1.引言：

　　嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)功能的日益強(qiáng)大使得在嵌入式產(chǎn)品中包含圖形界面功能成為一種趨勢(shì)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功能、對(duì)可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。因此可以這樣理解上述三個(gè)面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。

　　高清數(shù)字電視解碼平臺(tái)HDTV SoC是由上海交通大學(xué)自行研究開發(fā)的，以數(shù)字電視機(jī)頂盒為應(yīng)用背景的嵌入式單片系統(tǒng)。在硬件平臺(tái)構(gòu)建和操作系統(tǒng)移植的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)對(duì)友好的界面提出了更高的要求。

　　MiniGUI是由北京飛漫軟件技術(shù)有限公司創(chuàng)辦的開源Linux圖形用戶界面支持系統(tǒng)，經(jīng)過近些年的發(fā)展，MiniGUI已經(jīng)發(fā)展成為比較成熟的性能優(yōu)良的、功能豐富的跨操作系統(tǒng)的嵌入式圖形界面支持系統(tǒng)。“小”是MiniGUI的特色，它目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通訊、醫(yī)療、工控、電子、機(jī)頂盒、多媒體等領(lǐng)域。目前，MiniGUI的版本為MiniGUI 3.0，所以MiniGUI對(duì)中文的支持。MiniGUI 為嵌入式 Linux 系統(tǒng)提供了完整的圖形系統(tǒng)支持，是針對(duì)嵌入式 Linux僅有的兩個(gè)商用嵌入式GUI系統(tǒng)之一。MiniGUI為嵌入式Linux 系統(tǒng)提供了完整的多進(jìn)程支持；可以 MiniGUI-Processes、MiniGUI-Threads或者M(jìn)iniGUI-Standalone 三種運(yùn)行模式運(yùn)行。

　　2.HDTV SoC平臺(tái)和MiniGUI:

　　HDTV SoC 是用于高清數(shù)字電視信號(hào)接收端的解碼平臺(tái)。如圖1所示：該平臺(tái)包含以下功能模塊：傳輸流解復(fù)用（TSD），系統(tǒng)控制，音頻解碼、視頻解碼，視頻處理，顯示后處理（OSD），以及串口等外圍設(shè)備。視頻支持MPEG－II高清和標(biāo)清解碼，音頻支持AAC、AC3、MP3、MP2格式。

　　在HDTV SoC平臺(tái)上建立圖形界面，需要分別利用串口模塊（UART）和顯示后處理模塊（OSD）作為輸入和輸出設(shè)備。充分而高效地將顯示后處理模塊（OSD）的功能與上層軟件有機(jī)結(jié)合是有效建立圖形界面的關(guān)鍵。OSD是on-screen display的簡稱，即屏幕菜單式調(diào)節(jié)方式。一般是按Menu鍵后屏幕彈出的顯示器各項(xiàng)調(diào)節(jié)項(xiàng)目信息的矩形菜單，可通過該菜單對(duì)顯示器各項(xiàng)工作指標(biāo)包括色彩、模式、幾何形狀等進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到的使用狀態(tài)。它通過顯示在屏幕上的功能菜單達(dá)到調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)的目的，不但調(diào)整方便，而且調(diào)整的內(nèi)容也比以上的兩種方式多，增加了失真、會(huì)聚、色溫、消磁等調(diào)整內(nèi)容。像以前顯示器出現(xiàn)的網(wǎng)紋干擾、屏幕視窗不正、磁化等需要送維修廠商維修的故障，現(xiàn)在舉手之間便可解決。

　　MiniGUI具有良好的軟件架構(gòu)，通過可移植層（Portable Layer）將MiniGUI上層和底層操作系統(tǒng)隔離開來；可移植層可將特定操作系統(tǒng)及底層硬件的細(xì)節(jié)隱藏起來，而上層應(yīng)用程序無需關(guān)心底層硬件平臺(tái)的輸入和輸出。作為國內(nèi)廣泛應(yīng)用的嵌入式圖形界面中間件產(chǎn)品，相對(duì)與其它嵌入式GUI系統(tǒng)，MiniGUI有以下優(yōu)勢(shì)：1.輕型，占用資源少。2.高性能，高可靠性。3.可配置。4.可伸縮性強(qiáng)。5.跨操作系統(tǒng)支持

　　3.移植MiniGUI:

　　MiniGUI的體系結(jié)構(gòu)可表示如下圖：

　　圖2 MiniGUI的體系結(jié)構(gòu)

　　如圖3所示，MiniGUI從上到下包括應(yīng)用程序，層，可移植層（圖形與輸入設(shè)備抽象層）以及輸入輸出設(shè)備層。其中，圖形引擎（GAL）和輸入引擎（IAL）一起構(gòu)成可移植層。可移植層為上層提供了統(tǒng)一的輸入輸出的抽象接口，從而增強(qiáng)了MiniGUI的可移植性。

　　首先，定制圖形引擎。MiniGUI可以支持包括SVGALib 和 LibGGI在內(nèi)的多種圖形引擎，另外還自帶了基于framebuffer設(shè)備的私有圖形引擎。相對(duì)于其他圖形引擎，私有引擎專為Linux平臺(tái)上的MiniGUI而設(shè)計(jì)，有更好的性能和顯示效果，因此在Linux平臺(tái)上被廣泛采用。但是該引擎需要Linux內(nèi)核中包含對(duì)顯示設(shè)備的framebuffer驅(qū)動(dòng)的支持。

