1．引言：
嵌入式系統(tǒng)功能的日益強(qiáng)大使得在嵌入式產(chǎn)品中包含圖形界面功能成為一種趨勢(shì),。但是嵌入式系統(tǒng)有著面向特定應(yīng)用,、實(shí)時(shí)、高效等特點(diǎn),，對(duì)系統(tǒng)資源的利用受自身?xiàng)l件的限制,，對(duì)GUI有著輕型，高可靠性，高穩(wěn)定性等要求,。

高清數(shù)字電視解碼平臺(tái)HDTV SoC是由上海交通大學(xué)自行研究開(kāi)發(fā)的,，以數(shù)字電視機(jī)頂盒為應(yīng)用背景的嵌入式單片系統(tǒng)。在硬件平臺(tái)構(gòu)建和操作系統(tǒng)移植的基礎(chǔ)上,，系統(tǒng)對(duì)友好的界面提出了更高的要求,。在有限的系統(tǒng)資源和高效的實(shí)時(shí)性能等條件約束下，如何為該平臺(tái)提供GUI的支持成為了一個(gè)難點(diǎn),。

MiniGUI是一種面向?qū)崟r(shí)嵌入式系統(tǒng)的輕量級(jí)圖形界面支持系統(tǒng),，具有小巧，高效,，可移植性好等特點(diǎn),。針對(duì)HDTV SoC平臺(tái)的硬件特點(diǎn)和MiniGUI體系結(jié)構(gòu)的特性，本文提出了移植MiniGUI來(lái)建立圖形界面的方法,，并且通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證了該方法的可行性,。

2．HDTV SoC平臺(tái)和MiniGUI:

HDTV SoC 是用于高清數(shù)字電視信號(hào)接收端的解碼平臺(tái)。如圖1所示：該平臺(tái)包含以下功能模塊：傳輸流解復(fù)用(TSD),，系統(tǒng)控制,音頻解碼、視頻解碼,，視頻處理,，顯示后處理(OSD)，以及串口等外圍設(shè)備,。視頻支持MPEG－II高清和標(biāo)清解碼,，音頻支持AAC、AC3,、MP3,、MP2格式。該系統(tǒng)內(nèi)嵌兩顆MIPS CPU分別用作系統(tǒng)控制和音頻解碼, 設(shè)計(jì)時(shí)鐘為108MHz,，含有32M SDRAM,，8M FLASH。

在HDTV SoC平臺(tái)上建立圖形界面,，需要分別利用串口模塊（UART）和顯示后處理模塊（OSD）作為輸入和輸出設(shè)備,。充分而高效地將顯示后處理模塊(OSD)的功能與上層軟件有機(jī)結(jié)合是有效建立圖形界面的關(guān)鍵。

MiniGUI是一種針對(duì)嵌入式設(shè)備的,，跨操作系統(tǒng)的輕量級(jí)圖形界面支持系統(tǒng),。作為操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間的中間件，MiniGUI隱藏了底層操作系統(tǒng)與硬件平臺(tái)的差別,，為上層應(yīng)用程序提供了一致的功能特性,。

MiniGUI具有良好的軟件架構(gòu)，通過(guò)可移植層（Portable Layer）將MiniGUI上層和底層操作系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)；可移植層可將特定操作系統(tǒng)及底層硬件的細(xì)節(jié)隱藏起來(lái),，而上層應(yīng)用程序無(wú)需關(guān)心底層硬件平臺(tái)的輸入和輸出,。作為國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的嵌入式圖形界面中間件產(chǎn)品，相對(duì)與其它嵌入式GUI系統(tǒng),，MiniGUI有以下優(yōu)勢(shì)：1.輕型,，占用資源少。2.高性能,，高可靠性,。3.可配置。4.可伸縮性強(qiáng),。5.跨操作系統(tǒng)支持

3．移植MiniGUI:
MiniGUI的體系結(jié)構(gòu)可表示如下圖：

圖2 MiniGUI的體系結(jié)構(gòu)

如圖3所示,，MiniGUI從上到下包括應(yīng)用程序，核心層,，可移植層（圖形與輸入設(shè)備抽象層）以及輸入輸出設(shè)備層,。其中，圖形引擎（GAL）和輸入引擎（IAL）一起構(gòu)成可移植層,?？梢浦矊訛樯蠈犹峁┝私y(tǒng)一的輸入輸出的抽象接口，從而增強(qiáng)了MiniGUI的可移植性,。移植MiniGUI主要是根據(jù)具體的硬件平臺(tái)對(duì)可移植層及以下各層作相應(yīng)的修改,，大致包括三方面工作。

首先,，定制圖形引擎,。MiniGUI可以支持包括SVGALib 和 LibGGI在內(nèi)的多種圖形引擎，另外還自帶了基于framebuffer設(shè)備的私有圖形引擎,。相對(duì)于其他圖形引擎,，私有引擎專為L(zhǎng)inux平臺(tái)上的MiniGUI而設(shè)計(jì)，有更好的性能和顯示效果,，因此在Linux平臺(tái)上被廣泛采用,。但是該引擎需要Linux內(nèi)核中包含對(duì)顯示設(shè)備的framebuffer驅(qū)動(dòng)的支持。針對(duì)HDTV SoC平臺(tái),，如果我們采用MiniGUI的私有圖形引擎,，就需要在Linux內(nèi)核中添加基于OSD硬件的framebuffer驅(qū)動(dòng)程序。

其次,，定制輸入引擎,。不同的平臺(tái)在輸入引擎上差別較大。HDTV SoC平臺(tái)采用UART作為輸入設(shè)備,，所以輸入引擎要基于UART,，將UART得到的外部信息轉(zhuǎn)換為上層應(yīng)用程序能夠理解和識(shí)別的信息格式,。

