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MicroWindows體系結(jié)構(gòu)及應(yīng)用程序接口
摘要:MicroWindows是一個(gè)著名的開放源碼的嵌入式GUI軟件。本文簡要論述了MicroWindows的體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序接口,并介紹其設(shè)備驅(qū)動(dòng)特性、API、客戶機(jī)/服務(wù)器模型和畫圖機(jī)制。關(guān)鍵詞:MicroWindows API Nano-X 圖形用戶界面
許多開發(fā)者在嵌入式設(shè)計(jì)中開始使用類似于桌面的操作系統(tǒng)。其中一個(gè)方案就是Linux操作系統(tǒng)。由于Linux在嵌入式系統(tǒng)上具有桌面電腦的全部功能和特性,作為一種免費(fèi)的開放源碼,它允許修改和根據(jù)用戶的要求進(jìn)行定制。
MicroWindows是一個(gè)開放源碼的嵌入式GUI軟件,目的是把圖形視窗環(huán)境引入到運(yùn)行Linux的小型設(shè)備和平臺(tái)上。作為X Window系統(tǒng)的替代品,MicroWindows可以用更少的RAM和文件存儲(chǔ)空間(100KB~600KB)提供相似的功能,允許設(shè)計(jì)得輕松加入各種顯示設(shè)備、鼠標(biāo)、觸摸屏和鍵盤等;可移植性非常好,可用C語言實(shí)現(xiàn);支持Intel 16位/32位CPU、MIPS R4000以及基于ARM內(nèi)核的處理器芯片。
1 體系結(jié)構(gòu)
1.1 分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
MicroWindows采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,在底層提供對(duì)屏幕、鼠標(biāo)、觸摸屏和鍵盤的驅(qū)動(dòng),在程序能訪問實(shí)際的硬件設(shè)備和其它用戶定制設(shè)備。在中間層有一個(gè)可移植圖形引擎,提供繪制線程、區(qū)域填充、繪制多邊形、裁減和使用顏色模式的方法。在頂層實(shí)現(xiàn)多種API以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。目前,MicroWindows中使用兩種流行的圖形編程接口:Microsoft Windows Win32/WinCE圖形顯示接口(GDI)和Xlib接口。前者應(yīng)用于所有的Windows CE和Win32應(yīng)用程序;后者就像Nano-X,應(yīng)用于所有Linux X插件集的最底層,這樣可讓Linux圖形程序員X接口開發(fā)圖形應(yīng)用程序。
1.2 驅(qū)動(dòng)設(shè)備
device.h文件中定義設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。MicroWindows已實(shí)現(xiàn)至少將一個(gè)屏幕、鼠標(biāo)和鍵盤的驅(qū)動(dòng)與系統(tǒng)相連。獨(dú)立圖形設(shè)備引擎的中間層可以使驅(qū)動(dòng)設(shè)備直接完成對(duì)硬件的具體操作。
(1)屏幕驅(qū)動(dòng)
MicroWindows可運(yùn)行在支持Framebuffer的32位Linux系統(tǒng)上,也可使用SVGALib[45]庫來進(jìn)行圖形顯示。此外,還被移植到16位的ELKS和實(shí)模式的MSDOS上,實(shí)現(xiàn)1、2、4、8、16和32位的像素支持,以及實(shí)現(xiàn)VGA16平面模式支持。它的圖形引擎能夠運(yùn)行在任何支持readpixel、writepixel、drawhorzline、drawvertline和setpalette的系統(tǒng)之上。如果底層驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了Blitting,則上層可提供更多的增強(qiáng)功能。在底層函數(shù)的支持之下,上層實(shí)現(xiàn)了對(duì)位圖、字體、光標(biāo)以及顏色的支持。除了基于調(diào)色板的1、2、4和8位像素模式,也實(shí)現(xiàn)15、16和32位像素的真彩模式。
