。首先，我們必須完成按鈕的外觀設(shè)計(jì)：初始時(shí)先用一種顏色在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)繪制一矩形框，并在框內(nèi)寫字以完成一按鈕抬起時(shí)的狀態(tài)；當(dāng)指針點(diǎn)擊該區(qū)域，必須要仿真出按鈕被按下的狀態(tài)，此時(shí)只要以另一種顏色重畫該區(qū)域并重新寫字即可。其次，我們必須通過程序知道什么時(shí)候指針點(diǎn)擊了該區(qū)域，這時(shí)我們可以利用宏UGL_POINT_IN_RECT(point, rect)來判斷。在鼠標(biāo)左鍵被按下時(shí)，可以通過事件得到當(dāng)前指針的位置（x，y），令point.x=x，point.y=y，如果point在給定的rect范圍（上述規(guī)定區(qū)域）內(nèi)，則宏返回UGL_TRUEU，否則返回GL_FALSE。這樣就實(shí)現(xiàn)了按鍵功能的仿真，由于整個(gè)流程較簡(jiǎn)單，這里就不給出流程圖了。

結(jié)語
綜上所述，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks的圖形開發(fā)組件WindML在圖形界面開發(fā)中的功能還是十分強(qiáng)大的，但是由于它的開發(fā)功能十分底層，因此一些Windows中常見的功能沒有直接的函數(shù)或功能塊實(shí)現(xiàn)。然而，因?yàn)樗值讓?，我們可以通過一定的算法對(duì)WindML的功能進(jìn)行擴(kuò)展以完成所需功能的實(shí)現(xiàn)?？傮w而言，WindML組件功能強(qiáng)大但不完善，并且編寫的代碼量較多。但在嵌入式領(lǐng)域中，強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性及資源消耗最小的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)如此功能已經(jīng)是十分優(yōu)秀了。