基于嵌入式Linux的图形界面显示系统的设计

1、基于嵌入式linux的图形界面显示系统的设计在系统这个it产业的新领域， 以其所具备的稳定、高效、易定制、易裁减、硬件支持广泛的特点，结合其免费、源码开放的特征。使得linux在嵌入式操作系统中的地位越来越重要。越来越多的嵌入式系统，包括 pda、wap 手机等等系统均要求提供全功能的 web 扫瞄器。这包括 html 的支持、javascript 的支持，甚至包括 java 虚拟机的支持。而这一切都要求有一个高性能、高牢靠的 gui 的支持。这些系统普通不希翼建立在浩大累赘的、十分消耗系统资源的操作系统和 gui 之上，比如 windows 或 x window。但是，在浮现 linux 系

2、统之后 gui 仍然是一个问题。关键是 x window 太过浩大和臃肿。是专为无存储器管理单元的处理器定制的嵌入式linux操作系统。其内嵌的microwindow为嵌入式系统图形界面提供了良好的支持。2 系统的组成结构基于uclinux的嵌入式图形界面显示系统分为软件和硬件两大部分。软件由uclinux、framebuffer驱动程序和microwindow三部分组成。motorola嵌入式cpu 5272、epson的13506 控制器和truly公司的mct-g320240dncw液晶显示屏组成图形界面显示硬件系统。结构1所示。硬件设计环境：开发板是motorola 5272c3，uc

3、linux内核版本号是2.4.17。3 microwindow的架构microwindow是一种轻量级的gui，具有轻型、占用资源少、高牢靠性的特点。microwindow 是一个十分适合于工业控制实时系统以及嵌入式系统的可定制的、小巧的图形用户界面支持系统。microwindow是一种分层设计的架构。最底层是一组屏幕、鼠标/、键盘的抽象接口，不依靠任何特别的硬件。中间层是可移植的图形引擎。最高层是各种api，供图形应用程序调用。目前有两种api，一种是ecma apiw，其次种是nano-x apis.。这些api与win32和x window系统基本上兼容，使应用程序移植十分简单。在ucl

4、inux下microwindow最底层的screen 抽象接口建立在linux framebuffer 设备基础上。framebuffer device 是对图形显示硬件设备的抽象，它代表视频硬件的帧缓存。本文将重点研究uclinux下针对详细硬件环境如何设计其framebuffer设备驱动程序。4 framebuffer设备驱动程序的设计linux下设备分为字符设备、块设备和网络设备接口三大类。那么framebuffer设备属于哪一类呢？刚开头设计时简单使人困窘。其实对用法者而言，帧缓冲设备也就是framebuffer device和名目/dev下的其他设备没有区分。它是一个字符设备，用法主

5、设备号29，次设备号用于帧缓冲设备之间的区别。例如：0/dev/fb0 first frame buffer1=/dev/fb1 second frame buffer31=/dev/fb31 32nd frame buffer031就是次设备号帧缓冲驱动程序主要依赖四个数据结构。这些结构定义在 include/linux/fb.h程序内。它们分离是fb_info、fb_var_screeninfo、fb_fix_screeninfo和fb_monospecs。后三个结构可以在用户空间拜访，结构 fb_info只能在内核空间拜访。结构 fb_fix_screeninfo定义了视频板卡硬件的某些

6、固定的特性。这些特性在硬件初始化时就被定义了以后不得修改。在这个结构体中最重要的成员是smem_len和line_length。前者指示显存的大小，后者提供了一个显示行的byte统计数，使显存指针很便利的移到下一显示行。结构fb_var_screeninfo定义了视频硬件一些可变的特性。这些特性在程序运行期间可以由应用程序动态转变。因为篇幅有限在此只对这个结构体中主要的成员作出说明，具体说明请参见fb.h。成员变量xres 和 yres定义在显示屏上真切显示的辨别率。而xres_virtual和yres_virtual是虚拟辨别率，它们定义的是显存辨别率。比如显示屏垂直辨别率是400，而虚拟辨