(2)鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)
MicroWindows有三個(gè)鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序。GPM驅(qū)動(dòng)程序mou_gpm.c支持Linux系統(tǒng),串口鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序mou_ser.c支持Linux和ELKS系統(tǒng),int33驅(qū)動(dòng)程序mou_dos.c支持MSDOS系統(tǒng)。鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序的基本功能,是將鼠標(biāo)中的數(shù)據(jù)編碼,然后返回關(guān)于鼠標(biāo)位置和按鍵的相對(duì)或絕對(duì)數(shù)據(jù)。
在Linux下,MicroWindows的主循環(huán)是select()聲明,如果運(yùn)行的系統(tǒng)不支持select(),MicroWindows則提供Poll()入口。
(3)鍵盤驅(qū)動(dòng)
MicroWindows提供兩個(gè)鍵盤驅(qū)動(dòng)程序:Kbd_tty.c適用于Linux和ELKS系統(tǒng),鍵盤被當(dāng)成文件描述符來讀寫;Kbd_bios.c用于MSDOS真彩模式下,它是對(duì)PC BIOS進(jìn)行讀寫來對(duì)按鍵進(jìn)行操作。
1.3 MicroGUI——獨(dú)立圖形設(shè)備引擎
MicroWindows的MicroGUI提供了對(duì)屏幕、鼠標(biāo)、鍵盤驅(qū)動(dòng)程序和硬件之間的接口。用戶應(yīng)用程序不能直接調(diào)用核心圖形引擎,但是可通過API函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。核心程序在客戶機(jī)/服務(wù)器模型下常駐在服務(wù)器上,使用內(nèi)部的文本字體和位圖文本模式。此外,核心程序使用的是指針,這樣不用靠轉(zhuǎn)變成句柄來實(shí)現(xiàn)更多的復(fù)雜功能。
MicroWindows中的核心程序以GdXXX()開頭,與之相連的是圖形輸出系統(tǒng)而不是窗口管理系統(tǒng)。此外,還控制所有的裁剪和顏色轉(zhuǎn)換功能。以下是組成MicroWindows核心模塊的文件:
dvdraw.c——核心圖形程序,關(guān)于繪制線段、圓、多邊形及其填充,文本和位圖文件的繪制和顏色轉(zhuǎn)換;
devclip.c——核心裁剪程序;
devrgn.c——?jiǎng)討B(tài)分配程序;
devmouse.c——鼠標(biāo)控制程序;
devkbd.c——核心鍵盤控制程序;
devpalX.c——連接到系統(tǒng)調(diào)色板。
1.4 應(yīng)用程序接口
MicroWindows提供兩個(gè)應(yīng)用程序接口:MicroWindows API(源代碼在win*.c中)和Nano_XAPI(源代碼在nanox*.c中)
在MicroWidows上的API函數(shù)的基本模型都是用來初始化屏幕、鍵盤和鼠標(biāo)的驅(qū)動(dòng)程序,然后一直等待select()消息循環(huán)。當(dāng)事件發(fā)生時(shí),這條信息將送到用戶程序。如果是用戶請(qǐng)求圖形操作,那參數(shù)將被編碼后送到適當(dāng)?shù)腉dXXX核心程序上。與原始圖形操作相對(duì)的窗口概念是被該層所控制的,也就是說該層的API函數(shù)定義了窗口及其對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的概念。這樣,系統(tǒng)坐標(biāo)就能被轉(zhuǎn)成屏幕上顯示的坐標(biāo),并且可將數(shù)據(jù)傳給GdXXX核心程序,由其作實(shí)際操作。該層亦定義圖形/顯示文件,并且會(huì)將此信息包括裁減信息送到核心程序上。
