隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，嵌入式系統(tǒng)對(duì)圖形用戶界面的需求日趨增強(qiáng)。VxWorks是美國(guó)WindRiver公司開發(fā)的一款高性能、可裁減的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它以良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用于通信、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通信、飛機(jī)導(dǎo)航等。
WindML(wind media library)是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks提供的一個(gè)可裁減的多媒體組件。該組件庫(kù)支持基于嵌入式系統(tǒng)的多媒體應(yīng)用程序，為各種嵌入式操作系統(tǒng)提供基本的圖形、視頻和音頻技術(shù)，并可以開發(fā)基于這些操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。它提供一套與硬件無(wú)關(guān)的邏輯API給應(yīng)用層調(diào)用，而給底層提供不同硬件構(gòu)架的驅(qū)動(dòng)，使程序具有很好的移植性和可擴(kuò)展性。本文主要討論在S3C2440微控制器上實(shí)現(xiàn)LCD驅(qū)動(dòng)程序和鍵盤驅(qū)動(dòng)程序的方法。
1 S3C2440和WindML簡(jiǎn)介
S3C2440是三星推出的16／32 b RISC微處理器。S3C2440是一款專用的以手持設(shè)備為主而設(shè)計(jì)的芯片，其特點(diǎn)有低功耗、高速的處理計(jì)算能力，采用ARM920T內(nèi)核AMBA總線構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)了MMU和哈佛緩存體系構(gòu)架，有高達(dá)400 MHz的系統(tǒng)頻率。此外，S3C2440帶有LCD專用控制器和專用DMA通道、IIS音頻總線接口、AC97解碼總線接口及SPI，I2C，USB等總線接口，非常適用于手持設(shè)備。
Wind媒體庫(kù)(WindML)支持在嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行多媒體應(yīng)用程序，提供基本的圖形、視頻和音頻技術(shù)。WindML包括兩個(gè)組成部分：軟件開發(fā)工具包(SDK)和驅(qū)動(dòng)開發(fā)工具包(DDK)，如圖1所示。
SDK組件用于開發(fā)應(yīng)用程序。它為圖形、輸入處理、多媒體、字體和內(nèi)存管理提供了一個(gè)廣泛的API，允許開發(fā)者為不同硬件平臺(tái)書寫硬件獨(dú)立的可移植代碼。DDK組件適用于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序。它為通用硬件配置提供一系列完整的參考驅(qū)動(dòng)程序。DDK是可擴(kuò)展的、自定義的。Win-dML有多層架構(gòu)，不同的功能被抽象到不同的層中。
WindML中定義了圖形驅(qū)動(dòng)、視頻驅(qū)動(dòng)、字體驅(qū)動(dòng)、輸入驅(qū)動(dòng)和音頻驅(qū)動(dòng)。
2 LCD驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
WindML圖形驅(qū)動(dòng)主要通過(guò)2D層、板級(jí)支持包及操作系統(tǒng)和圖形硬件設(shè)備3層進(jìn)行通信。體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2D層與圖形驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)ugL_ugi_driver結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信。結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)功能指針對(duì)應(yīng)一個(gè)執(zhí)行相應(yīng)圖形顯示操作的驅(qū)動(dòng)程序。2D層不直接調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序，它通過(guò)結(jié)構(gòu)功能指針調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)現(xiàn)如下：
VxWorks操作系統(tǒng)下，所有的設(shè)備必須通過(guò)調(diào)用xxxDevCreate()程序創(chuàng)建。這個(gè)函數(shù)是設(shè)備驅(qū)動(dòng)以及設(shè)備最初功能的主要入口，uglInit-ialize()程序在WindML初始化時(shí)調(diào)用xxxDevCreate()。xxxDevCreate()程序需要完成以下功能：
(1)分配驅(qū)動(dòng)圖形結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)已在驅(qū)動(dòng)頭文件里定義。
(2)利用硬件抽象層打開圖形設(shè)備。分配了驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)之后，硬件抽象層將被用來(lái)打開圖形設(shè)備，校驗(yàn)是否能被寫入和映射設(shè)備到虛擬內(nèi)存。在此過(guò)程中，圖形設(shè)備的基地址和寄存器將被定義。
(3)初始化驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)。在確定圖形設(shè)備可以被訪問(wèn)之后，初始化驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)。
(4)設(shè)置設(shè)備為靜止?fàn)顟B(tài)。校驗(yàn)了設(shè)備之后，驅(qū)動(dòng)對(duì)圖形設(shè)備進(jìn)行最小初始化，并設(shè)置其為靜止?fàn)顟B(tài)。圖形設(shè)備設(shè)置為靜止?fàn)顟B(tài)需要以下操作：屏蔽圖形相關(guān)中斷；調(diào)用uglGenericClutCreate()初始化調(diào)色板；初始化圖形芯片的內(nèi)存控制器；如果需要，則關(guān)閉顯示。
