基于MiniGUI的數(shù)字加密電話系統(tǒng)GUI設(shè)計(jì)

摘要：提出一種以AT91SAM9263處理器為核心芯片、采用嵌入式Linux2．6內(nèi)核和MiniGUI3．0圖形系統(tǒng)的數(shù)字加密電話系統(tǒng)GUI的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。采用雙緩沖技術(shù)與多張圖片交替顯示的方式解決了MiniGUI的動(dòng)畫抖動(dòng)問題和屏幕刷新負(fù)載過大導(dǎo)致的屏幕抖動(dòng)問題。
關(guān)鍵詞：動(dòng)畫抖動(dòng)；雙緩沖技術(shù)；MiniGUI；嵌入式

引言
    在需要豐富人機(jī)交互信息的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，高精度的動(dòng)態(tài)圖像顯示非常重要。因此，嵌入式系統(tǒng)對(duì)GUI的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的要求也越來越明顯。但是，動(dòng)態(tài)圖像的抖動(dòng)和刷新延遲的問題在嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)，影響系統(tǒng)的顯示效果。
    國產(chǎn)圖形用戶界面系統(tǒng)MiniGUI提供完備的多窗口機(jī)制和類Win32消息傳遞機(jī)制，便于實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程間的消息傳遞。而且具有占用內(nèi)存少、可移植性好等特點(diǎn)，因此在嵌入式領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用中，筆者發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問題：一是用MiniGUI的animation控件實(shí)現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)動(dòng)畫抖動(dòng)，二是顯示較多圖片的窗口刷新時(shí)屏幕閃爍，嚴(yán)重影響屏幕的顯示效果。為解決以上兩個(gè)問題，本系統(tǒng)采用MiniGUI的雙緩沖技術(shù)和多張圖片交替顯示的方法，并通過實(shí)際應(yīng)用證明了該方法的有效性。

1 數(shù)字加密電話系統(tǒng)架構(gòu)
1．1 硬件系統(tǒng)
    數(shù)字加密電話硬件系統(tǒng)的芯片采用ATMEL公司的AT91SAM9263處理器。主頻為200 MHz，2 MB高速Data Flash、64 MB NAND Flash和64 MB SDRAM。核心板的對(duì)外接口包括鍵盤接口、LCD接口、LED接口、MODEM模塊、電話機(jī)模塊和接口、SD卡接口和USB主從接口等。如圖1所示。