MicroWindows API支持大多數(shù)圖形繪制、裁減、窗口工具條繪制以及拖拉窗口等這些程序。Nano_x API以mini-X服務(wù)器基礎(chǔ),類似于X的一個(gè)API,沿用X Window中的Xlib API,命名都是GrXXX()而不是X Windows中的X)。Nano-x API加入了基于網(wǎng)絡(luò)的客戶機(jī)/服務(wù)器功能,但是沒有實(shí)現(xiàn)窗口管理,所以對(duì)窗口的處理需要使用系統(tǒng)提供的一個(gè)插件(widget)集,或者完全由應(yīng)用程序員自已開發(fā)。
2 圖形引擎特性與實(shí)現(xiàn)
圖形引擎層的功能是完成圖形在實(shí)虛屏之間的轉(zhuǎn)換,以Gd...為開頭,并將指針傳給PSD作為它的首個(gè)參數(shù)。PSD參數(shù)將指定底層的顯示模式,例如設(shè)備的垂直和水平尺寸、硬件使用的顏色模式。另外,真正執(zhí)行畫圖的程序在這一層中作為功能指針使用。所有屏幕坐標(biāo)都是COORD類型。
顏色在圖形引擎中被指定RGB CILORVAL模式,然后被轉(zhuǎn)換成顏色指針,以PIXELVAL模式傳給顯示硬件,在32bpp(bit per pixel)真彩顯示器環(huán)境下不必轉(zhuǎn)換。
(1)區(qū)域
區(qū)域用來描述屏幕上像素點(diǎn)的分布。在MicroWindows中,區(qū)域是用一些無交迭的矩形組成的數(shù)組來描述的。目前實(shí)現(xiàn)區(qū)域有兩種方法,最初是用一個(gè)靜態(tài)數(shù)組CLIPRECTs來描述復(fù)雜區(qū)域。在這個(gè)數(shù)組中任一矩形中的點(diǎn)都被認(rèn)為是存在這個(gè)區(qū)域中的,另一個(gè)全局變量clipcount用來給這個(gè)數(shù)組中的矩形計(jì)數(shù)。這個(gè)方法沒有給區(qū)域管理提供入口點(diǎn),所以整個(gè)數(shù)組的數(shù)據(jù)直接被送到負(fù)責(zé)裁剪功能的函數(shù)數(shù)口。新方法則可以創(chuàng)建任何數(shù)目的區(qū)域。用來描述區(qū)域的數(shù)組CLIPREGION被定義成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)組,可動(dòng)態(tài)分配它所包含矩形的數(shù)量,這樣那些無交迭的矩形被存放在“y-x”類型的隊(duì)列中。在同一隊(duì)列中,所有矩形的垂直高度y是一樣的,這意味著在每個(gè)隊(duì)列中只有矩形的寬度可變。實(shí)際程序是利用Intersection、Union、Subtraction、Exclusive OR等方法來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建、刪除一個(gè)區(qū)域或者是將幾個(gè)區(qū)域或矩形合并。以下是這種方法設(shè)計(jì)的幾個(gè)函數(shù)。
GdAllocRegion 創(chuàng)建一個(gè)區(qū)域
GdDestroyRegion 刪除一個(gè)區(qū)域
GdCopyRegion 復(fù)制區(qū)域
GdUnionRectWithRegion 將一個(gè)矩形和一個(gè)區(qū)域合并
GdIntersectRegion 在兩個(gè)區(qū)域的交集處創(chuàng)建一個(gè)新區(qū)域
GdSubtractRegion 在兩個(gè)區(qū)域的差集處創(chuàng)建一個(gè)新區(qū)域
GdUnionRegion 在兩個(gè)區(qū)域的并集創(chuàng)建一個(gè)新區(qū)域
GdXorRegion
(2)裁剪
圖形引擎中有一個(gè)由圖形操作定義的由一些矩形組成的裁剪區(qū),如果點(diǎn)被包含在這些裁減區(qū)內(nèi)就會(huì)被繪制出來。有兩個(gè)裁剪算法:devclipl.c針對(duì)靜態(tài)矩形數(shù)組,devclipc2.c針對(duì)新的動(dòng)態(tài)數(shù)組。GdSetClipRects是唯一刪除區(qū)域并指定后來的圖形操作的入口點(diǎn)。所有的繪圖程序都要調(diào)用兩個(gè)附加程序來決定是否畫圖。GdClipPoint獲取屏幕坐標(biāo)的(x,y)點(diǎn),如果該點(diǎn)被繪制出來的話,則返回TRUE。GdClipArea獲取屏幕上方最左的或者下方最右的點(diǎn)并回以下值:CLIP_VISIBLE(指定區(qū)域在原區(qū)域內(nèi))、CLIP_INVISIBLE(指定區(qū)域不在原區(qū)域內(nèi))、CLIP_PARTIAL(指定區(qū)域部分在原區(qū)域內(nèi))。
