【毕业学位论文】（Word原稿）基于RTEMS操作系统的图形工具开发包的设计与实现－关键技术与模块类的设计与实现-计算机软件与理论

分类号 密级 学 位 论 文 基于 作系统的图形工具开发包的设计与实现 关键技术与模块类的设计与实现 作 者 姓 名 ： 指 导 教 师 ： 邓庆绪 副教授 东北大学计算机软件与理论研究所 申请学位级别： 硕士 学 科 类 别 ： 工学 学科专业名称： 计算机软件与理论 论文提交日期： 论文答辩日期： 学位授予日期： 答辩委员会主席： 评 阅 人 ： 东 北 大 学 2006 年 2 月 A of 006 - I - 独创性声明 本人声明 ， 所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日 期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 （如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 摘 要 - 基于 作系统的图形工具开发包的设计与实现 关键技术与模块类的设计与实现 摘 要 本文首先介绍了嵌入式开发平台的整体结构，以及本 其中的位置和作用，接下来又对本 开发环境作了简单的描述。 本文在深入讨论当今嵌入式领域中应用最为广泛的几种 统的系统结构的基础上，设计了运行在 时性嵌入式操作系统之上的图形用户界面开发包（ 整体分层结构：底层接口抽象层、中间引擎层和上层应用 接口层。 本文在尽可能的考虑嵌入式系统和工控领域的要求下，进行了该 块类的功能定义和骨干类的接口实现。主要包括包括底层绘图类（ ）、消息队列类（ ）、绘图类（ ）、绘图对象类（ ）、鼠标、键盘事件处理类（ ）、字体管理类（ ）等。 本文还详细阐述了本 实现的关键技术：事件消息机制、窗口技术、颜色板查找算法、动态曲线绘 制算法和编译规则等。其中，本 计实现了事件消息机制，它基于 消息管理器，以消息的完全封装为特色，并对传统 C/文重点分析了实现该机制特色的关键设计部分，并且给出了具体实现的关键数据结构和事件消息处理逻辑流程；它还实现了颜色板的最接近查找算法，并对其通过增设软件 方法做了改进，提高查找速度；它采用了内插法的动态曲线绘制算法，满足工控曲线的绘制显示要求；本文还为 用开发制定了统一的编译规则，将 作系统、 块库和 用程序编译到指定目标硬件系统上的二进制映象。 在文章的最后本文给出了本 最小系统定义和实现，并且进行了性能评价。 关键词： 嵌入式 计 事件消息机制 颜色板查找算法 编译规则东北大学硕士学位论文 of n of is in of a in On of a of UI we an of UI of UI is of is on is by of is a of , A a is to A is to of a of UI ib UI a A in of of UI is UI 第一章 引言 - 1 - 目 录 独创性声明 . I 摘 要 . . 录 . 1 第一章 引言 . 1 入 式系统背景 . 1 题来源及其描述 . 2 继章节安排 . 3 第二章 统基本概念与相关工作 . 5 统概念及其发展历史 . 5 统概念 . 5 统的发展历史 . 6 入式 统简介 . 6 存的主要的嵌入式 统简介 . 7 T/. 7 . 9 . 10 . 11 种重要的事件消息通信机制简介 . 12 于管道的 议 . 12 号 制 . 12 信机制 . 13 信机制 . 13 享内存 . 15 第 三章 发环境 . 17 能仪器嵌入式开发平台结构 . 17 件系统 . 18 件系统 . 21 发系统搭建 . 