基于WindML的VxWorks圖形驅動研究

　　引 言

　　基于VxWorks操作系統的圖形顯示有多種解決方案。VxWorks圖形開發組件WIND MEDIA LIBRARY是一個適用于VxWorks下開發圖形用戶界面的媒體庫，它提供了一系列的API函數，功能強大，易于實現圖形用戶界面的開發。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圖形驅動程序開發的一般步驟。

　　1 VxWorks及WindML介紹

　　VxWorks操作系統是Wind River System公司(簡稱"風河公司")設計開發的一種嵌入式實時操作系統(RTOS)，具有良好的持續發展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發環境。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的多媒體應用程序，為多種操作系統提供基本的圖形、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：軟件開發工具包(SDK)、驅動開發工具包(DDK)。

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

　　DDK用來實現驅動程序的開發。它提供了一系列通用硬件配置下的驅動參考程序，以及能夠使開發者迅速開發出驅動程序的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()。此函數在installDir/target/src/ugl/2d下執行，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據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

　　WIND MEDIA LIBRARY圖形驅動程序通過硬件提取API與操作系統通信，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執行以下操作：

　　①映射設備到MMU;

　　②在引導時設置設備相關寄存器;

　　③返回圖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

　　根據以下步驟實現圖形驅動。

　　3.1 創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，根據不同的設備型號或者顏色深度又可建立下一級的子目錄。

　　②installDirtargethugldrivergraphics。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 創建驅動頭文件

　　驅動程序頭文件是根據設備硬件定義的。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據元素以及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據元素，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 實現設備創建程序

　　VxWorks操作系統下，所有的設備必須通過調用xxxDevCreate()程序創建。這個函數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。設備創建程序必須返回一個指向已初始化的ugl_ugI_driver數據結構指針，如果驅動創建函數初始化設備失敗，則返回NULL指針標識錯誤。創建函數的功能原型為：

　　3.3.1 輸入參數

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

　　3.3.2驅動創建程序的必要處理

　　(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

　　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。圖形設備設置為靜止狀態需要以下操作：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()函數執行成功，則返回一個指向ugLugi_driver結構的指針。如果xxxDevCreate()函數執行失敗，則返回NULL。

　　3.4實現信息控制程序

　　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ioctl()程序相似。以下應用會用到xxxinfo()：

　　①獲得畫面緩沖器的特征，比如畫面緩沖器的地址、視頻存儲的數量、顯示的寬度和高度;

　　②獲得基色的信息，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下的顏色查找表的大小;

　　③為圖形設備例示一個擴展。

　　3.5實現設備銷毀程序

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

　　①釋放已經分配的顏色表;

　　②釋放所有的系統資源;

　　③釋放其他指定驅動的資源;

　　④如果合適，則恢復圖形硬件到原模式;

　　⑤釋放驅動結構;

　　⑥關閉圖形設備;

　　⑦返回操作的狀態。

　　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，大大降低了開發人員在開發圖形用戶界面時的難度。因此，本文只論述了基于VxWorks圖形開發組件WindML的圖形顯示方案。本方案已經成功運用，效果很好。