(3)畫線
MicroWindows使用GdPoint畫點(diǎn),GdLine畫線。畫線時(shí)使用當(dāng)前的前景色(DgSetForeground指定)。有兩種繪制模式:MODE_SET和MODE_COR。
(4)矩形、圓和橢圓以及多邊形
矩形、圓和橢圓的繪制分別調(diào)用GdRect和GdEllipse來實(shí)現(xiàn)。MicroWindows中定義了一個(gè)包含(x,y)多邊形頂點(diǎn)的數(shù)組來表示多邊形,調(diào)用GdLine函數(shù)畫線,把這些點(diǎn)相連就可以實(shí)現(xiàn)畫多邊形。繪制時(shí)使用前景色。
(5)區(qū)域填充
MicroWindows中使用GdFillRect函數(shù)填充矩形區(qū)域,填充使用前景色。填充圓和橢圓使用GdFillEillpse函數(shù),填充多邊形使用GdFillPoly函數(shù)。填充的實(shí)現(xiàn)是在屏幕驅(qū)動(dòng)中不斷地調(diào)用GrawHorzLine函數(shù)。
(6)字體和文本輸出
MicroWindows支持可變/不可變字體。文本輸出時(shí)使用GdSetFont定義輸出使用的字體,再調(diào)用GdText函數(shù)輸出。
(7)顏色模式和調(diào)色板
MicroWindows支持RGB顏色,顏色匹配,真彩和調(diào)色板顯示,3D效果的顯示。
(8)圖片繪制
MicroWindows支持兩種格式的圖片。單色圖片用IMAGEBITS結(jié)構(gòu)(1表示前景色,0表示背景色)來定義,繪制時(shí)調(diào)用GdBitmap程序。彩色圖片可以分別定義為1、4、8 bpp的模式,用IMAGEHDR結(jié)構(gòu)來表示。繪制時(shí)調(diào)用GdDrawImage函數(shù)。
(9)映射
映射功能在實(shí)虛屏的轉(zhuǎn)換中使用。GdBlit可以實(shí)現(xiàn)上層的API將虛擬內(nèi)存存復(fù)制到顯示屏上,復(fù)制時(shí)調(diào)用GdBlit函數(shù)。
3 MicroWindows API
MicroWindows API中的基本通信機(jī)制是消息機(jī)制。一個(gè)消息機(jī)制中包含了message number和兩個(gè)參數(shù):wParam、lParam。Message被存放在應(yīng)用程序的message-queue中,GetMessage函數(shù)將其取出。WM_GHAR針對(duì)鍵盤輸入,WM_LBUTTONDOWN針對(duì)鼠標(biāo)鍵被按下。窗口創(chuàng)建時(shí)使用WMCREATE,刪除時(shí)使用WM_DESTROY。DispatchMessage將消息傳到處理程序的窗口。
以下是處理消息的有關(guān)函數(shù):
SendMessage 將消息傳到窗口
PostMessage 將消息傳到消息隊(duì)列
PostQuitMessage 傳遞WM_QUIT消息到消息隊(duì)列讀時(shí)中斷程序
GetMessage 得到消息后結(jié)束中斷
TranslateMessage 將按鍵按下/彈起的消息傳到WMCAR
DispatchMessage 將消息傳到為它分配的窗口程序
3.2 窗口的創(chuàng)建和刪除
RegisterClass 定義新的窗口類型并啟動(dòng)窗口程序
UnRegisterClass 刪除窗口類型
CreateWindowsEx 按窗口類型創(chuàng)建一個(gè)窗口
DeatroyWindow 刪除一個(gè)窗口
窗口創(chuàng)建后產(chǎn)生WM_CREATE消息,刪除產(chǎn)生WM_DESTROY消息。
3.3 窗口的顯示、隱藏和移動(dòng)
ShowWindow函數(shù)指定窗口是否可見。MoveWindow改變窗口的位置和大小。窗口位置改變時(shí),產(chǎn)生WM_MOVE消息;窗口大小改變時(shí),產(chǎn)生WM_SIZE消息。
3.4 窗口的繪制