24 主机环境 . 24 东北大学硕士学位论文 第一章 引言 - 2 - 标机环境 . 25 第四章 关键技术的设计与实现 . 27 件消息机制设计实现 . 27 间通信 . 27 部对象之间通信的设计实现 . 27 部对象之间通信机制整体设计 . 27 息转换中心 . 28 息管理维护中心 . 31 式下通信的设计实现 . 33 口技术 . 34 建弹出式窗口 . 34 窗口技术实现 . 35 口 Z 序 . 36 口剪切算法 . 36 切域的计算算法 . 36 的多窗口技术探讨 . 37 作系统支持 . 38 核对通信机制的支持 . 38 动程序的支持 . 39 译规则制定（嵌入式的特色） . 39 色板查找算法 . 40 色板工作原理 . 40 于软件 最接近查找算法 . 41 接近查找算法 . 41 接近查找算法之上的软件 设计 . 42 线绘制算法 . 43 插法原理 . 43 插法算法实现 . 44 第五章 体设计与原型实现 . 47 统整体结构设计 . 47 统结构设计 . 47 作原理图 . 49 统类设计和功能定义 . 50 东北大学硕士学位论文 第一章 引言 - 3 - 设计 . 50 块类功能定义 . 51 息机制实现规则 . 57 户接口以及交互技术 . 57 单技术 . 57 标定位技术 . 58 示（ 术 . 59 它交互技术 . 60 小系统实现、调试与评价 . 60 小系统实现 . 60 统调试 . 61 试环境搭建 . 61 现的最小系统的测试调试 . 61 小系统性能评价 . 62 能评测要求 . 62 能测试结果 . 63 第六章 结论与未来工作 . 65 参考文献 . 67 致 谢 . 69 攻研期间论文发表情 况 . 71 攻研期间科研情况 . 73 东北大学硕士学位论文 第一章 引言 - 1 - 第一章 引言 入式系统背景 美 国 著名未 来学 家尼葛洛 庞 帝 99 年 1 月 访华时预言 ， 4 5 年后嵌入式智能 (计 算机 )工 具将是继 因特网之后最 伟 大 的发 明。我 国 著名嵌入式系 统专 家沈 绪 榜院士 98年 11 月在武 汉 全 国 第 11 次微机 学术 交流 会 上 发 表的 计 算机 的发 展与技 术 一文中，对 未 来 10 年以嵌入式芯 片 为基础 的 计 算器 工业进 行了科 学 的 阐 述和展望 1。 随着 后 代的到 来 ，使得人 们开始 越 来 越多地接触到一 个 新的概念 嵌入式产 品。像手机、 商 务 通等）均 属于 手持的嵌入式 产 品， 、机 顶盒 等也属于嵌 入式 产 品，而像 车载 统、数 控机床、网 络 冰箱等同 样 都采用嵌入式系 统 。形式多 样 的 数 字化 设备 正努力把 接到人 们 生活各 个 角落，也就是 说 中 国数 字化 设备 的 潜 在消 费 者 数量将 以 亿为单 位。嵌入 式软 件是 数 字化 产 品的核心。如果 说 发 展 带动 了整 个 桌面 软件的发 展，那么 数 字化 产 品的 广泛 普及必 将为 嵌入 式 软 件 产业 的蓬勃 发 展提供 无穷 的推 动 力。 嵌入式系 统 被定 义为： 以 应 用 为 中心、以 计 算机技 术为基础 、 软 件硬件可裁剪、 适应应 用系 统对 功能、可靠性、成本、体 积 、功耗 严格 要求的 专用计 算机系 统 。 重要的特 点 有 4 个 ： 专用 性，功能 强大 ，性价比高， 开发 周期短。 嵌入式系 统是将 先 进 的 计 算机技 术 、半 导 体技 术 和 电 子技 术 和各 个 行 业 的具体 应用相结合 后的 产 物， 这 一 点 就 决定 了它必然是一 个 技 术 密集、 资 金密集、高度分散、不 断创 新的知 识 集成系 统 。 