資料介紹
引言
在需要豐富人機交互信息的嵌入式系統應用中,高精度的動態圖像顯示非常重要。因此,嵌入式系統對GUI的實時性和穩定性的要求也越來越明顯。但是,動態圖像的抖動和刷新延遲的問題在嵌入式系統中經常出現,影響系統的顯示效果
國產圖形用戶界面系統MiniGUI提供完備的多窗口機制和類Win32消息傳遞機制,便于實現多個進程間的消息傳遞。而且具有占用內存少、可移植性好等特點,因此在嵌入式領域中被廣泛應用。但在實際應用中,筆者發現了兩個問題:一是用MiniGUI的animation控件實現時出現動畫抖動,二是顯示較多圖片的窗口刷新時屏幕閃爍,嚴重影響屏幕的顯示效果。為解決以上兩個問題,本系統采用MiniGUI的雙緩沖技術和多張圖片交替顯示的方法,并通過實際應用證明了該方法的有效性
1 數字加密電話系統架構
1.1 硬件系統
數字加密電話硬件系統的芯片采用ATMEL公司的AT91SAM9263處理器。主頻為200 MHz,2 MB高速Data Flash、64 MB NAND Flash和64 MB SDRAM。核心板的對外接口包括鍵盤接口、LCD接口、LED接口、MODEM模塊、電話機模塊和接口、SD卡接口和USB主從接口等。如圖1所示。
![基于MiniGUI的嵌入式系統用戶界面關鍵問題的解決方案](/uploads/allimg/171027/2362486-1G02G44G41B.png)
1.2 軟件系統
操作系統:開放源碼的Linux操作系統是開發嵌入式產品的首選。本系統采用開放源碼的嵌入式Linux系統。它的內核版本為2.6.22,是基于default_at91sam9263_config配置的
交叉編譯工具鏈:采用arm-linux-XXX。arm-linux-gcc用于交叉編譯源程序,生成執行文件;arm-linux-strip用于去掉執行文件中的調試信息,起到減小執行文件大小的作用
GUI系統:MiniGUI是國產的一款面向嵌入式系統、跨操作系統的輕量級國產高級窗口系統(Windowing System)和圖形用戶界面(Graphi-cal User Interface,GUI)支持系統。經過10余年的發展,MiniGUI已經發展成為比較成熟、性能優良且功能豐富的跨操作系統的嵌入式圖形界面支持系統。MiniGUI可在Linux/μClinux、eCos、μC/OS-II、VxWorks、pSOS、ThreadX等操作系統以及Win32平臺上運行,已廣泛應用于手持信息終端、機頂盒、工業控制系統、便攜式多媒體播放器等產品中
MiniGUI支持BMP、GIF、PNG、JPEG、PCX、TGA等常見圖像文件和位圖、圖標、光標等Windows資源文件,支持多字符集和多種字體,庫文件較小且可配置。MiniGUI3.0比其之前的版本,在以下幾方面有新的發展:
①主窗口雙緩沖技術,可以在自定義緩沖區中獲得整個窗口的渲染結果
②外觀渲染器技術,外觀渲染器提供了多種風格的主窗口和控件界面外觀,并且應用程序可在幾種風格之間動態切換
③雙向文本顯示與輸入,增加了對阿拉伯文和希伯來文語言的支持,實現了文本的變形和重排,并提供了阿拉伯文和希伯來文鍵盤的支持
④支持不規則窗口,如圓角矩形、非矩形窗口等
⑤增加了組件mGUtilis,該組件為用戶提供了一些常用的對話框模板,便于代碼復用
⑥增加了組件msgplus,該組件是對MiniGUI圖形繪制接口的一個擴充和增強,主要提供對二維矢量圖形和高級圖形算法的支持
因此,MiniGUI非常適合編寫嵌入式圖形用戶界面應用程序。
1.3 用戶界面設計
數字加密電話系統需要顯示當前的系統狀態和具體內容,以此進行系統與用戶之間的信息交流,因此對界面的穩定性和實時性要求較高。本系統將整個屏幕分為3個區域,即狀態區域、Logo與時間顯示區域和主顯示區域,如圖2所示。狀態顯示區主要表示當前系統的工作狀態和設備的狀態。比如是掛機態還是摘機態,是加密還是非加密態,是否插入U盤,當前的數據傳輸率為多少等。不同的狀態需要用不同的圖片來顯示。從一個狀態過渡到另一個狀態,需要用一個動畫來表示。主顯示區域主要顯示表示當前系統的工作情況的動畫或文字提示。比如表示普通語音電話的動畫、表示正在加密傳輸的動畫,也可以顯示其他信息,如系統功能選擇界面、選文件界面、日志管理界面等。Logo及時間顯示區顯示公司的Logo與當前系統時間。對于本系統的界面設計來說,最重要的是各種動畫的顯示要流暢。
![基于MiniGUI的嵌入式系統用戶界面關鍵問題的解決方案](/uploads/allimg/171027/2362486-1G02G44H02B.png)
