基于WindML的VxWorks圖形驅(qū)動(dòng)研究

　　引 言

　　基于VxWorks操作系統(tǒng)的圖形顯示有多種解決方案。VxWorks圖形開(kāi)發(fā)組件WIND MEDIA LIBRARY是一個(gè)適用于VxWorks下開(kāi)發(fā)圖形用戶界面的媒體庫(kù)，它提供了一系列的API函數(shù)，功能強(qiáng)大，易于實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面的開(kāi)發(fā)。鑒于此，本文介紹了圖形設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)以及圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng)的體系結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)闡述了windML下的VxWorks圖形驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的一般步驟。

　　1 VxWorks及WindML介紹

　　VxWorks操作系統(tǒng)是Wind River System公司(簡(jiǎn)稱"風(fēng)河公司")設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，具有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛應(yīng)用在通信、軍事、航空和航天等高尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通信、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)和飛機(jī)導(dǎo)航等。

　　WindML(Wind Media Library，媒體庫(kù))，支持基于嵌入式操作系統(tǒng)的多媒體應(yīng)用程序，為多種操作系統(tǒng)提供基本的圖形、視頻、聲頻技術(shù)，并且提供了一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的框架，WindML還提供了一系列工具用來(lái)處理輸入設(shè)備和過(guò)程事件。

　　WindML包含兩個(gè)組件：軟件開(kāi)發(fā)工具包(SDK)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工具包(DDK)。

　　SDK用來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。它為圖形、輸入設(shè)備、多媒體、字體、內(nèi)存管理等設(shè)備提供了一個(gè)全面的API集合，并且允許開(kāi)發(fā)者在不同的硬件平臺(tái)下完成獨(dú)立于硬件的代碼。

　　DDK用來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。它提供了一系列通用硬件配置下的驅(qū)動(dòng)參考程序，以及能夠使開(kāi)發(fā)者迅速開(kāi)發(fā)出驅(qū)動(dòng)程序的API集合。DDK具有可擴(kuò)展性和可定制性。

　　2 圖形驅(qū)動(dòng)的體系結(jié)構(gòu)

　　WindML圖形驅(qū)動(dòng)主要通過(guò)以下3層進(jìn)行通信：2D層、板級(jí)支持包及操作系統(tǒng)和圖形硬件設(shè)備。體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2.1 2D層

　　2D層與圖形驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)UGL圖形接口結(jié)構(gòu)(ugL_ugi_driver結(jié)構(gòu))進(jìn)行通信，ugL_ugi_driver結(jié)構(gòu)在install-Dir/target/h/ugl/uglugi.h中定義。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。舉例如下：

　　如果應(yīng)用需要畫(huà)線，就要調(diào)用uglLine()。此函數(shù)在installDir/target/src/ugl/2d下執(zhí)行，然后uglLine()通過(guò)UGL結(jié)構(gòu)的線條程序指針調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的線條驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序就把線條畫(huà)在指定的位置。一些圖形驅(qū)動(dòng)程序在圖形設(shè)備畫(huà)圖的地方運(yùn)用了加速程序，驅(qū)動(dòng)可以快速地為應(yīng)用返回一個(gè)控制。有的圖形驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)用軟件程序有效地把數(shù)據(jù)每次一個(gè)像素地寫(xiě)入目的位置。2D層并不知道圖形驅(qū)動(dòng)是怎樣勾畫(huà)線條，也不知道圖形設(shè)備硬件是怎樣操作的。UGI結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)提取層分離了2D層和圖形驅(qū)動(dòng)。

　　2.2 板極支持包及操作系統(tǒng)

　　WIND MEDIA LIBRARY圖形驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)硬件提取API與操作系統(tǒng)通信，硬件提取API提供了允許圖形驅(qū)動(dòng)保留獨(dú)立于母板和CPU的接口。硬件提取API執(zhí)行以下操作：

　?、儆成湓O(shè)備到MMU;

　?、谠谝龑?dǎo)時(shí)設(shè)置設(shè)備相關(guān)寄存器;

　　③返回圖形設(shè)備的基地址及每一個(gè)地址偏移量。

　　2.3 圖形硬件設(shè)備

　　圖形設(shè)備接口由圖形硬件設(shè)備定義。對(duì)于一些圖形設(shè)備，其接口是復(fù)雜的SVGA寄存器裝置，好多寄存器為不同類型的輸出提供特征以及屏幕尺寸的適時(shí)更新。這些設(shè)備一般包含幾個(gè)可擴(kuò)展的寄存器作為圖形加速器。可加速的操作有線條、填充、顏色擴(kuò)充、光標(biāo)。有的圖形設(shè)備相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需要連接LCD即可，不提供加速器。

　　3 圖形驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)以下步驟實(shí)現(xiàn)圖形驅(qū)動(dòng)。

　　3.1 創(chuàng)建源文件及頭文件目錄

　　WIND MEDIA LIBRARY圖形驅(qū)動(dòng)目錄結(jié)構(gòu)如下：

　?、賗nstallDir/target/src/ugl/driver/graphics。圖形設(shè)備所有的源代碼都在此目錄下。在此目錄下，對(duì)應(yīng)每一個(gè)圖形設(shè)備廠商都有一個(gè)子目錄，并且在相應(yīng)的子目錄下，根據(jù)不同的設(shè)備型號(hào)或者顏色深度又可建立下一級(jí)的子目錄。

