基于嵌入式Linux的圖形界面顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于嵌入式Linux的圖形界面顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：本文詳細(xì)描述了基于uClinux嵌入式操作系統(tǒng)的圖形界面顯示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)uClinux下Framebuffer驅(qū)動(dòng)程序編寫進(jìn)行了專門探討。關(guān)鍵詞：uClinux，Microwindow，F(xiàn)ramebuffer驅(qū)動(dòng)程序1前言在嵌入式系統(tǒng)這個(gè)IT產(chǎn)業(yè)的新領(lǐng)域，Linux以其所具備的穩(wěn)定、高效、易定制、易裁減、硬件支持廣泛的特點(diǎn)，結(jié)合其免費(fèi)、源碼開放的特征。使得Linux在嵌入式操作系統(tǒng)中的地位越來越重要。越來越多的嵌入式系統(tǒng)，包括PDA、機(jī)頂盒、WAP手機(jī)等摘要：本文詳細(xì)描述了基于uClinux嵌入式操作系統(tǒng)的圖形界面顯示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，并

2、對(duì)uClinux下Framebuffer驅(qū)動(dòng)程序編寫進(jìn)行了專門探討。關(guān)鍵詞：uClinux ，Microwindow，F(xiàn)ramebuffer 驅(qū)動(dòng)程序1前言 在嵌入式系統(tǒng)這個(gè)IT產(chǎn)業(yè)的新領(lǐng)域，Linux以其所具備的穩(wěn)定、高效、易定制、易裁減、硬件支持廣泛的特點(diǎn)，結(jié)合其免費(fèi)、源碼開放的特征。使得Linux在嵌入式操作系統(tǒng)中的地位越來越重要。越來越多的嵌入式系統(tǒng)，包括 PDA、機(jī)頂盒、WAP 手機(jī)等等系統(tǒng)均要求提供全功能的 Web 瀏覽器。這包括 HTML 的支持、JavaScript 的支持，甚至包括 Java 虛擬機(jī)的支持。而這一切都要求有一個(gè)高性能、高可靠的 GUI 的支持。這些系統(tǒng)一般不希

3、望建立在龐大累贅的、非常消耗系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)和 GUI 之上，比如 Windows 或 X Window。但是，在出現(xiàn) Linux 系統(tǒng)之后 GUI 仍然是一個(gè)問題。關(guān)鍵是 X Window 太過龐大和臃腫。uClinux是專為無存儲(chǔ)器管理單元的處理器定制的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。其內(nèi)嵌的Microwindow為嵌入式系統(tǒng)圖形界面提供了良好的支持。2系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 基于uClinux的嵌入式圖形界面顯示系統(tǒng)分為軟件和硬件兩大部分。軟件由uClinux、Framebuffer驅(qū)動(dòng)程序和Microwindow三部分組成。Motorola嵌入式CPU5272、EPSON的13506LCD控制器和

4、TRULY公司的MCT-G320240DNCW液晶顯示屏組成圖形界面顯示硬件系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。 3 Microwindow的架構(gòu) Microwindow是一種輕量級(jí)的GUI，具有輕型、占用資源少、高可靠性的特點(diǎn)。Microwindow 是一個(gè)非常適合于工業(yè)控制實(shí)時(shí)系統(tǒng)以及嵌入式系統(tǒng)的可定制的、小巧的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。Microwindow是一種分層設(shè)計(jì)的架構(gòu)。最底層是一組屏幕、鼠標(biāo)/觸摸屏、鍵盤的抽象接口，不依賴任何特殊的硬件。中間層是可移植的圖形引擎。最高層是各種API，供圖形應(yīng)用程序調(diào)用。目前有兩種API，一種是ECMA APIW，第二種是NANO-X APIS.。這些API與wi

5、n32和x window系統(tǒng)基本上兼容，使應(yīng)用程序移植非常容易。 在uClinux下Microwindow最底層的SCREEN 抽象接口建立在linux framebuffer 設(shè)備基礎(chǔ)上。Framebuffer device 是對(duì)圖形顯示硬件設(shè)備的抽象，它代表視頻硬件的幀緩存。本文將重點(diǎn)討論uClinux下針對(duì)具體硬件環(huán)境如何設(shè)計(jì)其Framebuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。4 Framebuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì) Linux下設(shè)備分為字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口三大類。那么Framebuffer設(shè)備屬于哪一類呢？剛開始設(shè)計(jì)時(shí)容易使人困惑。其實(shí)對(duì)使用者而言，幀緩沖設(shè)備也就是Framebuffe