2 實現GUI時存在的兩個問題
本系統GUI的實現問題主要是各種圖片的顯示、動畫和選擇功能界面的實現。圖片的顯示方法很簡單,因此,在下面只介紹動畫和選擇功能界面的實現方法及存在的問題。
2.1 動畫的實現方法及存在的問題
MiniGUI為實現動畫,已提供了animation控件,用animation控件實現動畫的過程非常簡單:
①準備動畫文件,文件格式應該是GIF格式,GIF格式的動畫文件可以用Flash和PhotoShop生成
②用函數CreateAnimationFromGIF89aFile()讀入GIF文件
③用CreateWindow()創建動畫顯示窗口
④用SendMessage()函數控制動畫,該函數的第2個參數為ANM_STARTPLAY表示啟動動畫,參數為ANM_PLAYSTOP表示暫停動畫。也可以用函數SendMessage(GetDlgItem(hInitface,IDC_MAINANIMATION),ANM_SETANIMATION,0,(LPARAM)anim)實現更換動畫文件。但是,在嵌入式環境下,使用該方法播放動畫時,在狀態顯示區和主顯示區內都產生嚴重的抖動現象。而且屏幕越大抖動就越明顯,分辨率為480×640時的抖動現象比240×320時更明顯。減少動畫的幀數或延長每一幀的播放時間,抖動仍然存在,嚴重影響屏幕的顯示效果。
2.2 功能選擇界面的實現及存在的問題
功能選擇界面一般由多個圖片來組成,各表示不同的系統功能,用上下左右鍵選擇不同的功能,按Enter鍵運行相應程序,即打開另一個窗口,完成相應功能。當關閉窗口時重新顯示功能顯示界面。為區別被選中功能和未選中功能,放大或下沉顯示當前被選中的功能圖片,而前一個被選中功能圖片恢復成原來的大小,如圖3所示。每次用上下左右鍵選擇功能時和關閉功能窗口時,都要重新刷新背景,并重繪窗口客戶區的各個圖片。因為MiniGUI不保存被覆蓋區域的內容,因此在MSG_PAINT消息中需要重繪的內容較多,重繪圖片的常用方法是用FillB-oxWithBitmap()函數填充相應圖片區域,但是這種方法加重了屏幕刷新負載,引起屏幕明顯地閃爍。
柄,STM_SETIMAGE,pngmap,0)函數更換圖片的方式實現較好。
在需要豐富人機交互信息的嵌入式系統應用中,高精度的動態圖像顯示非常重要。因此,嵌入式系統對GUI的實時性和穩定性的要求也越來越明顯。但是,動態圖像的抖動和刷新延遲的問題在嵌入式系統中經常出現,影響系統的顯示效果
國產圖形用戶界面系統MiniGUI提供完備的多窗口機制和類Win32消息傳遞機制,便于實現多個進程間的消息傳遞。而且具有占用內存少、可移植性好等特點,因此在嵌入式領域中被廣泛應用。但在實際應用中,筆者發現了兩個問題:一是用MiniGUI的animation控件實現時出現動畫抖動,二是顯示較多圖片的窗口刷新時屏幕閃爍,嚴重影響屏幕的顯示效果。為解決以上兩個問題,本系統采用MiniGUI的雙緩沖技術和多張圖片交替顯示的方法,并通過實際應用證明了該方法的有效性
1 數字加密電話系統架構
1.1 硬件系統
數字加密電話硬件系統的芯片采用ATMEL公司的AT91SAM9263處理器。主頻為200 MHz,2 MB高速Data Flash、64 MB NAND Flash和64 MB SDRAM。核心板的對外接口包括鍵盤接口、LCD接口、LED接口、MODEM模塊、電話機模塊和接口、SD卡接口和USB主從接口等。如圖1所示。
![基于MiniGUI的嵌入式系統用戶界面關鍵問題的解決方案](/uploads/allimg/171027/2362486-1G02G44G41B.png)
1.2 軟件系統
操作系統:開放源碼的Linux操作系統是開發嵌入式產品的首選。本系統采用開放源碼的嵌入式Linux系統。它的內核版本為2.6.22,是基于default_at91sam9263_config配置的
交叉編譯工具鏈:采用arm-linux-XXX。arm-linux-gcc用于交叉編譯源程序,生成執行文件;arm-linux-strip用于去掉執行文件中的調試信息,起到減小執行文件大小的作用
GUI系統:MiniGUI是國產的一款面向嵌入式系統、跨操作系統的輕量級國產高級窗口系統(Windowing System)和圖形用戶界面(Graphi-cal User Interface,GUI)支持系統。經過10余年的發展,MiniGUI已經發展成為比較成熟、性能優良且功能豐富的跨操作系統的嵌入式圖形界面支持系統。MiniGUI可在Linux/μClinux、eCos、μC/OS-II、VxWorks、pSOS、ThreadX等操作系統以及Win32平臺上運行,已廣泛應用于手持信息終端、機頂盒、工業控制系統、便攜式多媒體播放器等產品中
