嵌入式系統(tǒng)上消息機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

摘要：圖形用戶界面是嵌入式系統(tǒng)中重要部分，是用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交互的樞紐，如何建立一個(gè)有效的消息機(jī)制，實(shí)現(xiàn)消息從用戶到系統(tǒng)的傳遞，以及系統(tǒng)對(duì)消息的處理如何再反映到圖形用戶界面是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)。本文通過(guò)對(duì) MiniGUI的消息機(jī)制的分析后，介紹一種簡(jiǎn)單的基于嵌入式系統(tǒng)的消息機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方法，其相對(duì)于專業(yè)的 GUI中間件中的消息機(jī)制簡(jiǎn)單許多，但是也有著完善的結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)整合在一起，非常適用于一些輕量級(jí)圖形用戶界面的嵌入式應(yīng)用。

1引言

嵌入式系統(tǒng)，作為計(jì)算機(jī)兩大分支之一，從不同的角度影響著人們的生活，尤其是在通訊、工控、電子等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。嵌入式設(shè)備之所以為眾多用戶樂(lè)于接受，是因?yàn)榍度胧皆O(shè)備有著自然的人機(jī)交互界面，較小的尺寸、微功耗和低成本的特點(diǎn)。同時(shí)，這些特點(diǎn)也要求嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)者相應(yīng)降低處理器的性能，限制內(nèi)存容量和復(fù)用接口芯片，這就相應(yīng)提高了對(duì)嵌入式軟件設(shè)計(jì)技術(shù)要求。如，選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法。這也正是本文的目的，提出一個(gè)消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)的模型，并具有良好的可擴(kuò)展性和維護(hù)性。

本文對(duì)消息機(jī)制的定義為：從底層接收用戶輸入信息(如按鍵和鼠標(biāo)操作等)，經(jīng)后臺(tái)處理、記錄后反映到前臺(tái)顯示的一個(gè)機(jī)制。

2 對(duì)MiniGUI中的消息機(jī)制分析

MiniGUI下的通訊是一種類似于 Win32的消息機(jī)制，運(yùn)行在 MiniGUI-Threads模式下時(shí)，線程間的消息傳遞模型如下圖所示，其中的 Desktop線程充當(dāng)一個(gè)微服務(wù)器，所有的消息在 Event線程獲取出來(lái)以后就會(huì)投遞給 Desktop線程，然后再分發(fā)到目的應(yīng)用程序主窗口上面。

MiniGUI-Threads 中每個(gè)線程創(chuàng)建的第一個(gè)主窗口，其托管窗口必須是桌面，即 HWND_DESKTOP，該線程的其他窗口，必須由屬于同一線程的已有主窗口作為托管窗口。系統(tǒng)在托管窗口為 HWND_DESKTOP時(shí)創(chuàng)建新的消息隊(duì)列，而在指定非桌面的窗口作為托管窗口時(shí)，使用該托管窗口的消息隊(duì)列，也就是說(shuō)，同一線程中的所有主窗口應(yīng)該使用同一個(gè)消息隊(duì)列。通過(guò)對(duì) MiniGUI開(kāi)源學(xué)習(xí)版本版本 1.6.2源代碼的分析，其消息機(jī)制模型大致如下：

a) Event線程中的 void* EventLoop (void* data)函數(shù)通過(guò)宏IAL_Waitevent等待底層事件發(fā)生，IAL_WaitEvent實(shí)際上是調(diào)用當(dāng)前系統(tǒng)所指定的 IAL引擎的 wait函數(shù)，收到具體的事件觸發(fā)消息后，EventLoop再調(diào)用 ParseEvent函數(shù)來(lái)解析這個(gè)事件消息， ParseEvent解析后，再往 Desktop的消息隊(duì)列中發(fā)送相應(yīng)的消息， EventLoop從 ParseEvent返回后，單次循環(huán)結(jié)束，再次回到 IAL_WaitEvent，如此反復(fù)循環(huán)。

b) Desktop線程在隊(duì)列中收到消息后，根據(jù)消息種類處理分別處理，再將消息發(fā)往當(dāng)前活動(dòng)窗口(活動(dòng)窗口句柄__mg_active_mainwnd)的消息隊(duì)列。

c) 其它窗口線程中，一般會(huì)有如下格式的循環(huán)來(lái)處理消息

while (GetMessage (Msg, hMainWnd)) {

TranslateMessage (Msg);

DispatchMessage (Msg);

} GetMessage 函數(shù)從句柄為hMainWnd的窗口的消息隊(duì)列當(dāng)中獲得消息，然后調(diào)用 TranslateMessage函數(shù)將某些消息如 MSG_KEYDOWN 和 MSG_KEYUP 翻譯成字符消息 MSG_CHAR ，最后調(diào)用 DispatchMessage 函數(shù)將消息發(fā)送到指定的窗口，或者理解為 DispatchMessage調(diào)用指定窗口的窗口過(guò)程，并傳遞消息及其參數(shù)。

由此可見(jiàn)，MiniGUI的消息機(jī)制是相當(dāng)完整的，擴(kuò)展性，健壯性都很好，很適合開(kāi)發(fā)復(fù)雜的桌面系統(tǒng)，但是如果在一些資源相對(duì)有限的嵌入式場(chǎng)合并且窗口數(shù)目不多，菜單簡(jiǎn)單，不需要窗口重疊，窗口移動(dòng)等應(yīng)用情況下，沒(méi)有必要使用專業(yè) GUI中間件。在此情況下，有必要引入一個(gè)簡(jiǎn)單的消息機(jī)制，來(lái)維護(hù)系統(tǒng)底層事情、程序后臺(tái)菜單和前臺(tái)顯示之間的關(guān)系。