6、r device和目錄/dev下的其他設(shè)備沒有區(qū)別。它是一個(gè)字符設(shè)備，使用主設(shè)備號(hào)29，次設(shè)備號(hào)用于幀緩沖設(shè)備之間的區(qū)分。 例如： 0/dev/fb0 First frame buffer 1=/dev/fb1 Second frame buffer 31=/dev/fb31 32nd frame buffer 031就是次設(shè)備號(hào) 幀緩沖驅(qū)動(dòng)程序主要依靠四個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)定義在 include/linux/fb.h程序內(nèi)。它們分別是fb_info、fb_var_screeninfo、fb_fix_screeninfo和fb_monospecs。后三個(gè)結(jié)構(gòu)可以在用戶空間訪問，結(jié)構(gòu) fb_in

7、fo只能在內(nèi)核空間訪問。 結(jié)構(gòu) fb_fix_screeninfo定義了視頻板卡硬件的某些固定的特性。這些特性在硬件初始化時(shí)就被定義了以后不得修改。在這個(gè)結(jié)構(gòu)體中最重要的成員是smem_len和line_length。前者指示顯存的大小，后者提供了一個(gè)顯示行的byte統(tǒng)計(jì)數(shù)，使顯存指針很方便的移到下一顯示行。 結(jié)構(gòu)fb_var_screeninfo定義了視頻硬件一些可變的特性。這些特性在程序運(yùn)行期間可以由應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)改變。由于篇幅有限在此只對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)體中主要的成員作出解釋，詳細(xì)解釋請參見fb.h。成員變量xres 和 yres定義在顯示屏上真實(shí)顯示的分辨率。而xres_virtual和yres

8、_virtual是虛擬分辨率，它們定義的是顯存分辨率。比如顯示屏垂直分辨率是400，而虛擬分辨率是800。這就意味著在顯存中存儲(chǔ)著800行顯示行，但是每次只能顯示400行。但是顯示哪400行呢？這就需要另外一個(gè)成員變量yoffset，當(dāng)yoffset0時(shí)，從顯存0行開始顯示400行，如果yoffset30，就從顯存31行開始顯示400行。 在這四個(gè)結(jié)構(gòu)中最重要的結(jié)構(gòu)就是fb_info，它只能在內(nèi)核空間訪問。其內(nèi)部定義了struct fb_ops， 結(jié)構(gòu)fb_ops成員就是由一系列5 硬件電路的設(shè)計(jì) 5272是Motorola公司Coldfire系列嵌入式CPU，在Motorola公司嵌入式CP

9、U中屬于中低檔產(chǎn)品。低檔不等于低效，在主頻66M時(shí)可以達(dá)到63MIPS，接近MPC860的MIPS。并且外圍電路接口豐富，在Coldfire系列中集成度最高。 5272總線是一種32位同步數(shù)據(jù)地址總線，總線傳輸終止支持同步終止和異步終止。在5272與外圍器件總線傳輸周期中，利用TA信號(hào)可以在總線傳輸周期插入等待時(shí)鐘周期。實(shí)現(xiàn)總線傳輸?shù)漠惒浇K止。5272總線接口使用BS0BS3四個(gè)信號(hào)顯示當(dāng)前總線周期數(shù)據(jù)總線寬度。5272的I/O空間是內(nèi)存映射的，所以沒有專門的I/O地址空間。因?yàn)?272沒有MMU單元，所以5272的內(nèi)存空間是物理地址直接尋址。 液晶屏控制器是EPSON公司的13506。這是一

10、款LCD/CRT/TV圖形控制器。CPU接口廣泛。擁有16bit寬度的EDO顯存接口，顯存最大可達(dá)2Mbytes。在16bpp的情況下最大分辨率可達(dá)640×480。支持虛擬顯示，即顯示圖像尺寸可以大于屏幕實(shí)際尺寸。 下圖是Coldfire 5272 CPU 與 EPSON13506之間的接口電路示意圖。 EPSON13506的CPU接口數(shù)據(jù)總線寬度是16位。5272是大印第安字節(jié)序，當(dāng)總線寬度是16位時(shí)，數(shù)據(jù)總線高16位有效。EPSON13506 M/R#管腳用來控制當(dāng)前讀寫是對(duì)顯存的讀寫還是對(duì)13506 I/O寄存器的讀寫，5272地址線A21對(duì)其進(jìn)行控制。這樣在5272 CS6的地址空間中，地址21位是1就是顯存的地址，為0就是13506 I/O寄存器的地址。5272地址總線A0并未接到EPSON13506 AB0管腳上，這是由于在EPSON13506 CPU接口模式 Generic1情況下，EPSON13506 AB0管腳必須接高電平。這樣就無法實(shí)現(xiàn)對(duì)字節(jié)的尋址。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)字節(jié)的尋址，可以通過一片CPLD進(jìn)行邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)管腳的選擇，實(shí)現(xiàn)字節(jié)尋址。 整個(gè)電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)在于對(duì)EPSON13506 CPU接口類型的深入理解，顯存和LCD液晶屏的連接比較簡單，在這里就不再贅述。6結(jié)束語 目前越來越多嵌入式系統(tǒng)要求圖形顯示界面，特別是在一