1．2 軟件系統(tǒng)
    操作系統(tǒng)：開放源碼的Linux操作系統(tǒng)是開發(fā)嵌入式產(chǎn)品的首選。本系統(tǒng)采用開放源碼的嵌入式Linux系統(tǒng)。它的內(nèi)核版本為2．6．22，是基于default_at91sam9263_config配置的。
    交叉編譯工具鏈：采用arm-linux-XXX。arm-linux-gcc用于交叉編譯源程序，生成執(zhí)行文件；arm-linux-strip用于去掉執(zhí)行文件中的調(diào)試信息，起到減小執(zhí)行文件大小的作用。
    GUI系統(tǒng)：MiniGUI是國產(chǎn)的一款面向嵌入式系統(tǒng)、跨操作系統(tǒng)的輕量級(jí)國產(chǎn)高級(jí)窗口系統(tǒng)(Windowing System)和圖形用戶界面(Graphi-cal User Interface，GUI)支持系統(tǒng)。經(jīng)過10余年的發(fā)展，MiniGUI已經(jīng)發(fā)展成為比較成熟、性能優(yōu)良且功能豐富的跨操作系統(tǒng)的嵌入式圖形界面支持系統(tǒng)。MiniGUI可在Linux／μClinux、eCos、μC／OS-II、VxWorks、pSOS、ThreadX等操作系統(tǒng)以及Win32平臺(tái)上運(yùn)行，已廣泛應(yīng)用于手持信息終端、機(jī)頂盒、工業(yè)控制系統(tǒng)、便攜式多媒體播放器等產(chǎn)品中。
    MiniGUI支持BMP、GIF、PNG、JPEG、PCX、TGA等常見圖像文件和位圖、圖標(biāo)、光標(biāo)等Windows資源文件，支持多字符集和多種字體，庫文件較小且可配置。MiniGUI3．0比其之前的版本，在以下幾方面有新的發(fā)展：
    ①主窗口雙緩沖技術(shù)，可以在自定義緩沖區(qū)中獲得整個(gè)窗口的渲染結(jié)果。
    ②外觀渲染器技術(shù)，外觀渲染器提供了多種風(fēng)格的主窗口和控件界面外觀，并且應(yīng)用程序可在幾種風(fēng)格之間動(dòng)態(tài)切換。
    ③雙向文本顯示與輸入，增加了對(duì)阿拉伯文和希伯來文語言的支持，實(shí)現(xiàn)了文本的變形和重排，并提供了阿拉伯文和希伯來文鍵盤的支持。
    ④支持不規(guī)則窗口，如圓角矩形、非矩形窗口等。
    ⑤增加了組件mGUtilis，該組件為用戶提供了一些常用的對(duì)話框模板，便于代碼復(fù)用。
    ⑥增加了組件msgplus，該組件是對(duì)MiniGUI圖形繪制接口的一個(gè)擴(kuò)充和增強(qiáng)，主要提供對(duì)二維矢量圖形和高級(jí)圖形算法的支持。
    因此，MiniGUI非常適合編寫嵌入式圖形用戶界面應(yīng)用程序。[!--empirenews.page--]
1．3 用戶界面設(shè)計(jì)
    數(shù)字加密電話系統(tǒng)需要顯示當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和具體內(nèi)容，以此進(jìn)行系統(tǒng)與用戶之間的信息交流，因此對(duì)界面的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性要求較高。本系統(tǒng)將整個(gè)屏幕分為3個(gè)區(qū)域，即狀態(tài)區(qū)域、Logo與時(shí)間顯示區(qū)域和主顯示區(qū)域，如圖2所示。狀態(tài)顯示區(qū)主要表示當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀
態(tài)和設(shè)備的狀態(tài)。比如是掛機(jī)態(tài)還是摘機(jī)態(tài)，是加密還是非加密態(tài)，是否插入U(xiǎn)盤，當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸率為多少等。不同的狀態(tài)需要用不同的圖片來顯示。從一個(gè)狀態(tài)過渡到另一個(gè)狀態(tài)，需要用一個(gè)動(dòng)畫來表示。主顯示區(qū)域主要顯示表示當(dāng)前系統(tǒng)的工作情況的動(dòng)畫或文字提示。比如表示普通語音電話的動(dòng)畫、表示正在加密傳輸?shù)膭?dòng)畫，也可以顯示其他信息，如系統(tǒng)功能選擇界面、選文件界面、日志管理界面等。Logo及時(shí)間顯示區(qū)顯示公司的Logo與當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間。對(duì)于本系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)來說，最重要的是各種動(dòng)畫的顯示要流暢。