　?、趇nstallDirtargethugldrivergraphics。圖形設(shè)備所有的頭文件都在此目錄下。在此目錄下，對(duì)應(yīng)每一個(gè)圖形設(shè)備廠商都一個(gè)子目錄。除了指定廠商的圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之外，在同級(jí)子目錄里還包含了通用的圖形驅(qū)動(dòng)程序，通用的驅(qū)動(dòng)程序可以被所有的驅(qū)動(dòng)程序所用。如果要添加新的圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，只需在此圖形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)目錄下建立相應(yīng)廠商子目錄。 3.2 創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)頭文件

　　驅(qū)動(dòng)程序頭文件是根據(jù)設(shè)備硬件定義的。部分信息必須在頭文件里定義，這些信息注釋了WIND MEDIA LIBRARY的其他部分如何訪問(wèn)圖形驅(qū)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)程序如何獲得配置信息。

　　(1)圖形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

　　圖形驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)必須在頭文件中由ugl_ugi_driver結(jié)構(gòu)定義。此結(jié)構(gòu)包含連同2D層接口一起的所有的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)元素以及2D層訪問(wèn)圖形驅(qū)動(dòng)的功能指針。下面給出了一個(gè)圖形結(jié)構(gòu)的定義：

　　此結(jié)構(gòu)指定圖形設(shè)備為Chips。Chips由所用芯片決定，可選。因?yàn)樗С侄喾N芯片類型及總線類型，所以此圖形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展多個(gè)數(shù)據(jù)元素，還可擴(kuò)展多個(gè)附加的支持。

　　(2)配置管理

　　圖形驅(qū)動(dòng)程序必須從WIND MEDIA LIBRARY配置過(guò)程中獲得配置信息。具體配置信息包括：顯示解決方案;色彩格式及像素深度;添加、刪除附加功能的元素縮放比例。

　　3.3 實(shí)現(xiàn)設(shè)備創(chuàng)建程序

　　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，uglInitialize()程序在WIND MEDIA LIBRARY初始化時(shí)調(diào)用xxxDevCreate()。xxxDevCreate()程序是必需的，也是唯一一個(gè)存ugl_ugi_driver結(jié)構(gòu)中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的功能指針的函數(shù)。設(shè)備創(chuàng)建程序必須返回一個(gè)指向已初始化的ugl_ugI_driver數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針，如果驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建函數(shù)初始化設(shè)備失敗，則返回NULL指針標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤。創(chuàng)建函數(shù)的功能原型為：

　　3.3.1 輸入?yún)?shù)

　　第1個(gè)參數(shù)instance為圖形設(shè)備號(hào)。第2和第3兩個(gè)參數(shù)可以根據(jù)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序而改變，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可運(yùn)用這兩個(gè)參數(shù)做任何用途。

　　3.3.2驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建程序的必要處理

　　(1)分配驅(qū)動(dòng)圖形結(jié)構(gòu)此結(jié)構(gòu)已在驅(qū)動(dòng)頭文件里定義。

　　(2)利用硬件提取層打開(kāi)圖形設(shè)備

　　分配了驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)之后，硬件提取層將被用來(lái)打開(kāi)圖形設(shè)備，校驗(yàn)是否能被寫(xiě)入和映射設(shè)備到虛擬內(nèi)存。在此過(guò)程中，圖形沒(méi)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;仞始化圖形芯片的內(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ugLugi_driver結(jié)構(gòu)的指針。如果xxxDevCreate()函數(shù)執(zhí)行失敗，則返回NULL。

　　3.4實(shí)現(xiàn)信息控制程序

　　每一個(gè)驅(qū)動(dòng)都必須支持一個(gè)信息控制程序，xxxinfo()。這個(gè)程序允許應(yīng)用質(zhì)問(wèn)驅(qū)動(dòng)提供的支持并且控制各種選項(xiàng)。在很多方面，xxxinfo()與標(biāo)準(zhǔn)控制函數(shù)ioctl()程序相似。以下應(yīng)用會(huì)用到xxxinfo()：

　?、佾@得畫(huà)面緩沖器的特征，比如畫(huà)面緩沖器的地址、視頻存儲(chǔ)的數(shù)量、顯示的寬度和高度;

　　②獲得基色的信息，比如索引的或直接的顏色模式、RGB或YUV色彩空間、色彩深度和索引色彩系統(tǒng)下的顏色查找表的大小;

　?、蹫閳D形設(shè)備例示一個(gè)擴(kuò)展。

　　3.5實(shí)現(xiàn)設(shè)備銷毀程序

　　每一個(gè)驅(qū)動(dòng)都必須支持一個(gè)。xxxDevDestroy()程序。此程序釋放系統(tǒng)資源和圖形硬件設(shè)備。具體執(zhí)行以下任務(wù)：

　　①釋放已經(jīng)分配的顏色表;

　?、卺尫潘械南到y(tǒng)資源;

　?、坩尫牌渌付?qū)動(dòng)的資源;

　?、苋绻线m，則恢復(fù)圖形硬件到原模式;

　?、葆尫膨?qū)動(dòng)結(jié)構(gòu);

　　⑥關(guān)閉圖形設(shè)備;

　?、叻祷夭僮鞯臓顟B(tài)。

　　4 結(jié) 論

　　VxWorks圖形顯示有多種解決方案，但WindML其強(qiáng)大的功能不但為嵌入式產(chǎn)品提供了人性化的操作、維護(hù)界面，而且還提供了一系列API函數(shù)及多種設(shè)備通用驅(qū)動(dòng)，可跨越大范圍的CPU，有較高的硬件獨(dú)立性，大大降低了開(kāi)發(fā)人員在開(kāi)發(fā)圖形用戶界面時(shí)的難度。因此，本文只論述了基于VxWorks圖形開(kāi)發(fā)組件WindML的圖形顯示方案。本方案已經(jīng)成功運(yùn)用，效果很好。