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)域越來越廣，嵌入式系統(tǒng)對圖形用戶界面的需求日趨增強。VxWorks是美國WindRiver公司開發(fā)的一款高性能、可裁減的嵌入式實時操作系統(tǒng)。它以良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用于通信、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通信、飛機導(dǎo)航等。
WindML(wind media library)是嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks提供的一個可裁減的多媒體組件。該組件庫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。它提供一套與硬件無關(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，使程序具有很好的移植性和可擴展性。本文主要討論在S3C2440微控制器上實現(xiàn)LCD驅(qū)動程序和鍵盤驅(qū)動程序的方法。
1 S3C2440和WindML簡介
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)計的芯片，其特點有低功耗、高速的處理計算能力，采用ARM920T內(nèi)核AMBA總線構(gòu)架，實現(xiàn)了MMU和哈佛緩存體系構(gòu)架，有高達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(WindML)支持在嵌入式系統(tǒng)上運行多媒體應(yīng)用程序，提供基本的圖形、視頻和音頻技術(shù)。WindML包括兩個組成部分：軟件開發(fā)工具包(SDK)和驅(qū)動開發(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)存管理提供了一個廣泛的API，允許開發(fā)者為不同硬件平臺書寫硬件獨立的可移植代碼。DDK組件適用于實現(xiàn)驅(qū)動程序。它為通用硬件配置提供一系列完整的參考驅(qū)動程序。DDK是可擴展的、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、視頻驅(qū)動、字體驅(qū)動、輸入驅(qū)動和音頻驅(qū)動。
2 LCD驅(qū)動程序設(shè)計
WindML圖形驅(qū)動主要通過2D層、板級支持包及操作系統(tǒng)和圖形硬件設(shè)備3層進行通信。體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2D層與圖形驅(qū)動程序通過ugL_ugi_driver結(jié)構(gòu)進行通信。結(jié)構(gòu)中的每一個功能指針對應(yīng)一個執(zhí)行相應(yīng)圖形顯示操作的驅(qū)動程序。2D層不直接調(diào)用驅(qū)動程序，它通過結(jié)構(gòu)功能指針調(diào)用驅(qū)動程序。實現(xiàn)如下：
VxWorks操作系統(tǒng)下，所有的設(shè)備必須通過調(diào)用xxxDevCreate()程序創(chuàng)建。這個函數(shù)是設(shè)備驅(qū)動以及設(shè)備最初功能的主要入口，uglInit-ialize()程序在WindML初始化時調(diào)用xxxDevCreate()。xxxDevCreate()程序需要完成以下功能：
(1)分配驅(qū)動圖形結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)已在驅(qū)動頭文件里定義。
(2)利用硬件抽象層打開圖形設(shè)備。分配了驅(qū)動結(jié)構(gòu)之后，硬件抽象層將被用來打開圖形設(shè)備，校驗是否能被寫入和映射設(shè)備到虛擬內(nèi)存。在此過程中，圖形設(shè)備的基地址和寄存器將被定義。
(3)初始化驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)。在確定圖形設(shè)備可以被訪問之后，初始化驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)。
(4)設(shè)置設(shè)備為靜止?fàn)顟B(tài)。校驗了設(shè)備之后，驅(qū)動對圖形設(shè)備進行最小初始化，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)動結(jié)構(gòu)的指針。如果xxxDevCreate()函數(shù)執(zhí)行成功，則返回一個指向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)動程序還必須支持一個信息控制程序，xxxinfo()。這個程序允許應(yīng)用訪問驅(qū)動提供的支持，并且控制各種選項。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)備擴展一個實例等方面會用到xxxinfo()。
3 鍵盤驅(qū)動程序設(shè)計
基于I2C總線鍵盤芯片ZLG7290的芯片內(nèi)部已實現(xiàn)鍵盤去抖動及連擊鍵等處理，簡化了驅(qū)動程序的處理。WindML輸入設(shè)備驅(qū)動負責(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)放到消息隊列中供高層軟件調(diào)用，如圖3所示。
WindML通過事件機制完成對鍵盤輸入的響應(yīng)。它采用客戶／服務(wù)器模式，其事件驅(qū)動的原理如圖4所示。
WindML輸入驅(qū)動是一個分層結(jié)構(gòu)，包括一個底層的驅(qū)動，負責(zé)處理設(shè)備控制器和一個高層的驅(qū)動，還負責(zé)翻譯從設(shè)備中接收到的原始數(shù)據(jù)。
底層輸入驅(qū)動是作為I／O驅(qū)動來開發(fā)的，一般構(gòu)建進入系統(tǒng)內(nèi)核，底層驅(qū)動在初始化時就會被連接到操作系統(tǒng)的I／O系統(tǒng)中。底層驅(qū)動負責(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)動隊列中；
接收高層驅(qū)動的指令并做出相應(yīng)的反應(yīng)，如控制鍵盤上LED的亮滅。
此外，底層輸入驅(qū)動必須支持輸入服務(wù)任務(wù)用于檢測輸入數(shù)據(jù)的Select()機制。
高層輸入驅(qū)動主要負責(zé)接收來自低層輸入驅(qū)動的原始數(shù)據(jù)，處理這些數(shù)據(jù)，封裝數(shù)據(jù)成為一個輸入事件消息以及把這些消息放到消息隊列中。在實現(xiàn)時需要完成以下例程：
(1)驅(qū)動打開例程。分配并初始化驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)，打開底層輸入驅(qū)動，設(shè)置底層驅(qū)動到合適模式，以及當(dāng)成功打開驅(qū)動后返回一個指向驅(qū)動結(jié)構(gòu)的指針。
函數(shù)原型如下：
驅(qū)動打開例程有兩個參數(shù)，第一個參數(shù)是用于接收原始輸入數(shù)據(jù)，被驅(qū)動打開的底層輸入驅(qū)動的名字；第二個參數(shù)是一個指向輸入驅(qū)動結(jié)構(gòu)(UGL_INPUT_DEV)的指針。
(2)驅(qū)動控制例程。
函數(shù)原型如下：
該函數(shù)有3個參數(shù)：第一個參數(shù)是由驅(qū)動打開例程創(chuàng)建和初始化的驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)；第二個參數(shù)是請求的類型；第三個參數(shù)依賴于第二個參數(shù)的請求類型。
(3)開發(fā)驅(qū)動關(guān)閉例程。該函數(shù)負責(zé)完成關(guān)閉底層輸入驅(qū)動，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)。
最后需實現(xiàn)I2C總線接口驅(qū)動，將底端輸入驅(qū)動及高端輸入驅(qū)動連接起來，完成鍵盤驅(qū)動程序的編寫。
圖5所示是WindML繪圖的一個例子。圖中創(chuàng)建了2個窗口，左邊的窗口通過鍵盤可以控制小球的運動，右邊窗口可以在其中輸入文字。
4 結(jié)語
本文對嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks的媒體庫windML及其圖形界面開發(fā)的方法做了詳細的介紹，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)用于實際工程開發(fā)，并取得了良好的效果。