7、别率是800。这就意味着在显存中存储着800行显示行，但是每次只能显示400行。但是显示哪400行呢？这就需要另外一个成员变量yoffset，当yoffset0时，从显存0行开头显示400行，假如yoffset30，就从显存31行开头显示400行。在这四个结构中最重要的结构就是fb_info，它只能在内核空间拜访。其内部定义了struct fb_ops， 结构fb_ops成员就是由一系列framebuffer 操作函数组成。结构fb_monospecs在2.5.x内核下才会被采纳，在目前内核下不用法。如前所述就用法者而言，帧缓冲设备和普通的字符设备没有区分。因此写视频硬件的设备驱动程序就有两种

8、挑选，一种是把视频硬件抽象成普通的字符设备，驱动程序的写法和普通的字符设备驱动类似。其次种就是帧缓冲设备的驱动程序的编写。第一种办法不规范，而且实现功能有限，故不倡导。下面用与字符驱动程序类比的办法介绍如何编写帧缓冲驱动程序。字符驱动程序用函数register_chrdev向内核注册设备。register_chrdev需要三个参数，参数一是主设备号，参数二是对应与参数一主设备号的驱动程序名；参数三用来记下驱动程序实际执行操作的函数指针，它指向struct file_operation。编写字符驱动程序的主要工作就是编写各个子函数并填写file_operation各个域。当用户进程利用系统调用对

9、设备文件举行操作时，系统通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序。然后读取这个数据结构相应的操作函数指针，接着就把控制权交给这个函数。这就是linux驱动程序工作原理。帧缓冲设备驱动程序与此类似，其调用register_framebuffer注册一个framebuffer设备。它惟独一个参数就是前面介绍的struct fb_info， 其内部定义了结构成员fb_ops。编写帧缓冲驱动程序主要就是编写fb_ops各个成员函数。与字符驱动设备不同的是帧缓冲驱动程序并不实现ioctl调用。帧缓冲驱动程序的初始化函数在linux/drivers/video/fbmem.c中记下。全部的帧缓冲驱动程

10、序的ioct调用由fbmem.c统一实现。由fbmem.c按照当前正在工作的帧缓冲设备提供ioctl调用。5 硬件的设计5272是motorola公司coldfire系列嵌入式cpu，在motorola公司嵌入式cpu中属于中低档产品。低档不等于低效，在主频66m时可以达到63，临近mpc860的mips。并且外围电路接口丰盛，在coldfire系列中集成度最高。5272是一种32位同步数据地址总线，总线传输终止支持同步终止和异步终止。在5272与外围器件总线传输周期中，利用ta信号可以在总线传输周期插入等待时钟周期。实现总线传输的异步终止。5272总线接口用法bs0bs3四个信号显示当前总线

11、周期数据总线宽度。5272的i/o空间是内存映射的，所以没有特地的i/o地址空间。由于5272没有mmu单元，所以5272的内存空间是物理地址挺直寻址。液晶屏控制器是epson公司的13506。这是一款lcd/crt/tv图形控制器。cpu接口广泛。拥有16bit宽度的edo显存接口，显存最大可达2mbytes。在16bpp的状况下最大辨别率可达640480。支持虚拟显示，即显示图像尺寸可以大于屏幕实际尺寸。下图是coldfire 5272 cpu 与 epson13506之间的接口电路暗示图。epson13506的cpu接口数据总线宽度是16位。5272是大印第安字节序，当总线宽度是16位时，数据总线高16位有效。epson13506 m/r管脚用来控制当前读写是对显存的读写还是对13506 i/o寄存器的读写，5272地址线a21对其举行控制。这样在5272 cs6的地址空间中，地址21位是1就是显存的地址，为0就是13506 i/o寄存器的地址。5272地址总线a0并未接到epson13506 ab0管脚上，这是因为在epson13506 cpu接口模式 generic1状况下，epson13506 ab0管脚必需接高电平。这样就无法实现对字节的寻址。为了实现对字节的寻址，可以通过一片举行规律