3簡(jiǎn)單消息機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

3.1 消息機(jī)制結(jié)構(gòu)

采用不同于MiniGUI的消息隊(duì)列的通信方式，因?yàn)楹?jiǎn)單的應(yīng)用的窗口數(shù)目不多，這里的

窗口數(shù)目的含義是每一個(gè)在目標(biāo)機(jī)上可能出現(xiàn)的系統(tǒng)菜單逐級(jí)顯示界面。這個(gè)消息機(jī)制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所，結(jié)合圖說(shuō)明這個(gè)簡(jiǎn)單消息機(jī)制的實(shí)現(xiàn)過(guò)程:

后續(xù)再判斷按鍵是不是但前菜單需要的按鍵，如果不是，則此函數(shù)不會(huì)調(diào)用任何處理函數(shù)，直接返回，反之，則調(diào)用相應(yīng)按鍵的處理子程序。

c) 經(jīng)判定后，如果要處理該按鍵，就進(jìn)入了相應(yīng)的過(guò)程函數(shù)，每個(gè)過(guò)程函數(shù)，都有一段 refreshRoutine,這個(gè)函數(shù)的作用就是根據(jù)具體的按鍵(按鍵可能觸發(fā)轉(zhuǎn)到新的菜單頁(yè)面)，Current_win_ID,pre_win_ID,3個(gè)要素來(lái)更新 Current_win_ID，同時(shí)把原來(lái)的 Current_win_ID保存到Pre_win_ID中，這樣新的按鍵有效后，前臺(tái)顯示和后臺(tái)菜單的位置就同步了，之后調(diào)用相應(yīng)的應(yīng)用程序，根據(jù)應(yīng)用程序返回的參數(shù)，再?zèng)Q定是否刷新 screenDC,即調(diào)用 GDI進(jìn)行相應(yīng)區(qū)域的重繪工作。

3.2 利用2個(gè)數(shù)組來(lái)記錄所有菜單

OBJECT* WIN_OBJECT[]、MENU WIN_MENU[]這2個(gè)數(shù)組與Menu之間的關(guān)系如圖 2所示。WIN_OBJECT是一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針數(shù)組，數(shù)組的每一項(xiàng)，存放一個(gè)指向 OBJECT類型的結(jié)構(gòu)體數(shù)組的指針(如mainMenu[3])，這個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組相當(dāng)于一個(gè)菜單的作用，數(shù)組的長(zhǎng)度表示該菜單下，菜單項(xiàng)的個(gè)數(shù)，同時(shí)，ID標(biāo)簽也指向這個(gè)菜單，如圖 2中 mainMenu_ID,WIN_OBJECT[mainMenu_ID]中就存放了一個(gè)指向mainMenu[]數(shù)組的指針。 mainMenu[]中的每一項(xiàng)指向一個(gè)具體的OBJECT結(jié)構(gòu)體，可以抽象理解為指向一個(gè)按鈕。 WIN_MENU[]數(shù)組的作用是指示當(dāng)前菜單下按鈕的個(gè)數(shù)，以及當(dāng)前按鈕的索引和默認(rèn)按鈕的索引，如WIN_MENU[mainMenu_ID]={3,0,0};表示mainMenu_ID菜單下，有3個(gè)按鈕，默認(rèn)和當(dāng)前按鈕都是button0。在OBJECT結(jié)構(gòu)體中，還存放了該 OBJECT的事件處理函數(shù)指針。

可以看出，采用這種模型能把前臺(tái)顯示的菜單系統(tǒng)很直觀的表現(xiàn)出來(lái)，這樣，極大的方 便了后臺(tái)的維護(hù)，有著相對(duì)可視化的優(yōu)點(diǎn)，并且具有良好的移植性能，在更換平臺(tái)時(shí)，只要考慮GDI函數(shù)的重寫(xiě)以及底層按鍵與結(jié)構(gòu)體 EVENT_DESCRIPTOR注冊(cè)關(guān)系。適合于輕量級(jí)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，不能應(yīng)用于復(fù)雜的界面開(kāi)發(fā)，如需要窗口重疊，剪貼等，也恰恰印證了嵌入式系統(tǒng)都有著自己特殊的應(yīng)用范圍這一特殊性。

4 結(jié) 束

本文介紹的消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)靈活，占用額外 ROM空間少，可以用于單環(huán)或多線程模式，執(zhí)行效率高，同樣也有著相對(duì)完整的結(jié)構(gòu)組織。雖然不適用于大型的界面開(kāi)發(fā)，但是非常適合一些簡(jiǎn)單應(yīng)用場(chǎng)合，在當(dāng)前GUI功能越來(lái)越復(fù)雜，占用 ROMRAM空間越來(lái)越多的情況下，這種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法為一些簡(jiǎn)單的界面開(kāi)發(fā)提供了一種消息機(jī)制，能有效的降低成本并保持較高的實(shí)時(shí)性。此方法已經(jīng)在基于 UC/OSII的操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了多媒體播放器的功能。