今天嵌入式系 统带来 的 工业 年 产 值已超 过了 1 万亿 美元， 1997 年 来 自美 国 嵌入式系统 大 会 ( 报 告指出，未 来 5 年 仅 基于嵌入式 计 算机系 统 的全数 字 电视产 品，就 将 在美 国产 生一 个 每年 1500 亿 美元的新市 场 2。美 国 汽 车 大王福特公司的高 级经 理也曾宣 称 ， “福特出售的 计 算能力 已超 过了 由此可以 想见 嵌入式 计 算器 工业 的 规 模和 广 度。 纵观国际 相 关产业 在 图 形化用 户 接口 设计 方面 的发 展 现状 ， 许 多 国际 知名公司早已意 识到 产 品方 面产 生的 强大 的增值功能，以及 带动 的巨大的市 场 价值，因此在公司 内 部 设 立了相 关部门专门从 事 研究与 设计 。同行 业间 也成立了若干机构，以互相交流 计理论 与 经验为 目的。 随着 中 国 业 ，移 动 通信 产业 ，家 电产业 的迅猛 发 展，在 产 品的人机交互接口 设计发 展上日益 滞 后， 这对 于提高 产业综 合素 质 ，提升与 国际 同行 业者 的 竞争能 力等方面 无疑 起到了很大的制 约作 用。 东北大学硕士学位论文 第一章 引言 - 2 - 题来 源及其描述 随着嵌入式技术的不断成熟与发展 ,面向大中型机电设备的在线状态监测与故障诊断类仪器的开发已经形成了一个很大的产业，该类智能仪器的出现，已经在大型机电设备维修和故障诊断方面带来了一场革命，这就是用科学的“状态维修”，逐渐代替非科学的周期性维修。先进国家的大型设备都逐步采用在线维修的方法 ，采用该方法一是可以提前发现故障，避免重大事故和经济损失，二是维修变得经济可靠，在大型机电设备上应用智能化状态监测和故障诊断仪器之后，使企业可以有依据的只对有问题的设备进行维修，而其他设备可以照常运行，产生效益。我国当前普遍采用的维修方法是周期性维修，即到一定周期，不管设备有没有问题，全部停机大拆。这种维修方法没有可靠性依据，长时间的大修期给企业造成的损失巨大，仅以电厂的一个机组为例，一次大修需要 3 个月，给电厂造成的损失可达千万。而在两个维修期之间的这段时间，设备出现故障却不能被提前发现，仍然不可避免的出现 一些大型事故。 面向大型设备状态监测与故障诊断智能仪器的开发，在发达国家已经非常成熟，美国的 特立、恩泰克、西屋等公司的产品在世界各地的各大工矿企业都有成功的应用 ,产生了巨大的社会效益。国内许多企业逐渐认识到设备在线故障监测的重要性，美国 特立、恩泰克、西屋等公司的产品在中国都有应用，先进的维修理念已开始在我国工矿企业得到逐步的渗透。但是到目前为止 , 基于嵌入式技术的该类设备在我国仍属空白 ,没有成熟的产品应用 ,其根本原因就是因为我国在开发这类产品时，没有统一的开发标准和一个共用的开发平台，使 各个企业的开发技术力量分散，而且没有可靠的功能和性能测试标准，极大的影响了该类产品开发的效率和可靠性，同国外产品相比，功能相差太大，没有竞争力，市场基本上被国外公司所占领，开发一个该类嵌入式开发系统已经是势在必行。 同国外相比，国内还没有一套针对该类智能仪器开发的嵌入式软件开发平台和环境，因此迫切需要一套这样的系统，来整体上提高我国开发该类智能仪器的水平和开发速度。为了提高该类智能化仪器产品的嵌入式应用系统的开发效率，满足不同仪器开发的需要，本课题主要研究嵌入式软件开发平台的有关内容。 本 课题隶属于国 家 863项目 设备状态检测 与故障 诊断 的智能 仪 器嵌入 式软件开发 平台的 开发 。 该 863 项目 已 经 完成了基于 307 的底 层硬件 系 统 和 实时 操作系 统 核的移值。