　　其次，定制輸入引擎。不同的平臺(tái)在輸入引擎上差別較大。HDTV SoC平臺(tái)采用UART作為輸入設(shè)備，所以輸入引擎要基于UART，將UART得到的外部信息轉(zhuǎn)換為上層應(yīng)用程序能夠理解和識(shí)別的信息格式。

　　，需要根據(jù)平臺(tái)特性和應(yīng)用需求對(duì)MiniGUI進(jìn)行功能配置。

　　我們將圖3中的圖形設(shè)備（Graphic Device）和輸入設(shè)備（Input Device）替換為具體的驅(qū)動(dòng)程序及相應(yīng)的硬件設(shè)備可得出MiniGUI在HDTV SoC平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的具體框圖如圖4所示：

　　經(jīng)過以上分析之后，我們更加明確了移植所要做的工作，并且可進(jìn)一步將整個(gè)移植過程分為三階段：，開發(fā)和調(diào)試基于OSD硬件的framebuffer驅(qū)動(dòng)程序，并且調(diào)試圖形引擎，這是整個(gè)移植過程中為關(guān)鍵的一步；第二，定制和調(diào)試基于UART設(shè)備的輸入引擎；第三，開發(fā)自己的應(yīng)用程序，并且交叉編譯和配置整個(gè)MiniGUI。

　　首先，我們需要開發(fā)針對(duì)HDTV SoC 平臺(tái)上OSD硬件設(shè)備的framebuffer驅(qū)動(dòng)程序。framebuffer機(jī)制定義了一組與顯示設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作，對(duì)顯示設(shè)備的幀緩存進(jìn)行了軟件抽象，為上層提供了統(tǒng)一的訪問接口，屏蔽了底層硬件的細(xì)節(jié)。應(yīng)用程序?qū)υ摻M數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行訪問，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同顯卡硬件的訪問操作。減少依賴于顯卡的代碼量，同時(shí)增加了這部分代碼的可移植性。

　　如果MiniGUI采用基于framebuffer設(shè)備的私有圖形引擎，首先需要在內(nèi)核中添加framebuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)。framebuffer設(shè)備的實(shí)現(xiàn)主要依賴于四個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

　　fb_fix_screeninfo用來表示與顯示設(shè)備無關(guān)的常值信息，這些信息在設(shè)備初始化時(shí)指定，應(yīng)用程序可以通過借口函數(shù)來訪問這些信息，但是不允許改變它們。

　　fb_var_screeninfo用來表示與顯示設(shè)備無關(guān)的變量信息與特定顯示模式。應(yīng)用程序可以調(diào)用相應(yīng)的借口來訪問和修改這些信息。

　　fb_ops是供上層調(diào)用的一組函數(shù)接口。全部的framebuffer操作都要通過該接口來完成。

　　fb_info 是常規(guī)信息，API以及幀緩沖設(shè)備的底層信息。該結(jié)構(gòu)只能被用于內(nèi)核中，前面三個(gè)結(jié)構(gòu)均可通過外部接口查看。

　　在驅(qū)動(dòng)程序中實(shí)現(xiàn)了上述四個(gè)結(jié)構(gòu)之后，一個(gè)簡單得framebuffer驅(qū)動(dòng)程序即宣告完成。將該驅(qū)動(dòng)程序作為模塊加載之后，就可以進(jìn)行調(diào)試，直到輸出正常。

　　在framebuffer驅(qū)動(dòng)程序完成之后，接下來需要定制輸入引擎。MiniGUI通過INPUT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示輸入引擎。MiniGUI維護(hù)著一個(gè)由所有輸入引擎組成的輸入引擎數(shù)組，每個(gè)數(shù)組項(xiàng)對(duì)應(yīng)著一個(gè)輸入引擎。如果該數(shù)組中沒有與該平臺(tái)對(duì)應(yīng)的項(xiàng)，就需要在其中添加對(duì)應(yīng)的輸入引擎。由于SoC平臺(tái)只能通過UART和用戶進(jìn)行交互，所以輸入引擎以UART為基礎(chǔ)。

　　在圖形引擎和輸入引擎的定制完成之后，需要對(duì)MiniGUI的源代碼進(jìn)行交叉編譯和安裝。到這里，整個(gè)移植工作基本結(jié)束。在此基礎(chǔ)上，我們還可以在MiniGUI平臺(tái)上開發(fā)自己的應(yīng)用程序。

　　4.總結(jié)：

　　本文作者創(chuàng)新觀點(diǎn)：在SoC平臺(tái)上建立GUI界面需要充分考慮系統(tǒng)性能，資源以及GUI系統(tǒng)本身的資源消耗，移植開源軟件通常是經(jīng)濟(jì)，簡便的辦法。移植工作主要是建立GUI系統(tǒng)與輸入輸出硬件的映射，在必要的時(shí)候需要根據(jù)GUI系統(tǒng)要求為底層硬件開發(fā)專用的驅(qū)動(dòng)程序。由于MiniGUI在SoC芯片上的應(yīng)用還比較少，所以本次移植工作不僅驗(yàn)證了移植方法的可行性，對(duì)于如何為MiniGUI在機(jī)頂盒中的應(yīng)用，以及對(duì)于如何在受到資源和性能約束的嵌入式系統(tǒng)中建立圖形界面，均具有一定的借鑒意義