2 實(shí)現(xiàn)GUI時(shí)存在的兩個(gè)問題
    本系統(tǒng)GUI的實(shí)現(xiàn)問題主要是各種圖片的顯示、動(dòng)畫和選擇功能界面的實(shí)現(xiàn)。圖片的顯示方法很簡(jiǎn)單，因此，在下面只介紹動(dòng)畫和選擇功能界面的實(shí)現(xiàn)方法及存在的問題。
2．1 動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)方法及存在的問題
    MiniGUI為實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫，已提供了animation控件，用animation控件實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的過程非常簡(jiǎn)單：
    ①準(zhǔn)備動(dòng)畫文件，文件格式應(yīng)該是GIF格式，GIF格式的動(dòng)畫文件可以用Flash和PhotoShop生成。
    ②用函數(shù)CreateAnimationFromGIF89aFile()讀入GIF文件。
    ③用CreateWindow()創(chuàng)建動(dòng)畫顯示窗口。
    ④用SendMessage()函數(shù)控制動(dòng)畫，該函數(shù)的第2個(gè)參數(shù)為ANM_STARTPLAY表示啟動(dòng)動(dòng)畫，參數(shù)為ANM_PLAYSTOP表示暫停動(dòng)畫。也可以用函數(shù)SendMessage(GetDlgItem(hInitface，IDC_MAINANIMATION)，ANM_SETANIMATION，0，(LPARAM)anim)實(shí)現(xiàn)更換動(dòng)畫文件。但是，在嵌入式環(huán)境下，使用該方法播放動(dòng)畫時(shí)，在狀態(tài)顯示區(qū)和主顯示區(qū)內(nèi)都產(chǎn)生嚴(yán)重的抖動(dòng)現(xiàn)象。而且屏幕越大抖動(dòng)就越明顯，分辨率為480×640時(shí)的抖動(dòng)現(xiàn)象比240×320時(shí)更明顯。減少動(dòng)畫的幀數(shù)或延長(zhǎng)每一幀的播放時(shí)間，抖動(dòng)仍然存在，嚴(yán)重影響屏幕的顯示效果。
2．2 功能選擇界面的實(shí)現(xiàn)及存在的問題
    功能選擇界面一般由多個(gè)圖片來組成，各表示不同的系統(tǒng)功能，用上下左右鍵選擇不同的功能，按Enter鍵運(yùn)行相應(yīng)程序，即打開另一個(gè)窗口，完成相應(yīng)功能。當(dāng)關(guān)閉窗口時(shí)重新顯示功能顯示界面。為區(qū)別被選中功能和未選中功能，放大或下沉顯示當(dāng)前被選中的功能圖片，而前一個(gè)被選中功能圖片恢復(fù)成原來的大小，如圖3所示。每次用上下左右鍵選擇功能時(shí)和關(guān)閉功能窗口時(shí)，都要重新刷新背景，并重繪窗口客戶區(qū)的各個(gè)圖片。因?yàn)镸iniGUI不保存被覆蓋區(qū)域的內(nèi)容，因此在MSG_PAINT消息中需要重繪的內(nèi)容較多，重繪圖片的常用方法是用FillB-oxWithBitmap()函數(shù)填充相應(yīng)圖片區(qū)域，但是這種方法加重了屏幕刷新負(fù)載，引起屏幕明顯地閃爍。

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3 關(guān)鍵問題的解決方法
3．1 動(dòng)畫抖動(dòng)問題的解決
    產(chǎn)生動(dòng)畫抖動(dòng)的主要原因是，用animation控件實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫時(shí)，頻繁地產(chǎn)生MSG_PAINT消息，加重了屏幕刷新的請(qǐng)求。MiniGUI通過判斷窗口是否含有無效區(qū)域來確定是否需要重繪窗口。如果需要重繪就向應(yīng)用程序發(fā)送MSG_PAINT消息。窗口的重繪任務(wù)需由應(yīng)用程序自己完成，因?yàn)镸iniGUI不保存被覆蓋區(qū)域的內(nèi)容。MiniGUI的窗口在響應(yīng)MSG_PAINT消息的時(shí)候進(jìn)行復(fù)雜的圖形處理，尤其是在刷新時(shí)，對(duì)圖像的擦除和重寫造成了圖像顏色的反差。當(dāng)繪圖消息的響應(yīng)很頻繁時(shí)，這種反差也就越發(fā)明顯，于是我們就看到了動(dòng)畫抖動(dòng)的現(xiàn)象。為了解決動(dòng)畫抖動(dòng)的問題，系統(tǒng)采用了雙緩沖技術(shù)和多個(gè)圖片交替顯示的方法。并在實(shí)際應(yīng)用中證明了該方法是行之有效的。雙緩沖技術(shù)要比直接操作顯存速度更快，因此可以解決抖動(dòng)現(xiàn)象。
    采用雙緩沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的基本思路是這樣的，首先在系統(tǒng)內(nèi)存中建立一個(gè)類似顯示內(nèi)存的內(nèi)存設(shè)備上行文，然后將待顯示圖片填充到該內(nèi)存設(shè)備上行文中，最后再通過位拷貝方式復(fù)制到顯示內(nèi)存中。為了達(dá)到動(dòng)畫的效果，將多個(gè)圖片循環(huán)顯示，即設(shè)定定時(shí)器和靜態(tài)變量，每當(dāng)定時(shí)器觸發(fā)時(shí)，根據(jù)靜態(tài)變量的值顯示不同的圖片，靜態(tài)變量由0到MAX循環(huán)。實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的詳細(xì)流程如圖4所示。定時(shí)器的時(shí)間間隔和圖片的數(shù)量可以根據(jù)具體情況任意調(diào)整。本系統(tǒng)的主顯示區(qū)動(dòng)畫采用這種方法實(shí)現(xiàn)后，動(dòng)畫效果流暢，不再有抖動(dòng)現(xiàn)象。