窗口繪制時(shí)產(chǎn)生WM_PAINT消息。窗口的標(biāo)題欄自動(dòng)繪制,設(shè)置屬性使用SetWinowText,察看屬性使用GetWindowText。
(1)實(shí)虛屏切換
窗口繪制使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是屏幕上的絕對(duì)坐標(biāo)系,MicroWindows API使用的是相對(duì)坐標(biāo)系。GetClientRect和GetWindowRect函數(shù)各自返回虛屏和實(shí)屏的坐標(biāo)值。
(2)Device Contexts
調(diào)用圖形API之間要包含device context。它指定系統(tǒng)所使用的窗口和坐標(biāo)系,同時(shí)還定義系統(tǒng)默認(rèn)的前景色和背景色。
GetDC用來包含device context。在畫標(biāo)題欄還需調(diào)用GetWindowDC。GetDCEx定義子/兄弟窗口的裁剪操作。繪制結(jié)束時(shí)調(diào)用ReleaseDC釋放DC。
(3)圖形API
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3.5 其它實(shí)用函數(shù)
WndSetDesktopWallpaper 設(shè)置桌面的背景圖片
WndSetCursor 為窗口創(chuàng)建光標(biāo)
WndRaiseWindow 拉伸窗口
WndLowerWindow 縮小窗口
WndGetTopWindow 返回最上層窗口的句柄
Sleep 睡眠
(1)設(shè)置窗口中心
WM_SETFOCUS和WMKILLFOCUS分別用于獲取/刪除中心。GetActiveWindow返回ancestor窗口,GetDesktopWINDOW返回當(dāng)前桌面窗口的句柄。
(2)鼠標(biāo)捕獲
WM_MOUSEMOVE用來表示鼠標(biāo)被移動(dòng)。SetCapture獲取全部的鼠標(biāo)移動(dòng)信息,ReleaseCapture返回到程序,GetCaptrue返回到捕獲區(qū)域。
(3)區(qū)域管理
SetRect 定義一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)
SetRectEmpty 定義一個(gè)空矩形
CopyRect 復(fù)制一個(gè)矩形
IsRectEmpty 為空矩形時(shí)返回TRUE
InflateRect 放大矩形
OffsetRect 移動(dòng)矩形
PtInRect 判斷點(diǎn)是否在矩形區(qū)內(nèi)
4 Nano-X API
(1)Client/Server模型
Nano-X允許應(yīng)用程序使用Client/Server網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或本地UNIX Domain Socket,可讓幾個(gè)應(yīng)用程序運(yùn)行在嵌入式設(shè)備或遠(yuǎn)端主機(jī)上,并連接到Server上顯示出來。
(2)窗口的創(chuàng)建和刪除
Nan0-X中使用GrNewWindow創(chuàng)建窗口。GrNewInputWindow定義窗口只允許用來輸入。函數(shù)定義了窗口的邊界和顏色。
(3)窗口的顯示、隱藏和移動(dòng)
GrMapWindow用來顯示窗口,GrUnmapWindow用來隱藏,GrRaiseWindow用來拉伸,GrLowerWindow用來縮小,GrMoveWindow用來移動(dòng),GrResizeWindow用來改變窗口大小。
(4)窗口中的繪制
①Graphics Context。GrNewGC用來分配graphics Context,刪除時(shí)使用GrDestroyGC,GrCopyGC用來復(fù)制。創(chuàng)建一個(gè)Graphics Context后,服務(wù)器返回一個(gè)Graphics Context的ID,用來作為API的參數(shù)。GC中不存放裁剪區(qū)和系統(tǒng)坐標(biāo)系。
②繪圖API。見補(bǔ)充版(http://www.htc668.com收集整理)。
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