基于嵌入式linux系統(tǒng)的GUI方案設(shè)計(jì)

嵌入式linux操作系統(tǒng)的快速發(fā)展，迫切需求一種簡(jiǎn)潔的人機(jī)交互界面，為此，本文介紹了如何在FrameBuffer基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)自己的嵌入式GUI的簡(jiǎn)單方法。

1顯示原理

1.1 顏色表示

顏色是所有繪圖操作的基礎(chǔ)。16位的LCD屏一般需要2個(gè)字節(jié)來(lái)表示。16位RGB格式一般可分為RGB565與RGB5551兩種格式。其中RGB565格式如表1所列，而其RGB5551格式如表2所列。表中的R為紅色分量，G為綠色分量，B為藍(lán)色分量。



由于顏色采用的是RGB565規(guī)則。因此。基本顏色，即紅色、綠色、藍(lán)色按照RGB565規(guī)則可分別為0xf800、0x07e0、Ox001f。由此可見(jiàn)，如果用十六進(jìn)制直接表示顏色會(huì)非常不便。目前，普遍為軟件工程師所接受的顏色表示方式為24位的RGB，其中R、G、B三個(gè)分量各占用一個(gè)字節(jié)，范圍是0～255。因此，應(yīng)該為MIS軟件系統(tǒng)提供一個(gè)從24位RGB轉(zhuǎn)化為16RGB的接口。該接口用宏來(lái)實(shí)現(xiàn)的具體方式如下：

#define RGB(r,g,b) (((r>>3)11)O((g>>2)5)O(b>>3))

1.2畫點(diǎn)操作

圖形設(shè)備接口的最基本操作為畫點(diǎn)，任何其它繪圖函數(shù)都是基于畫點(diǎn)來(lái)完成的。其原理是以屏的左上角第一個(gè)像素點(diǎn)為(0，0)點(diǎn)，向右為x軸，向下為y軸建立坐標(biāo)系，只要提供某點(diǎn)的橫坐標(biāo)x，縱坐標(biāo)y和顏色值，就可以通過(guò)一定的算法找到(x，y)所表示的地址，然后將該地址上的2個(gè)字節(jié)替換為指定的顏色值。例如有一塊640×480×16的LCD，像素的首地址為0x40000000，那么，其中的第2行、第3列的像素位置如圖1所示。



如果要把第2行、第3列的像素由原來(lái)的白色(0xfff)變?yōu)楹谏?0x0000)。那么，就可以根據(jù)下面的尋址方式找到地址：

最終地址=首地址+y×2×屏的寬度+x×2

其中，首地址表示第1行第1列像素所對(duì)應(yīng)的地址。由上式，該點(diǎn)的地址=0x40000000+2×2×0x280+3×2=0x40000A06。那么0x40000A06地址對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)為十六位顏色的低字節(jié)部分，而0x40000A07地址對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)為十六位顏色的高字節(jié)部分。

例如，畫點(diǎn)函數(shù)可用下面的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)：



其中m_pScreen_Addr是屏的首地址，m_nSereen_Width和m_nScreen_Height則分別為屏寬和屏高。這樣，就可以在畫點(diǎn)的基礎(chǔ)上根據(jù)Bresenham算法延伸出各種各樣的基本繪圖操作來(lái)，比如畫直線、畫矩形和畫圓等。

2 FrameBuffer接口

FrameBuffer是出現(xiàn)在2.2.xx內(nèi)核當(dāng)中的一種驅(qū)動(dòng)程序接口。Linux抽象出FrameBuffer這個(gè)設(shè)備可供用戶態(tài)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)直接寫屏。FrameBuffer機(jī)制模仿顯卡的功能是將顯卡硬件結(jié)構(gòu)抽象掉，然后通過(guò)FrameBuffer的讀寫直接對(duì)顯存進(jìn)行操作。用戶可以將FrameBuffer看成是顯示內(nèi)存的一個(gè)映像。在將其映射到進(jìn)程地址空間之后，就可以直接進(jìn)行讀寫操作，而且寫操作還可以立即反映在屏幕上。這種操作是抽象的、統(tǒng)一的。用戶不必關(guān)心物理顯存的位置和換頁(yè)機(jī)制等具體細(xì)節(jié)，而這些都可由FrameBuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。

Linux采用虛擬內(nèi)存技術(shù)，系統(tǒng)中的所有進(jìn)程之間以虛擬方式共享內(nèi)存。對(duì)每個(gè)進(jìn)程來(lái)說(shuō)，它們好像都可以訪問(wèn)整個(gè)系統(tǒng)的所有物理內(nèi)存。更重要的是，即使單獨(dú)一個(gè)進(jìn)程，它擁有的地址空間也可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)物理內(nèi)存。在地址空間中，進(jìn)程有權(quán)訪問(wèn)虛擬內(nèi)存地址區(qū)間(比如08048000～0804c000)。這些可被訪問(wèn)的合法地址區(qū)間叫做內(nèi)存區(qū)域(memory area)。通過(guò)內(nèi)核，進(jìn)程可以給自己的地址空間動(dòng)態(tài)地添加或減少內(nèi)存區(qū)域，而進(jìn)程只能訪問(wèn)有效范圍內(nèi)的內(nèi)存地址。每個(gè)內(nèi)存區(qū)域也具有相應(yīng)進(jìn)程必須遵循的特定訪問(wèn)屬性，如只讀、只寫、可執(zhí)行等屬性。如果一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)了不在有效范圍中的地址，或以不正確的方式訪問(wèn)了有效地址，那么，內(nèi)核將會(huì)終止該進(jìn)程，并返回“段錯(cuò)誤”信息。

在應(yīng)用程序中，一般將FrameBuffer設(shè)備映射到進(jìn)程地址空間，比如下面的程序就可打開(kāi)／dev／ib0設(shè)備，并通過(guò)mmap系統(tǒng)調(diào)用來(lái)進(jìn)行地址映射，隨后用memset將屏幕清空。Struct fb_var_screen-info記錄了幀緩沖設(shè)備和指定顯示模式的可修改信息，包括顯示屏幕的分辨率、每個(gè)像素的比特?cái)?shù)和一些時(shí)序變量。實(shí)現(xiàn)以上過(guò)程的函數(shù)代碼如下：