軍事指揮系統(tǒng)中VxWorks下漢字顯示技術(shù)

    由于對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求，現(xiàn)代軍事指揮系統(tǒng)越來越廣泛地采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks。WindRiver公司的媒體庫WindML (Wind Media Li-brary)提供了基于VxWorks的圖形解決方案，其UGL組件提供了顯示模式設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)輸入／輸出控制和點(diǎn)、線、面作圖等函數(shù)，但沒有直接提供完備的漢字顯示解決方案，不支持漢字顯示。針對(duì)實(shí)際指揮系統(tǒng)中人機(jī)交互界面的需求，全西文的的交互方式顯然不便于文件的傳輸和信息的交換。本文通過對(duì)漢字編碼和windML顯示機(jī)制的分析，給出了VxWorks嵌入式平臺(tái)下漢字顯示的實(shí)施方案。

1 VxWorks在軍事指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用
    所謂嵌入式系統(tǒng)，是指內(nèi)置到火控、戰(zhàn)車、飛機(jī)、導(dǎo)彈以及衛(wèi)星和艦船導(dǎo)航等各類武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺(tái)上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在軍事上得到了廣泛應(yīng)用。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代武器控制中，后來用于軍事指揮控制和通信系統(tǒng)，所以軍事國防歷來就是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)在，各種武器控制(火炮控制、導(dǎo)彈控制、智能炸彈制導(dǎo)引爆裝置)、坦克、艦艇、轟炸機(jī)等，以及陸?？崭鞣N軍用電子裝備、現(xiàn)代化的軍事指揮系統(tǒng)等都可以看到嵌入式系統(tǒng)的影子。
    在實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)中，VxWorks以其高可靠性和高實(shí)時(shí)性得到了廣泛的應(yīng)用。VxWorks是美國Wind River System公司(風(fēng)河公司，簡(jiǎn)稱WRS公司)推出的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。VxWorks是一個(gè)運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的高性能、可裁剪的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有專門為實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的操作系統(tǒng)內(nèi)核，它包括了進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及系統(tǒng)應(yīng)用等幾部分。
    VxWorks在軍事指揮系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，由于指揮系統(tǒng)對(duì)人機(jī)交互能力的要求較高，需要對(duì)武器參數(shù)、操作進(jìn)程以及作戰(zhàn)指令等戰(zhàn)場(chǎng)信息進(jìn)行顯示，因此迫切需要完成VxWorks下的中文顯示開發(fā)。軍事指揮系統(tǒng)中所顯示戰(zhàn)場(chǎng)信息如圖1所示。

