《電子技術(shù)應(yīng)用》
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MiniGUI在HDTV SoC平臺上的移植
微計算機信息
:喻世美 龍滬強 胡劍凌
摘要: 高清數(shù)字電視解碼平臺HDTV SoC是由上海交通大學(xué)自行研究開發(fā)的,,以數(shù)字電視機頂盒為應(yīng)用背景的嵌入式單片系統(tǒng),。在硬件平臺構(gòu)建和操作系統(tǒng)移植的基礎(chǔ)上,,系統(tǒng)對友好的界面提出了更高的要求,。在有限的系統(tǒng)資源和高效的實時性能等條件約束下,如何為該平臺提供GUI的支持成為了一個難點,。
關(guān)鍵詞: SOC HDTV MiniGUI
Abstract:
Key words :

1.引言:
嵌入式系統(tǒng)功能的日益強大使得在嵌入式產(chǎn)品中包含圖形界面功能成為一種趨勢,。但是嵌入式系統(tǒng)有著面向特定應(yīng)用、實時,、高效等特點,,對系統(tǒng)資源的利用受自身條件的限制,對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HDTV SoC是由上海交通大學(xué)自行研究開發(fā)的,,以數(shù)字電視機頂盒為應(yīng)用背景的嵌入式單片系統(tǒng),。在硬件平臺構(gòu)建和操作系統(tǒng)移植的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)對友好的界面提出了更高的要求,。在有限的系統(tǒng)資源和高效的實時性能等條件約束下,,如何為該平臺提供GUI的支持成為了一個難點。

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

2.HDTV SoC平臺和MiniGUI:

HDTV SoC 是用于高清數(shù)字電視信號接收端的解碼平臺,。如圖1所示:該平臺包含以下功能模塊: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)計時鐘為108MHz,,含有32M SDRAM,,8M FLASH。

在HDTV SoC平臺上建立圖形界面,,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結(jié)合是有效建立圖形界面的關(guān)鍵。

MiniGUI是一種針對嵌入式設(shè)備的,,跨操作系統(tǒng)的輕量級圖形界面支持系統(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),通過可移植層(Portable Layer)將MiniGUI上層和底層操作系統(tǒng)隔離開來,;可移植層可將特定操作系統(tǒng)及底層硬件的細節(jié)隱藏起來,,而上層應(yīng)用程序無需關(guān)心底層硬件平臺的輸入和輸出。作為國內(nèi)廣泛應(yīng)用的嵌入式圖形界面中間件產(chǎn)品,,相對與其它嵌入式GUI系統(tǒng),,MiniGUI有以下優(yōu)勢: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,。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,。可移植層為上層提供了統(tǒng)一的輸入輸出的抽象接口,,從而增強了MiniGUI的可移植性,。移植MiniGUI主要是根據(jù)具體的硬件平臺對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,。相對于其他圖形引擎,,私有引擎專為Linux平臺上的MiniGUI而設(shè)計,有更好的性能和顯示效果,,因此在Linux平臺上被廣泛采用,。但是該引擎需要Linux內(nèi)核中包含對顯示設(shè)備的framebuffer驅(qū)動的支持。針對HDTV SoC平臺,,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)動程序。

其次,,定制輸入引擎。不同的平臺在輸入引擎上差別較大,。HDTV SoC平臺采用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別的信息格式,。

最后,,需要根據(jù)平臺特性和應(yīng)用需求對MiniGUI進行功能配置。

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)動程序及相應(yīng)的硬件設(shè)備可得出MiniGUI在HDTV SoC平臺上實現(xiàn)的具體框圖如圖4所示:

經(jīng)過以上分析之后,,我們更加明確了移植所要做的工作,,并且可進一步將整個移植過程分為三階段:第一,開發(fā)和調(diào)試基于OSD硬件的framebuffer驅(qū)動程序,,并且調(diào)試圖形引擎,,這是整個移植過程中最為關(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,開發(fā)自己的應(yīng)用程序,,并且交叉編譯和配置整個MiniGUI,。

首先,我們需要開發(fā)針對HDTV SoC 平臺上OSD硬件設(shè)備的framebuffer驅(qū)動程序,。framebuffer機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,,對顯示設(shè)備的幀緩存進行了軟件抽象,為上層提供了統(tǒng)一的訪問接口,,屏蔽了底層硬件的細節(jié),。應(yīng)用程序?qū)υ摻M數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作進行訪問,就可以實現(xiàn)對不同顯卡硬件的訪問操作,。減少依賴于顯卡的代碼量,,同時增加了這部分代碼的可移植性,。另外,framebuffer機制將顯存從內(nèi)核空間映射到進程空間,,實現(xiàn)進程空間對顯存的直接訪問,,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,。framebuffer設(shè)備的實現(xiàn)主要依賴于四個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

fb_fix_screeninfo用來表示與顯示設(shè)備無關(guān)的常值信息,這些信息在設(shè)備初始化時指定,,應(yīng)用程序可以通過借口函數(shù)來訪問這些信息,,但是不允許改變它們。

fb_var_screeninfo用來表示與顯示設(shè)備無關(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)的借口來訪問和修改這些信息,。

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

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,,前面三個結(jié)構(gòu)均可通過外部接口查看,。

       在驅(qū)動程序中實現(xiàn)了上述四個結(jié)構(gòu)之后,一個簡單得framebuffer驅(qū)動程序即宣告完成,。將該驅(qū)動程序作為模塊加載之后,,就可以進行調(diào)試,直到輸出正常,。

在framebuffer驅(qū)動程序完成之后,,接下來需要定制輸入引擎。MiniGUI通過INPUT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示輸入引擎,。MiniGUI維護著一個由所有輸入引擎組成的輸入引擎數(shù)組,,每個數(shù)組項對應(yīng)著一個輸入引擎。如果該數(shù)組中沒有與該平臺對應(yīng)的項,,就需要在其中添加對應(yīng)的輸入引擎,。由于SoC平臺只能通過UART和用戶進行交互,所以輸入引擎以UART為基礎(chǔ),。通過把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MiniGUI的源代碼進行交叉編譯和安裝,。到這里,整個移植工作基本結(jié)束。在此基礎(chǔ)上,,我們還可以在MiniGUI平臺上開發(fā)自己的應(yīng)用程序,。

4.總結(jié):
本文作者創(chuàng)新觀點:在SoC平臺上建立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,,移植開源軟件通常是最經(jīng)濟,,最簡便的辦法。移植工作主要是建立GUI系統(tǒng)與輸入輸出硬件的映射,,在必要的時候需要根據(jù)GUI系統(tǒng)要求為底層硬件開發(fā)專用的驅(qū)動程序,。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證了移植方法的可行性,,對于如何為MiniGUI在機頂盒中的應(yīng)用,以及對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

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