基于WindML的VxWorks圖形驅動研究

　　引 言

　　基于VxWorks操作系統(tǒng)的圖形顯示有多種解決方案。VxWorks圖形開發(fā)組件WIND MEDIA LIBRARY是一個適用于VxWorks下開發(fā)圖形用戶界面的媒體庫，它提供了一系列的API函數(shù)，功能強大，易于實現(xiàn)圖形用戶界面的開發(fā)。鑒于此，本文介紹了圖形設備的硬件結構以及圖形設備驅動的體系結構，并重點闡述了windML下的VxWorks圖形驅動程序開發(fā)的一般步驟。

　　1 VxWorks及WindML介紹

　　VxWorks操作系統(tǒng)是Wind River System公司(簡稱"風河公司")設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(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發(fā)環(huán)境。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛應用在通信、軍事、航空和航天等高尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛(wèi)星通信、軍事演習、彈道制導和飛機導航等。

　　WindML(Wind Media Library，媒體庫)，支持基于嵌入式操作系統(tǒng)的多媒體應用程序，為多種操作系統(tǒng)提供基本的圖形、視頻、聲頻技術，并且提供了一個設計標準設備驅動程序的框架，WindML還提供了一系列工具用來處理輸入設備和過程事件。

　　WindML包含兩個組件：軟件開發(fā)工具包(SDK)、驅動開發(fā)工具包(DDK)。

　　SDK用來實現(xiàn)應用程序的開發(fā)。它為圖形、輸入設備、多媒體、字體、內(nèi)存管理等設備提供了一個全面的API集合，并且允許開發(fā)者在不同的硬件平臺下完成獨立于硬件的代碼。

　　DDK用來實現(xiàn)驅動程序的開發(fā)。它提供了一系列通用硬件配置下的驅動參考程序，以及能夠使開發(fā)者迅速開發(fā)出驅動程序的API集合。DDK具有可擴展性和可定制性。

　　2 圖形驅動的體系結構

　　WindML圖形驅動主要通過以下3層進行通信：2D層、板級支持包及操作系統(tǒng)和圖形硬件設備。體系結構如圖1所示。

　　2.1 2D層

　　2D層與圖形驅動程序通過UGL圖形接口結構(ugL_ugi_driver結構)進行通信，ugL_ugi_driver結構在install-Dir/target/h/ugl/uglugi.h中定義。結構中的每一個功能指針對應一個執(zhí)行相應圖形顯示操作的驅動程序。2D層不直接調用驅動程序，它通過結構功能指針調用驅動程序。舉例如下：

　　如果應用需要畫線，就要調用uglLine()。此函數(shù)在installDir/target/src/ugl/2d下執(zhí)行，然后uglLine()通過UGL結構的線條程序指針調用設備驅動程序的線條驅動程序，驅動程序就把線條畫在指定的位置。一些圖形驅動程序在圖形設備畫圖的地方運用了加速程序，驅動可以快速地為應用返回一個控制。有的圖形驅動程序運用軟件程序有效地把數(shù)據(jù)每次一個像素地寫入目的位置。2D層并不知道圖形驅動是怎樣勾畫線條，也不知道圖形設備硬件是怎樣操作的。UGI結構提供了一個提取層分離了2D層和圖形驅動。

　　2.2 板極支持包及操作系統(tǒng)

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

　?、儆成湓O備到MMU;

　?、谠谝龑r設置設備相關寄存器;

　?、鄯祷貓D形設備的基地址及每一個地址偏移量。

　　2.3 圖形硬件設備

　　圖形設備接口由圖形硬件設備定義。對于一些圖形設備，其接口是復雜的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更新。這些設備一般包含幾個可擴展的寄存器作為圖形加速器。可加速的操作有線條、填充、顏色擴充、光標。有的圖形設備相對比較簡單，只需要連接LCD即可，不提供加速器。

　　3 圖形驅動的實現(xiàn)

　　根據(jù)以下步驟實現(xiàn)圖形驅動。

　　3.1 創(chuàng)建源文件及頭文件目錄

　　WIND MEDIA LIBRARY圖形驅動目錄結構如下：

　　①installDir/target/src/ugl/driver/graphics。圖形設備所有的源代碼都在此目錄下。在此目錄下，對應每一個圖形設備廠商都有一個子目錄，并且在相應的子目錄下，根據(jù)不同的設備型號或者顏色深度又可建立下一級的子目錄。

