基于S3C2440的WindML圖形驅動設計

摘 要:目前，嵌入式系統中對人機交互功能和圖形用戶界面功能的需求越來越強。在此，通過對微控制器ARM9 S3C2440和嵌入式實時操作系統VxWorsk中的多媒體組件WindML體系結構進行研究，給出了WindML下設計S3C2440 LCD驅動程序和基于I2C總線的鍵盤控制芯片ZLG7290設計鍵盤驅動程序的方法，完成了基于S3C2440的WindML圖形驅動程序設計。關鍵詞:S3C2440; WindML; LCD驅動; 鍵盤驅動

中圖分類號:TN911-34; TP303 文獻標識碼:A 文章編號:1004-373X(2010)16-0069-03

Design of WindML Graphics Driver Based on S3C2440

DONG Ying-ying1， WANG Qi-feng2

(1.Wuhan Vocational College of Software and Engineering，Wuhan 430205， China; 2.Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China)

Abstract: At present， the requirement of the man-machine interaction and graphical user interface functions has become more and more important in the embedded system. The design methods of S3C2440 LCD driver and I2C bus-based keyboard driver ZLG7290 under WindML is proposed through studying the micro-controller ARM9 S3C2440 and media library WindML in embedded real-time operating system VxWorks. The design of WindML graphics driver based on S3C2440 is accomplished. Keywords:S3C2440; WindML; LCD driver; keyboard driver

0 引 言

隨著信息技術的迅速發展，嵌入式系統的應用領域越來越廣，嵌入式系統對圖形用戶界面的需求日趨增強。VxWorks是美國WindRiver公司開發的一款高性能、可裁減的嵌入式實時操作系統。它以良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用于通信、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛星通信、飛機導航等[1]。

WindML(wind media library) 是嵌入式實時操作系統VxWorks 提供的一個可裁減的多媒體組件[2-3]。該組件庫支持基于嵌入式系統的多媒體應用程序，為各種嵌入式操作系統提供基本的圖形、視頻和音頻技術，并可以開發基于這些操作系統的設備驅動。它提供一套與硬件無關的邏輯API給應用層調用，而給底層提供不同硬件構架的驅動，使程序具有很好的移植性和可擴展性[4-5]。本文主要討論在S3C2440 微控制器上實現LCD驅動程序和鍵盤驅動程序的方法。

1 S3C2440和 WindML簡介

S3C2440是三星推出的16/32 b RISC 微處理器。 S3C2440是一款專用的以手持設備為主而設計的芯片，其特點有低功耗、 高速的處理計算能力，采用ARM920T內核AMBA總線構架，實現了MMU和哈佛緩存體系構架，有高達400 MHz的系統頻率。此外，S3C2440帶有LCD專用控制器和專用DMA通道、IIS音頻總線接口、AC97解碼總線接口及SPI，I2C，USB等總線接口，非常適用于手持設備[6-8]。

Wind媒體庫(WindML)支持在嵌入式系統上運行多媒體應用程序，提供基本的圖形、視頻和音頻技術。WindML包括兩個組成部分:軟件開發工具包(SDK)和驅動開發工具包(DDK)，如圖1所示。

圖1 WindML結構

SDK組件用于開發應用程序。它為圖形、輸入處理、多媒體、字體和內存管理提供了一個廣泛的API，允許開發者為不同硬件平臺書寫硬件獨立的可移植代碼[9-10]。DDK組件適用于實現驅動程序。它為通用硬件配置提供一系列完整的參考驅動程序。DDK是可擴展的、自定義的。WindML有多層架構，不同的功能被抽象到不同的層中。

WindML中定義了圖形驅動、視頻驅動、字體驅動、輸入驅動和音頻驅動。

2 LCD驅動程序設計

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

圖2 圖形驅動體系結構

2D層與圖形驅動程序通過ugL_ugi_driver結構進行通信。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。實現如下:

typedef struct ugl_s3c2440_driver

{

UGL_GENERIC_DRIVER pGenDriver;

UGL_MODE* pModes;

WINDML_DEVICE * pDev;

} UGL_S3C2440_DRIVER;

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WindML初始化時調用xxxDevCreate()。xxxDevCreate()程序需要完成以下功能:

(1)分配驅動圖形結構。

該結構已在驅動頭文件里定義。

(2)利用硬件抽象層打開圖形設備。

分配了驅動結構之后，硬件抽象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，圖形設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;初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ugl_ugi_driver結構的指針。如果xxxDevCreate()函數執行失敗，則返回NULL。

此外，驅動程序還必須支持一個信息控制程序，xxxinfo()。這個程序允許應用訪問驅動提供的支持，并且控制各種選項。在獲得畫面緩沖器的特征、獲得基色的信息和以為圖形設備擴展一個實例等方面會用到xxxinfo()。

