基于Android平臺(tái)的鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

劉莎莎，張 哲

(東南大學(xué)電子科學(xué)與工程院，南京210096)

隨著嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，智能手持終端設(shè)備的操作系統(tǒng)也越來(lái)越多樣化。目前市場(chǎng)上倍受廣大用戶青睞的是Google的Android、微軟的Window Mobile、諾基亞的Symbian、RIM的黑莓和蘋(píng)果的iOS。Android是Google于2007年11月05日宣布的基于Linux平臺(tái)的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)的名稱，該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成。憑借開(kāi)放源碼完全免費(fèi)等特性，其在嵌入式領(lǐng)域異軍突起，如今占據(jù)智能手持終端設(shè)備領(lǐng)域的半壁江山［1-2］。

以Android系統(tǒng)為搭載平臺(tái)的電子產(chǎn)品越來(lái)越流行，特別是平板電腦的出現(xiàn)，使用戶對(duì)產(chǎn)品硬件配置和體驗(yàn)性能方面的要求越來(lái)越高。而Android本身提供的交互方式僅限于按鍵，觸摸屏和軌跡球，無(wú)法滿足用戶的需求。針對(duì)其輸入裝置的不足，本文實(shí)現(xiàn)了一種用戶熟悉的交互方式:鼠標(biāo)，其無(wú)疑是最完美的人機(jī)交互方式。鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)使Android系統(tǒng)應(yīng)用在其他領(lǐng)域成為可能，并同時(shí)提高了Android產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 輸入系統(tǒng)

1.1 輸入系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)框架

如圖1所示，Android輸入系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)框架由事件處理層(Event Handler)，核心層(Input Core)和驅(qū)動(dòng)層(Input Driver)三部份組成［3］。

Event Handler 用于用戶空間獲取輸入事件。用戶空間打開(kāi)輸入設(shè)備的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，然后對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀寫(xiě)操作以獲得鼠標(biāo)移動(dòng)信息，或者鍵盤(pán)信息等等。這里對(duì)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的文件操作函數(shù)就是由該層提供;

Input driver 具體設(shè)備的驅(qū)動(dòng);

Input Core 負(fù)責(zé)管理所有的資源并連接驅(qū)動(dòng)層和事件處理層。

圖1 輸入系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)框圖

1.2 輸入系統(tǒng)上層框架

隨著Android系統(tǒng)的不斷升級(jí)，其輸入系統(tǒng)框架也發(fā)生變化，相對(duì)于2.1版本來(lái)說(shuō)，Gingerbread的輸入系統(tǒng)比較復(fù)雜，同時(shí)創(chuàng)建了三個(gè)線程，并用了匿名共享內(nèi)存機(jī)制，且很多在Java層的數(shù)據(jù)處理都放到了c++底層，然而這樣卻可以使性能明顯增加，節(jié)省系統(tǒng)資源［4］。

如圖2所示，WindowManagerService創(chuàng)建了三個(gè)線程:

InputReaderThread 通過(guò)EventHub讀取輸入事件，并通過(guò)不同事件類型的InputMapper進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后放到輸入事件隊(duì)列;

InputDispatcherThread 將隊(duì)列中的輸入事件取出通過(guò)InputPublisher放到匿名共享內(nèi)存里;

PolicyThread 管理當(dāng)前窗口顯示等。

圖2 輸入系統(tǒng)上層框圖

InputPublisher和InputConsumer通過(guò)InputChannel進(jìn)行雙向通信。當(dāng)InputPublisher把輸入事件放到共享內(nèi)存時(shí)會(huì)通知InputConsumer有事件傳入，Input-Consumer收到通知后會(huì)從共享內(nèi)存取出事件數(shù)據(jù)，通過(guò)InputQueue傳給ViewRoot，ViewRoot對(duì)事件進(jìn)行分類后傳給當(dāng)前具有焦點(diǎn)的View(Focus View)處理。InputConsumer處理完事件后會(huì)通知InputPublisher已處理完成，InputPublisher接到通知后會(huì)開(kāi)始向共享內(nèi)存?zhèn)鬏斚乱淮屋斎胧录?/p>

2 鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)

無(wú)論是軟鼠標(biāo)還是硬鼠標(biāo)，其實(shí)現(xiàn)機(jī)制都是一樣的。都需要讀取事件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，唯一不同的是當(dāng)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)，軟鼠標(biāo)是把鼠標(biāo)坐標(biāo)值傳給上層，而硬鼠標(biāo)則是把鼠標(biāo)坐標(biāo)值傳給驅(qū)動(dòng)。鼠標(biāo)事件的讀取和處理過(guò)程的實(shí)現(xiàn):

(1)在EventHub中對(duì)鼠標(biāo)事件加鼠標(biāo)類型標(biāo)志位;

(2)在 InputReader中創(chuàng)建 MouseInputMapper類，該類主要對(duì)鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要成員函數(shù)定義如下:

編寫(xiě)該類的成員函數(shù)，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)事件數(shù)據(jù)的處理，并把該類的實(shí)例化對(duì)象與鼠標(biāo)事件對(duì)應(yīng)起來(lái)。這樣當(dāng)輸入事件是鼠標(biāo)事件時(shí)就可以調(diào)用對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)。

2.1 軟鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)

上面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)事件的處理，這里只要繪制鼠標(biāo)并把把鼠標(biāo)坐標(biāo)傳給繪制的鼠標(biāo)即可［5］。

(1)在WindowManagerService中繪制鼠標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)置鼠標(biāo)位置的函數(shù);