2 VxWorks下漢字顯示方案
2．1 WindML基本功能
    WindML是由WindRiver公司提供的媒體庫，其UGL組件提供了顯示模式設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)輸入／輸出控制和點(diǎn)、線、面作圖等函數(shù)，以及對(duì)芯片、輸入／輸出設(shè)備、音頻／視頻、幀緩沖器等開放的應(yīng)用程序接口。[!--empirenews.page--]
    WindML的主要功能有二維圖形API、事件服務(wù)、區(qū)域和視窗管理、多媒體API和資源管理。其中，二維圖形API是最常用的部分，包括基本繪圖操作 (如畫線、矩形、橢圓、多邊形、點(diǎn)等)，選擇字體輸出文本、位圖管理、光標(biāo)管理、批量繪圖操作、圖形上下文、色彩管理和雙緩沖等。事件服務(wù)程序用來處理輸入設(shè)備的輸入請(qǐng)求。它會(huì)把鍵盤、鼠標(biāo)等輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為事件并加入應(yīng)用隊(duì)列；區(qū)域和視窗管理可以在界面上定義一個(gè)區(qū)域或多線程之間共享的窗口，以進(jìn)行繪圖操作；多媒體APl支持NTSC，PAL，SECAM等視頻制式下DSP或混頻器兩種設(shè)備的音頻輸出，也支持JPEG圖形格式；資源管理器是指常規(guī)的 WindML資源(例如設(shè)備和事件隊(duì)列)、內(nèi)存管理和驅(qū)動(dòng)器注冊(cè)等資源的建立、控制和刪除。
2．2 WindML字體驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)
    WindML字體驅(qū)動(dòng)在WindML 2D API上提供了一個(gè)通用的抽象層，允許應(yīng)用程序通過一個(gè)通用2D字體API庫使用不同的字體引擎。通用2D字體API是提供給應(yīng)用程序使用字體API的公共接口。字體驅(qū)動(dòng)不同于VxWorks中的其他驅(qū)動(dòng)，它不允許執(zhí)行或使用任何圖形驅(qū)動(dòng)接口以下的程序，也就是說它不直接訪問硬件，只訪問系統(tǒng)所使用的圖形驅(qū)動(dòng)或間接通過UGL圖形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)來訪問硬件。這就允許字體驅(qū)動(dòng)可以運(yùn)行在任何圖形驅(qū)動(dòng)之上，與字體引擎硬件無關(guān)。WindML字體驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2．3 點(diǎn)陣漢字輸出過程
    點(diǎn)陣漢字的顯示是利用WindML的圖形輸出功能來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)開發(fā)中利用WindML對(duì)位圖字符顯示和雙字節(jié)編碼的支持，按照WindML位圖字體文件的格式完成漢字點(diǎn)陣的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)，并使用WindML的雙字節(jié)顯示函數(shù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣獲取、點(diǎn)陣顯示，將漢字顯示出來。
    WindML有很多字庫文件，原始安裝狀態(tài)下都是西文字庫文件，要在VxWorks系統(tǒng)中顯示中文漢字，解決方案是將西文字庫文件修改成為中文字庫文件，即設(shè)計(jì)一種類似西文字庫格式的C語言文件，文件中存儲(chǔ)雙字節(jié)的漢字編碼、點(diǎn)陣信息及字體的控制信息等。字庫文件經(jīng)過系統(tǒng)配置、編譯后生成點(diǎn)陣字庫文件目標(biāo)代碼，點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)程序從目標(biāo)代碼中獲取點(diǎn)陣信息傳遞給應(yīng)用程序編程接口，應(yīng)用程序調(diào)用圖形顯示函數(shù)輸出漢字。WindML下漢字顯示處理過程如圖3所示。

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2．4 點(diǎn)陣漢字存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
    國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)漢字庫結(jié)構(gòu)做了統(tǒng)一規(guī)定：字庫分為94個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)有94個(gè)漢字，每個(gè)漢字有確定的區(qū)和位編碼，用兩個(gè)字節(jié)表示，第一個(gè)字節(jié)表示漢字所在的區(qū)號(hào)，第二個(gè)字節(jié)表示位號(hào)，即所謂的區(qū)位碼。每個(gè)漢字在字庫中以點(diǎn)陣字模形式存儲(chǔ)，一般采用16×16點(diǎn)陣、24×24點(diǎn)陣，每個(gè)點(diǎn)用二進(jìn)制位(0或1)表示，對(duì)應(yīng)在屏幕上顯示出來就是相應(yīng)的漢字。每個(gè)漢字都有惟一的區(qū)位碼，通過區(qū)位碼計(jì)算出漢字在字庫中的位置，從而確定漢字的字模。
    點(diǎn)陣漢字字庫C語言文件有固定的結(jié)構(gòu)，分為三個(gè)部分：點(diǎn)陣屬性表、點(diǎn)陣信息描述總表和點(diǎn)陣信息表。點(diǎn)陣屬性表用來描述點(diǎn)陣漢字的字符結(jié)構(gòu)和字模結(jié)構(gòu)參數(shù)的結(jié)構(gòu)體，包含參數(shù)有像素大小、字符名稱、字符家族名稱等，特別定義了指向點(diǎn)陣信息總表的數(shù)組指針，字體驅(qū)動(dòng)程序利用這個(gè)指針尋找點(diǎn)陣信息總表。點(diǎn)陣信息描述總表 它是一個(gè)存放指向點(diǎn)陣信息表指針的動(dòng)態(tài)數(shù)組，其元素個(gè)數(shù)取決于漢字點(diǎn)陣信息表的個(gè)數(shù)。
    點(diǎn)陣信息表點(diǎn)陣信息表以數(shù)組的形式表示，主要用來存儲(chǔ)漢字的GB2312碼(西文是ASCII碼)和詳細(xì)點(diǎn)陣信息。可以是一個(gè)表也可以是若干個(gè)表。把漢字按 GB2312編碼的頁分類，構(gòu)建多個(gè)漢字分表，也可以把中西文裝在混合表里做成一個(gè)大表，西文字符被擴(kuò)展成雙字節(jié)存儲(chǔ)。