3 鍵盤驅動程序設計

基于I2C總線鍵盤芯片ZLG7290的芯片內部已實現鍵盤去抖動及連擊鍵等處理，簡化了驅動程序的處理。WindML輸入設備驅動負責完成接收連接在系統上設備的原始數據，執行原始數據的轉換，以及將輸入數據放到消息隊列中供高層軟件調用，如圖3所示。

圖3 鍵盤輸入模型

WindML通過事件機制完成對鍵盤輸入的響應。它采用客戶/服務器模式，其事件驅動的原理如圖4所示。

圖4 WindML事件驅動原理圖

WindML輸入驅動是一個分層結構，包括一個底層的驅動，負責處理設備控制器和一個高層的驅動，還負責翻譯從設備中接收到的原始數據。

底層輸入驅動是作為I/O驅動來開發的，一般構建進入系統內核，底層驅動在初始化時就會被連接到操作系統的I/O系統中。底層驅動負責完成以下功能:

初始化設備控制器和輸入設備;

處理由設備控制器產生的中斷;

從輸入設備中接收原始數據，把它們按序地排列在I/O系統的高端驅動隊列中;

接收高層驅動的指令并做出相應的反應，如控制鍵盤上LED的亮滅。

此外，底層輸入驅動必須支持輸入服務任務用于檢測輸入數據的Select()機制。

高層輸入驅動主要負責接收來自低層輸入驅動的原始數據，處理這些數據，封裝數據成為一個輸入事件消息以及把這些消息放到消息隊列中。在實現時需要完成以下例程:

(1) 驅動打開例程。分配并初始化驅動控制結構，打開底層輸入驅動，設置底層驅動到合適模式，以及當成功打開驅動后返回一個指向驅動結構的指針。

函數原型如下:

UGL_INPUT_DEV * uglXXopen(

char * pDevName，

UGL_INPUT_DEV * pDriver);

驅動打開例程有兩個參數，第一個參數是用于接收原始輸入數據，被驅動打開的底層輸入驅動的名字;第二個參數是一個指向輸入驅動結構(UGL_INPUT_DEV)的指針。

(2) 驅動控制例程。

函數原型如下:

UGL_STATUS uglXXControl (

UGL_PC_KBD_DEVICE *pDevice，

UGL_DEVICE_REQ request，

void * pArg )

該函數有3個參數:第一個參數是由驅動打開例程創建和初始化的驅動控制結構;第二個參數是請求的類型;第三個參數依賴于第二個參數的請求類型。

(3) 開發驅動關閉例程。該函數負責完成關閉底層輸入驅動，釋放由打開例程分配的系統資源以及設置底層設備回到它操作之前的原始狀態。

最后需實現I2C總線接口驅動，將底端輸入驅動及高端輸入驅動連接起來，完成鍵盤驅動程序的編寫。

圖5所示是WindML繪圖的一個例子。圖中創建了2個窗口，左邊的窗口通過鍵盤可以控制小球的運動，右邊窗口可以在其中輸入文字。

圖5 WindML繪圖實例

4 結 語

本文對嵌入式實時操作系統VxWorks的媒體庫WindML及其圖形界面開發的方法做了詳細的介紹，上面提到的圖形界面開發的方法已經被作者成功地應用于實際工程開發，并取得了良好的效果。

參考文獻

[1]LI Qing，YAO Caroline.嵌入式系統的實時概念[M].王安生，譯.北京:北京航空航天大學出版社，2004.

[2]WindRiver Systems Inc. WindML programmer's guide version 2.2[EB/OL].[2007-06-07].http://www.mofeel.net/533-comp-os-vxworks.

[3]王國夫，孫堯，蘇柏泉.WindML 事件驅動機制分析[J].計算機工程，2003，29(10):193-195.

[4]周啟平，張楊.VxWorks下設備驅動程序及BSP開發指南[M].北京:中國電力出版社，2004.

[5]Wind River. VxWorks programmer′s guide(version 5.5)[M]. USA: WindRiver.2002.

[6]程敬原.VxWorks軟件開發項目實例完全解析[M].北京:中國電力出版社，2005.

[7]佚名.基于WindML的VxWorks圖形驅動研究[EB/OL].[2007-10-15].http://www.eaw.com.cn/news/newsdisplay/article/10962.

[8]佚名.Linux液晶屏驅動開發[EB/OL].[2008-10-28].http://develop.csai.cn/ebd/200810281455371902.htm.

[9]田澤.嵌入式系統開發與應用實驗教程[M] .北京:北京航天航空大學出版社，2005.

[10]張曉林.嵌入式系統技術[M].北京:高等教育出版社，2008.