最后，需要根據(jù)平臺(tái)特性和應(yīng)用需求對(duì)MiniGUI進(jìn)行功能配置,。

我們將圖3中的圖形設(shè)備（Graphic Device）和輸入設(shè)備(Input Device)替換為具體的驅(qū)動(dòng)程序及相應(yīng)的硬件設(shè)備可得出MiniGUI在HDTV SoC平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的具體框圖如圖4所示：

經(jīng)過(guò)以上分析之后,，我們更加明確了移植所要做的工作，并且可進(jìn)一步將整個(gè)移植過(guò)程分為三階段：第一,，開(kāi)發(fā)和調(diào)試基于OSD硬件的framebuffer驅(qū)動(dòng)程序,，并且調(diào)試圖形引擎，這是整個(gè)移植過(guò)程中最為關(guān)鍵的一步,；第二,，定制和調(diào)試基于UART設(shè)備的輸入引擎；第三,，開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序,，并且交叉編譯和配置整個(gè)MiniGUI。

首先,，我們需要開(kāi)發(fā)針對(duì)HDTV SoC 平臺(tái)上OSD硬件設(shè)備的framebuffer驅(qū)動(dòng)程序,。framebuffer機(jī)制定義了一組與顯示設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作，對(duì)顯示設(shè)備的幀緩存進(jìn)行了軟件抽象,，為上層提供了統(tǒng)一的訪問(wèn)接口,，屏蔽了底層硬件的細(xì)節(jié)。應(yīng)用程序?qū)υ摻M數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行訪問(wèn),，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同顯卡硬件的訪問(wèn)操作,。減少依賴于顯卡的代碼量，同時(shí)增加了這部分代碼的可移植性,。另外，framebuffer機(jī)制將顯存從內(nèi)核空間映射到進(jìn)程空間,，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程空間對(duì)顯存的直接訪問(wèn),，提高了顯示效率。

如果MiniGUI采用基于framebuffer設(shè)備的私有圖形引擎,，首先需要在內(nèi)核中添加framebuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng),。framebuffer設(shè)備的實(shí)現(xiàn)主要依賴于四個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

fb_fix_screeninfo用來(lái)表示與顯示設(shè)備無(wú)關(guān)的常值信息，這些信息在設(shè)備初始化時(shí)指定,，應(yīng)用程序可以通過(guò)借口函數(shù)來(lái)訪問(wèn)這些信息,，但是不允許改變它們。

fb_var_screeninfo用來(lái)表示與顯示設(shè)備無(wú)關(guān)的變量信息與特定顯示模式,。應(yīng)用程序可以調(diào)用相應(yīng)的借口來(lái)訪問(wèn)和修改這些信息,。

fb_ops是供上層調(diào)用的一組函數(shù)接口。全部的framebuffer操作最后都要通過(guò)該接口來(lái)完成,。

fb_info 是常規(guī)信息,，API以及幀緩沖設(shè)備的底層信息,。該結(jié)構(gòu)只能被用于內(nèi)核中，前面三個(gè)結(jié)構(gòu)均可通過(guò)外部接口查看,。

       在驅(qū)動(dòng)程序中實(shí)現(xiàn)了上述四個(gè)結(jié)構(gòu)之后,，一個(gè)簡(jiǎn)單得framebuffer驅(qū)動(dòng)程序即宣告完成。將該驅(qū)動(dòng)程序作為模塊加載之后,，就可以進(jìn)行調(diào)試,，直到輸出正常。

在framebuffer驅(qū)動(dòng)程序完成之后,，接下來(lái)需要定制輸入引擎,。MiniGUI通過(guò)INPUT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示輸入引擎。MiniGUI維護(hù)著一個(gè)由所有輸入引擎組成的輸入引擎數(shù)組,，每個(gè)數(shù)組項(xiàng)對(duì)應(yīng)著一個(gè)輸入引擎,。如果該數(shù)組中沒(méi)有與該平臺(tái)對(duì)應(yīng)的項(xiàng)，就需要在其中添加對(duì)應(yīng)的輸入引擎,。由于SoC平臺(tái)只能通過(guò)UART和用戶進(jìn)行交互,，所以輸入引擎以UART為基礎(chǔ)。通過(guò)把UART的消息轉(zhuǎn)換為鍵盤上相應(yīng)的按鍵,，再送給MiniGUI應(yīng)用程序,。

       在圖形引擎和輸入引擎的定制完成之后，最后需要對(duì)MiniGUI的源代碼進(jìn)行交叉編譯和安裝,。到這里,，整個(gè)移植工作基本結(jié)束。在此基礎(chǔ)上,，我們還可以在MiniGUI平臺(tái)上開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序,。

4．總結(jié)：
本文作者創(chuàng)新觀點(diǎn)：在SoC平臺(tái)上建立GUI界面需要充分考慮系統(tǒng)性能，資源以及GUI系統(tǒng)本身的資源消耗,，移植開(kāi)源軟件通常是最經(jīng)濟(jì),，最簡(jiǎn)便的辦法。移植工作主要是建立GUI系統(tǒng)與輸入輸出硬件的映射,，在必要的時(shí)候需要根據(jù)GUI系統(tǒng)要求為底層硬件開(kāi)發(fā)專用的驅(qū)動(dòng)程序,。由于MiniGUI在SoC芯片上的應(yīng)用還比較少，所以本次移植工作不僅驗(yàn)證了移植方法的可行性,，對(duì)于如何為MiniGUI在機(jī)頂盒中的應(yīng)用,以及對(duì)于如何在受到資源和性能約束的嵌入式系統(tǒng)中建立圖形界面,，均具有一定的借鑒意義