3 點(diǎn)陣漢字字庫實(shí)例
    自己開發(fā)點(diǎn)陣存儲(chǔ)、點(diǎn)陣獲取、點(diǎn)陣顯示，改造WindML的雙字節(jié)或單字節(jié)顯示函數(shù)，使其能判斷漢字碼，一旦判斷出漢字碼，則使用自己開發(fā)的點(diǎn)陣獲取、點(diǎn)陣顯示等把漢字顯示出來。該方法對(duì)點(diǎn)陣的操作更加靈活，適合非標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)陣算法，或者當(dāng)開發(fā)者已有成熟的點(diǎn)陣操作方法時(shí)，把該方法綁接到WindML上。
    不必理會(huì)WindML雙字節(jié)編碼機(jī)制，這里需要的是一個(gè)漢字的點(diǎn)陣字庫，這個(gè)點(diǎn)陣字庫不必按照WindML的雙字節(jié)編碼機(jī)制進(jìn)行編碼，里面所存儲(chǔ)的只是漢字的點(diǎn)陣信息和區(qū)位碼信息，這個(gè)字庫可以通過從Windows中導(dǎo)出；由于不選用WindML的雙字節(jié)編碼機(jī)制，所以對(duì)于VxWorks中關(guān)于如何控制打點(diǎn)以及顯示點(diǎn)陣字體驅(qū)動(dòng)，并不需要具體了解；更重要的是擁有更大的靈活性，只需把自己所寫的漢字顯示函數(shù)綁定到WindML上面即可。因此這里必須要求自己寫點(diǎn)陣的存儲(chǔ)、點(diǎn)陣顯示、漢字顯示函數(shù)。做起來比較簡(jiǎn)單，只要求了解漢字編碼的基本知識(shí)，即漢字雙字節(jié)編碼中，高、低字節(jié)的最高位都是為‘1’，而西文字符編碼中最高位為‘0’，利用這點(diǎn)來判斷所要顯示的字符是漢字還是英文。
    在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，在現(xiàn)有的西文字庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，添加相應(yīng)的字體參數(shù)和漢字的點(diǎn)陣信息，形成點(diǎn)陣漢字字庫文件uflhz12．c，uflhz16．c，uflhz24．c，以分別存儲(chǔ)12，16和24號(hào)宋體的字庫信息。這個(gè)過程用Windows編程來實(shí)現(xiàn)。
    以下是16號(hào)宋體字庫文件中的點(diǎn)陣信息表：

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    該指針指向點(diǎn)陣信息表的首地址，并被點(diǎn)陣描述結(jié)構(gòu)直接調(diào)用。
    字庫文件的最后定義了點(diǎn)陣屬性表，該表規(guī)定了整個(gè)點(diǎn)陣字庫的屬性以及字模和間距，并定義點(diǎn)陣指針。

4 結(jié) 語
    在VxWorks嵌入式平臺(tái)下采用點(diǎn)陣漢字顯示技術(shù)，使得戰(zhàn)場(chǎng)信息、態(tài)勢(shì)、指令等獲得了中文顯示。最終使設(shè)計(jì)開發(fā)的軍事指揮系統(tǒng)不僅具有良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性，同時(shí)具有直觀而方便的中文平臺(tái)以及友好的交互能力，大大提升了整體作戰(zhàn)效能。