　?、趇nstallDirtargethugldrivergraphics。圖形設備所有的頭文件都在此目錄下。在此目錄下，對應每一個圖形設備廠商都一個子目錄。除了指定廠商的圖形設備驅動程序之外，在同級子目錄里還包含了通用的圖形驅動程序，通用的驅動程序可以被所有的驅動程序所用。如果要添加新的圖形設備驅動程序，只需在此圖形驅動結構目錄下建立相應廠商子目錄。 3.2 創(chuàng)建驅動頭文件

　　驅動程序頭文件是根據(jù)設備硬件定義的。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圖形驅動和驅動程序如何獲得配置信息。

　　(1)圖形驅動結構

　　圖形驅動程序結構必須在頭文件中由ugl_ugi_driver結構定義。此結構包含連同2D層接口一起的所有的驅動數(shù)據(jù)元素以及2D層訪問圖形驅動的功能指針。下面給出了一個圖形結構的定義：

　　此結構指定圖形設備為Chips。Chips由所用芯片決定，可選。因為它支持多種芯片類型及總線類型，所以此圖形驅動結構可擴展多個數(shù)據(jù)元素，還可擴展多個附加的支持。

　　(2)配置管理

　　圖形驅動程序必須從WIND MEDIA LIBRARY配置過程中獲得配置信息。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 實現(xiàn)設備創(chuàng)建程序

　　VxWorks操作系統(tǒng)下，所有的設備必須通過調用xxxDevCreate()程序創(chuàng)建。這個函數(shù)是設備驅動以及設備最初功能的主要入口，uglInitialize()程序在WIND MEDIA LIBRARY初始化時調用xxxDevCreate()。xxxDevCreate()程序是必需的，也是唯一一個存ugl_ugi_driver結構中沒有對應的功能指針的函數(shù)。設備創(chuàng)建程序必須返回一個指向已初始化的ugl_ugI_driver數(shù)據(jù)結構指針，如果驅動創(chuàng)建函數(shù)初始化設備失敗，則返回NULL指針標識錯誤。創(chuàng)建函數(shù)的功能原型為：

　　3.3.1 輸入?yún)?shù)

　　第1個參數(shù)instance為圖形設備號。第2和第3兩個參數(shù)可以根據(jù)設備驅動程序而改變，設備驅動程序可運用這兩個參數(shù)做任何用途。

　　3.3.2驅動創(chuàng)建程序的必要處理

　　(1)分配驅動圖形結構此結構已在驅動頭文件里定義。

　　(2)利用硬件提取層打開圖形設備

　　分配了驅動結構之后，硬件提取層將被用來打開圖形設備，校驗是否能被寫入和映射設備到虛擬內(nèi)存。在此過程中，圖形沒備的基地址和寄存器將被定義。

　　(3)初始化驅動控制結構

　　在確定圖形設備可以被訪問之后，初始化驅動控制結構。

　　(4)設置設備為靜止狀態(tài)

　　校驗了設備之后，驅動對圖形設備進行最小初始化，并設置其為靜止狀態(tài)。圖形設備設置為靜止狀態(tài)需要以下操作：屏蔽圖形相關中斷;調用uglGenericClutCreate()初始化調色板;仞始化圖形芯片的內(nèi)存控制器;如果需要，則關閉顯示。

　　(5)返回指向驅動結構的指針

　　如果xxxDevCreate()函數(shù)執(zhí)行成功，則返回一個指向ugLugi_driver結構的指針。如果xxxDevCreate()函數(shù)執(zhí)行失敗，則返回NULL。

　　3.4實現(xiàn)信息控制程序

　　每一個驅動都必須支持一個信息控制程序，xxxinfo()。這個程序允許應用質問驅動提供的支持并且控制各種選項。在很多方面，xxxinfo()與標準控制函數(shù)ioctl()程序相似。以下應用會用到xxxinfo()：

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

　?、讷@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形設備例示一個擴展。

　　3.5實現(xiàn)設備銷毀程序

　　每一個驅動都必須支持一個。xxxDevDestroy()程序。此程序釋放系統(tǒng)資源和圖形硬件設備。具體執(zhí)行以下任務：

　　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寗拥馁Y源;

　　④如果合適，則恢復圖形硬件到原模式;

　?、葆尫膨寗咏Y構;

　　⑥關閉圖形設備;

　?、叻祷夭僮鞯臓顟B(tài)。

　　4 結 論

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