(2)從上面分析可知，最終的事件會(huì)發(fā)送到ViewRoot進(jìn)行分類，所以在這里當(dāng)輸入事件是鼠標(biāo)事件時(shí)，利用進(jìn)程間通信機(jī)制［6］把鼠標(biāo)的坐標(biāo)值傳給鼠標(biāo)，設(shè)置其正確位置。

2.2 硬鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)

本文的硬件平臺(tái)sep6200是一款定位于手持視頻播放設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品的高性能芯片。其LCDC支持16bpp、18bpp、24bpp格式rgb圖像顯示;支持yuv420、yuv422、yuv444格式視頻圖像顯示;支持1080p高清視頻輸出;支持HDMI輸出接口;支持最多四層Overlay透明顯示:基層(800×600，24bpp/18bpp/16bpp rgb圖像)，覆蓋層 1(800×600，yuv422/420/424視頻圖像)，覆蓋層 2(800×600，24bpp/18bpp/16bpprgb圖像)，鼠標(biāo)層(1bpp/2bpp圖像)。因此通過(guò)為鼠標(biāo)層分配內(nèi)存并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的ioctl操作即可實(shí)現(xiàn)硬件鼠標(biāo)。下面介紹的是整個(gè)Overlay驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，包括鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 Overlay驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

Overlay驅(qū)動(dòng)的核心結(jié)構(gòu)體是platform_driver和miscdevice［7-8］，他們定義如下:

其中sep6200_overlay_fops的定義如下:

結(jié)構(gòu)體sep6200_overlay_misc_device用于為O-verlay創(chuàng)建一個(gè)字符設(shè)備節(jié)點(diǎn)以便與用戶空間通信，而sep6200_overlay_fops是對(duì)該設(shè)備節(jié)點(diǎn)的操作函數(shù)，我們要對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行填充并編寫(xiě)所有與Overlay相關(guān)的功能函數(shù)，以使Overlay層能夠正常工作。

對(duì)于鼠標(biāo)層來(lái)說(shuō)最主要的是在sep6200_overlay_probe中調(diào)用dma_alloc_writecombine()為鼠標(biāo)層分配內(nèi)存以及在sep6200_overlay_ioctl中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)ioctl操作:

OVERLAY_SHOW_CURSOR 顯示鼠標(biāo)，即畫(huà)鼠標(biāo)圖形并復(fù)制到上面分配的內(nèi)存中。

OVERLAY_SETPOS_CURSOR 設(shè)置鼠標(biāo)位置。

2.2.2 硬鼠標(biāo)上層實(shí)現(xiàn)

鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)后，用戶空間就可以調(diào)用相應(yīng)的接口操作實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)功能。由于硬件鼠標(biāo)的坐標(biāo)值只需要傳給底層Overlay驅(qū)動(dòng)即可，所以主要是在上面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)好的MouseInputMapper類的構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用OVERLAY_SHOW_CURSOR顯示鼠標(biāo)，在其成員函數(shù)sync(nsecs_t when)處理數(shù)據(jù)之后調(diào)用OVERLAY_SETPOS_CURSOR把鼠標(biāo)坐標(biāo)值傳給Overlay驅(qū)動(dòng)的鼠標(biāo)層，配置相應(yīng)的寄存器設(shè)置鼠標(biāo)的位置，就可以實(shí)現(xiàn)硬鼠標(biāo)的精確移動(dòng)。

2.3 軟鼠標(biāo)和硬鼠標(biāo)的對(duì)比

由上面實(shí)現(xiàn)可知，軟鼠標(biāo)和硬鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制是一樣的:繪制鼠標(biāo)和設(shè)置鼠標(biāo)位置。但是軟鼠標(biāo)由軟件來(lái)繪制，性能比較差，且消耗CPU資源;而硬鼠標(biāo)完全由硬件控制，性能高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)玩大型游戲或者播放視頻時(shí)，軟鼠標(biāo)反應(yīng)遲鈍，有時(shí)幾乎不動(dòng)，而硬鼠標(biāo)則反應(yīng)靈敏，移動(dòng)位置精確。

3 總結(jié)

本文面向當(dāng)前Android手持終端市場(chǎng)，充分考慮到了實(shí)際產(chǎn)品的需要，有針對(duì)性地提出了實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的兩種不同方案:軟鼠標(biāo)和硬鼠標(biāo)，并指出了其優(yōu)缺點(diǎn)。這兩種方案根據(jù)不同的硬件平臺(tái)有不同的應(yīng)用。本文基于實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)，項(xiàng)目中的芯片支持硬鼠標(biāo)功能，采用了硬鼠標(biāo)方案，產(chǎn)品具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］Ed，Burnette.Android基礎(chǔ)教程［M］.張波等譯.北京:人民郵電出版社，2009.11-15.

［2］楊豐盛.Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)揭秘［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.10-13.

［3］胡偉.Android系統(tǒng)架構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)研究［J］.廣州廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，(04)，96-101.

［4］Android輸入事件流程中的EventHub分析及源碼演示［EB/OL］.http://blog.csdn.net/a345017062/article/details/6417929，2011-5-13.

［5］修改Android系統(tǒng)的鼠標(biāo)光標(biāo)［EB/OL］.http://my.unix-center.net/～ Simon_fu/?p=555，2010-7-9.

［6］Android aidl使用詳解［EB/OL］.http://blog.csdn.net/stonecao/article/details/6425019，2011-5-16.

［7］宋寶華.Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)詳解［M］.北京:人民郵電出版社，2008.440-478.

［8］韓超，梁泉.Android系統(tǒng)原理及開(kāi)發(fā)要點(diǎn)詳解［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010.151-166.