(5)返回指向驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的指針。如果xxxDevCreate()函數(shù)執(zhí)行成功，則返回一個(gè)指向ugl_ugi_driver結(jié)構(gòu)的指針。如果xxxDevCreate()函數(shù)執(zhí)行失敗，則返回NULL。
此外，驅(qū)動(dòng)程序還必須支持一個(gè)信息控制程序，xxxinfo()。這個(gè)程序允許應(yīng)用訪問(wèn)驅(qū)動(dòng)提供的支持，并且控制各種選項(xiàng)。在獲得畫面緩沖器的特征、獲得基色的信息和以為圖形設(shè)備擴(kuò)展一個(gè)實(shí)例等方面會(huì)用到xxxinfo()。
3 鍵盤驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
基于I2C總線鍵盤芯片ZLG7290的芯片內(nèi)部已實(shí)現(xiàn)鍵盤去抖動(dòng)及連擊鍵等處理，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)程序的處理。WindML輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)完成接收連接在系統(tǒng)上設(shè)備的原始數(shù)據(jù)，執(zhí)行原始數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，以及將輸入數(shù)據(jù)放到消息隊(duì)列中供高層軟件調(diào)用，如圖3所示。
WindML通過(guò)事件機(jī)制完成對(duì)鍵盤輸入的響應(yīng)。它采用客戶／服務(wù)器模式，其事件驅(qū)動(dòng)的原理如圖4所示。
WindML輸入驅(qū)動(dòng)是一個(gè)分層結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)底層的驅(qū)動(dòng)，負(fù)責(zé)處理設(shè)備控制器和一個(gè)高層的驅(qū)動(dòng)，還負(fù)責(zé)翻譯從設(shè)備中接收到的原始數(shù)據(jù)。
底層輸入驅(qū)動(dòng)是作為I／O驅(qū)動(dòng)來(lái)開發(fā)的，一般構(gòu)建進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)核，底層驅(qū)動(dòng)在初始化時(shí)就會(huì)被連接到操作系統(tǒng)的I／O系統(tǒng)中。底層驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)完成以下功能：
初始化設(shè)備控制器和輸入設(shè)備；
處理由設(shè)備控制器產(chǎn)生的中斷；
從輸入設(shè)備中接收原始數(shù)據(jù)，把它們按序地排列在I／O系統(tǒng)的高端驅(qū)動(dòng)隊(duì)列中；
接收高層驅(qū)動(dòng)的指令并做出相應(yīng)的反應(yīng)，如控制鍵盤上LED的亮滅。
此外，底層輸入驅(qū)動(dòng)必須支持輸入服務(wù)任務(wù)用于檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)的Select()機(jī)制。
高層輸入驅(qū)動(dòng)主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自低層輸入驅(qū)動(dòng)的原始數(shù)據(jù)，處理這些數(shù)據(jù)，封裝數(shù)據(jù)成為一個(gè)輸入事件消息以及把這些消息放到消息隊(duì)列中。在實(shí)現(xiàn)時(shí)需要完成以下例程：
(1)驅(qū)動(dòng)打開例程。分配并初始化驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，打開底層輸入驅(qū)動(dòng)，設(shè)置底層驅(qū)動(dòng)到合適模式，以及當(dāng)成功打開驅(qū)動(dòng)后返回一個(gè)指向驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的指針。
函數(shù)原型如下：
驅(qū)動(dòng)打開例程有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是用于接收原始輸入數(shù)據(jù)，被驅(qū)動(dòng)打開的底層輸入驅(qū)動(dòng)的名字；第二個(gè)參數(shù)是一個(gè)指向輸入驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)(UGL_INPUT_DEV)的指針。
(2)驅(qū)動(dòng)控制例程。
函數(shù)原型如下：
該函數(shù)有3個(gè)參數(shù)：第一個(gè)參數(shù)是由驅(qū)動(dòng)打開例程創(chuàng)建和初始化的驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)；第二個(gè)參數(shù)是請(qǐng)求的類型；第三個(gè)參數(shù)依賴于第二個(gè)參數(shù)的請(qǐng)求類型。
(3)開發(fā)驅(qū)動(dòng)關(guān)閉例程。該函數(shù)負(fù)責(zé)完成關(guān)閉底層輸入驅(qū)動(dòng)，釋放由打開例程分配的系統(tǒng)資源以及設(shè)置底層設(shè)備回到它操作之前的原始狀態(tài)。
最后需實(shí)現(xiàn)I2C總線接口驅(qū)動(dòng)，將底端輸入驅(qū)動(dòng)及高端輸入驅(qū)動(dòng)連接起來(lái)，完成鍵盤驅(qū)動(dòng)程序的編寫。
圖5所示是WindML繪圖的一個(gè)例子。圖中創(chuàng)建了2個(gè)窗口，左邊的窗口通過(guò)鍵盤可以控制小球的運(yùn)動(dòng)，右邊窗口可以在其中輸入文字。
4 結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks的媒體庫(kù)windML及其圖形界面開發(fā)的方法做了詳細(xì)的介紹，上面提到的圖形界面開發(fā)的方法已經(jīng)被作者成功地應(yīng)用于實(shí)際工程開發(fā)，并取得了良好的效果。