本 课题 就是 实现该 嵌入式 开发 平台 操作系 统 上 图 形用 户开发 工具包（ 开发，为该开发 平台 实现 上 层图 形用 户 接口 开发的 支持。本 图 形用 户开发 工具包 （ 开发 充分考 虑 到了嵌入式系 统 和工控 领 域的特 点 ，主要包括 统 整体 设计 、功能 类设计实东北大学硕士学位论文 第一章 引言 - 3 - 现 以及事 件消息机制、窗口技 术 、用 户 接口和交互技 术 、 口 驱动 等 关键 技 术的 实现 。本 行于 作系 统 之上，提供丰富的功能模 块，完善的图形功能，清晰的用 户开发 接口（ 力求 应 用本 发 出 来 的 图 形用 户 界面功能丰富， 简 洁美 观 。 继章节 安排 本章主要 对 嵌入式系 统 尤其是嵌入式 统 进 行了 简单 的介 绍 ，接 着讲 述了 课题来 源，并 对 本 课题进 行了概括性的描述。 第二章 对 统、 嵌入式 统进 行了 简单 的 叙 述， 讨论了现 在嵌入式系 统中 应 用 广泛 的几种嵌入式 系 统 机构及其优缺 点 ，最后 简单 介 绍 了一下常 见 的几种 统内 部的通信方式。 第三章重 点 介 绍 了本 开发环 境。首先 说 明的是本 属的863 项目 嵌入式系 统开发 平台的整体 结 构，以及本 其中所 处 的位置和作用。接下 来 是 对 本 主机和目 标 机 开发环 境的 说 明。 第四章介 绍 了本 设计 实现的关键 技 术 。其中包括具有消息完全封 装特色的消息通信机制、多窗口技 术 、 颜 色板查找算法、 动态曲线绘 制算法和 编译规则 等。 第五章 给 出了本 整体 结 构 设计 ，重 点 描述了模 块类 的功能定 义 和 类接口的 实现 。并在最后 给 出了最小系 统 的 实现 和性 能评 价。 第六章是 结论 与未 来 工作。 东北大学硕士学位论文 第二章 - 5 - 第二章 统 基本概念与相 关 工作 统概念及其发展历史 统 概念 人机交互 图 形化用 户 接口 设计 ，准确 点说 就是屏幕产 品的 视觉 体 验 和互 动操 作部分。它是一种 结合计 算机科 学 、美 学 、心理 学 、行 为学 以及各商 业领 域需求分析的人机系 统 工程， 强调 人机 环 境三者作 为 一 个系统进 行 总 体设计 ，其 设计 的主要准 则 如下： （ 1） 减 少用 户 的 认知负担 ； （ 2）保持界面的一致性； （ 3） 满 足不同目 标 用 户 的 创 意需求； （ 4）用 户 接口友好性； （ 5） 图 示 识别 平衡性； （ 6） 图标 功能的一致性； （ 7）建立接口与用 户 的互 动 交流； 其主要的 应用领 域有： （ 1）手机 通讯 移 动产 品； （ 2） 计 算机操作平台； （ 3） 软 件 产 品； （ 4） 品； （ 5） 数码产 品； （ 6） 车载 系 统产 品； （ 7）智能家 电产 品； （ 8） 游戏产 品； （ 9） 产 品的 在线 推 广 等； 纵观国际 相 关产业 在 图 形化用 户 接口 设计 方面 的发 展 现状 ， 许 多 国际 知名公司早已意 识 到 产 品方 面产 生的 强大 的增值功能，以及 带动 的巨大的市 场 价值，因此在公司 内 部 设 立了相 关部门专门从 事 研究与 设计 。同行 业间 也成立了若干机构，以互相交流 计理论 与 经验为 目的。 随着 中 国 业 ，移 动 通信 产业 ，家 电产业 的迅猛 发 展，在 产 品的人机交互接口 设计发 展上日益 滞 后， 这对 于提高 产业综 合素 质 ，提升东北大学硕士学位论文 第二章 - 6 - 与 国际 同行 业者 的 竞争能 力等方面 无疑 起到了很大的制 约作 用。 统的发 展 历 史 图 形用 户 接口（ 一