3．2 功能選擇界面閃爍問題的解決
    功能選擇界面閃爍的主要原因是屏幕內(nèi)容過多，刷新負(fù)載過大。本系統(tǒng)采用雙緩沖技術(shù)和MiniGUI．cfg配置文件的設(shè)置方法，實(shí)現(xiàn)只刷新屏幕的局部，解決了功能選擇界面閃爍問題。每次按上下左右鍵或關(guān)閉功能窗口時(shí)，用以下3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)重繪屏幕無效區(qū)域(以圖3為例)。
    ①A區(qū)用小圖標(biāo)恢復(fù)，用函數(shù)StretchBlt(hdcmem，0，0，0，0，hdc，WIN_LEFT，WIN_TOP，WIDTH，HIGHT，(DWORD)0)實(shí)現(xiàn)，其中hdcmem是內(nèi)存設(shè)備上下文，是用CreateCompatibleDCEx()函數(shù)創(chuàng)建的。該內(nèi)存設(shè)備上行文中已經(jīng)存有圖3下圖中的A區(qū)域信息(第一次是在窗口的MSG_ CREATE消息中保存的，第二次開始是在第二步驟保存的)。
    ②將B的圖片區(qū)域(小圖片)復(fù)制到內(nèi)存設(shè)備上下文，用函數(shù)StretchBlt(hdc，WIN_LEFT，WIN_TOP，WIDTH，HIGHT，hdcmem，0，0，0，0，(DWORD)0)實(shí)現(xiàn)。
    ③B區(qū)域的圖片放大顯示，通過函數(shù)FillBoxWithBitmap(hdc，WIN_LEFT，WIN_TOP，WIDTH，HIGHT，DESKIMAGE，＆bitmap)實(shí)現(xiàn)。
    其中，WIN_LEFT、WIN_TOP、WIDTH和HIGHT分別表示圖片放大顯示區(qū)域的左、上坐標(biāo)和寬、高。左、上坐標(biāo)的定位公式如下：
    WIN_LEFT=水平基準(zhǔn)坐標(biāo)+(i％DESKCOLS)×(BLTWIDTH+水平間隔)
    WIN_TOP=垂直基準(zhǔn)坐標(biāo)+(i／DESKCOLS)×(BLTHIGHT+垂直間隔)
    式中，i表示第幾個(gè)圖片，DESKCOLS表示每一行的圖片個(gè)數(shù)，BLTWIDTH和BLTHIGHT各表示圖片區(qū)域的寬和高。為了減少屏幕刷新負(fù)載，不在MSG_PAINT消息中刷新背景，而是用MiniGUI．cfg配置文件中的bgpicture參數(shù)指定背景圖，并在指定的目錄中存放背景圖文件。該參數(shù)在MiniGUI的4種渲染器中都有，即在不同的渲染器中，都可以用該方法，無需用代碼去實(shí)現(xiàn)背景圖的刷新。

結(jié)語
    本文詳細(xì)地描述了基于MiniGUI的嵌入式系統(tǒng)用戶界面關(guān)鍵問題的解決方案，即無抖動(dòng)動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)方案和功能選擇界面閃爍問題的解決方案。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫，而且動(dòng)畫文件較大時(shí)，可以采用雙緩沖技術(shù)解決動(dòng)畫抖動(dòng)的問題。但是雙緩沖技術(shù)需要額外的內(nèi)存設(shè)備上下文，所以簡(jiǎn)單的動(dòng)畫效果可以用SendMessage(窗口句柄，STM_SETIMAGE，pngmap，0)函數(shù)更換圖片的方式實(shí)現(xiàn)較好。