MiniGUI支持BMP、GIF、PNG、JPEG、PCX、TGA等常見圖像文件和位圖、圖標、光標等Windows資源文件,支持多字符集和多種字體,庫文件較小且可配置。MiniGUI3.0比其之前的版本,在以下幾方面有新的發展:
①主窗口雙緩沖技術,可以在自定義緩沖區中獲得整個窗口的渲染結果
②外觀渲染器技術,外觀渲染器提供了多種風格的主窗口和控件界面外觀,并且應用程序可在幾種風格之間動態切換
③雙向文本顯示與輸入,增加了對阿拉伯文和希伯來文語言的支持,實現了文本的變形和重排,并提供了阿拉伯文和希伯來文鍵盤的支持
④支持不規則窗口,如圓角矩形、非矩形窗口等
⑤增加了組件mGUtilis,該組件為用戶提供了一些常用的對話框模板,便于代碼復用
⑥增加了組件msgplus,該組件是對MiniGUI圖形繪制接口的一個擴充和增強,主要提供對二維矢量圖形和高級圖形算法的支持
因此,MiniGUI非常適合編寫嵌入式圖形用戶界面應用程序。
1.3 用戶界面設計
數字加密電話系統需要顯示當前的系統狀態和具體內容,以此進行系統與用戶之間的信息交流,因此對界面的穩定性和實時性要求較高。本系統將整個屏幕分為3個區域,即狀態區域、Logo與時間顯示區域和主顯示區域,如圖2所示。狀態顯示區主要表示當前系統的工作狀態和設備的狀態。比如是掛機態還是摘機態,是加密還是非加密態,是否插入U盤,當前的數據傳輸率為多少等。不同的狀態需要用不同的圖片來顯示。從一個狀態過渡到另一個狀態,需要用一個動畫來表示。主顯示區域主要顯示表示當前系統的工作情況的動畫或文字提示。比如表示普通語音電話的動畫、表示正在加密傳輸的動畫,也可以顯示其他信息,如系統功能選擇界面、選文件界面、日志管理界面等。Logo及時間顯示區顯示公司的Logo與當前系統時間。對于本系統的界面設計來說,最重要的是各種動畫的顯示要流暢。
![基于MiniGUI的嵌入式系統用戶界面關鍵問題的解決方案](/uploads/allimg/171027/2362486-1G02G44H02B.png)
2 實現GUI時存在的兩個問題
本系統GUI的實現問題主要是各種圖片的顯示、動畫和選擇功能界面的實現。圖片的顯示方法很簡單,因此,在下面只介紹動畫和選擇功能界面的實現方法及存在的問題。
2.1 動畫的實現方法及存在的問題
MiniGUI為實現動畫,已提供了animation控件,用animation控件實現動畫的過程非常簡單:
①準備動畫文件,文件格式應該是GIF格式,GIF格式的動畫文件可以用Flash和PhotoShop生成
②用函數CreateAnimationFromGIF89aFile()讀入GIF文件
③用CreateWindow()創建動畫顯示窗口
④用SendMessage()函數控制動畫,該函數的第2個參數為ANM_STARTPLAY表示啟動動畫,參數為ANM_PLAYSTOP表示暫停動畫。也可以用函數SendMessage(GetDlgItem(hInitface,IDC_MAINANIMATION),ANM_SETANIMATION,0,(LPARAM)anim)實現更換動畫文件。但是,在嵌入式環境下,使用該方法播放動畫時,在狀態顯示區和主顯示區內都產生嚴重的抖動現象。而且屏幕越大抖動就越明顯,分辨率為480×640時的抖動現象比240×320時更明顯。減少動畫的幀數或延長每一幀的播放時間,抖動仍然存在,嚴重影響屏幕的顯示效果。
2.2 功能選擇界面的實現及存在的問題
功能選擇界面一般由多個圖片來組成,各表示不同的系統功能,用上下左右鍵選擇不同的功能,按Enter鍵運行相應程序,即打開另一個窗口,完成相應功能。當關閉窗口時重新顯示功能顯示界面。為區別被選中功能和未選中功能,放大或下沉顯示當前被選中的功能圖片,而前一個被選中功能圖片恢復成原來的大小,如圖3所示。每次用上下左右鍵選擇功能時和關閉功能窗口時,都要重新刷新背景,并重繪窗口客戶區的各個圖片。因為MiniGUI不保存被覆蓋區域的內容,因此在MSG_PAINT消息中需要重繪的內容較多,重繪圖片的常用方法是用FillB-oxWithBitmap()函數填充相應圖片區域,但是這種方法加重了屏幕刷新負載,引起屏幕明顯地閃爍。
柄,STM_SETIMAGE,pngmap,0)函數更換圖片的方式實現較好。
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