基于Android平臺的鼠標的設(shè)計方案
摘要:針對當前基于Android 平臺的電子產(chǎn)品的市場需求,以谷歌發(fā)布的Gingerbread 源碼為軟件平臺,以東南大學(xué)國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心設(shè)計的基于國產(chǎn)CPU 的sep6200 芯片為硬件平臺,在分析Android 輸入系統(tǒng)框架的基礎(chǔ)上,設(shè)計并實現(xiàn)了軟件鼠標和硬件鼠標功能,方案設(shè)計靈活。對于手持終端設(shè)備來說,鼠標的支持大大提高了用戶的體驗性能,具有一定的市場應(yīng)用價值。
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)也越來越多樣化。目前市場上倍受廣大用戶青睞的是Google 的Android、微軟的WindowMobile、諾基亞的Symbian、RIM 的黑莓和蘋果的iOS。
Android 是Google 于2007 年11 月05 日宣布的基于Linux 平臺的開源手機操作系統(tǒng)的名稱,該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成。憑借開放源碼完全免費等特性,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。
以Android 系統(tǒng)為搭載平臺的電子產(chǎn)品越來越流行,特別是平板電腦的出現(xiàn),使用戶對產(chǎn)品硬件配置和體驗性能方面的要求越來越高。而Android 本身提供的交互方式僅限于按鍵,觸摸屏和軌跡球,無法滿足用戶的需求。針對其輸入裝置的不足,本文實現(xiàn)了一種用戶熟悉的交互方式:鼠標,其無疑是最完美的人機交互方式。鼠標的實現(xiàn)使Android 系統(tǒng)應(yīng)用在其他領(lǐng)域成為可能,并同時提高了Android產(chǎn)品的市場競爭力。
1 輸入系統(tǒng)
1. 1輸入系統(tǒng)驅(qū)動框架
如圖1 所示,Android 輸入系統(tǒng)中的驅(qū)動框架由事件處理層(Event Handler),核心層(Input Core)和驅(qū)動層(Input Driver)三部份組成。
Event Handler 用于用戶空間獲取輸入事件。用戶空間打開輸入設(shè)備的設(shè)備節(jié)點,然后對節(jié)點進行讀寫操作以獲得鼠標移動信息,或者鍵盤信息等等。這里對設(shè)備節(jié)點的文件操作函數(shù)就是由該層提供;Input driver 具體設(shè)備的驅(qū)動;Input Core 負責(zé)管理所有的資源并連接驅(qū)動層和事件處理層。
圖1 輸入系統(tǒng)驅(qū)動框圖
1. 2 輸入系統(tǒng)上層框架
隨著Android 系統(tǒng)的不斷升級,其輸入系統(tǒng)框架也發(fā)生變化,相對于2. 1 版本來說,Gingerbread 的輸入系統(tǒng)比較復(fù)雜,同時創(chuàng)建了三個線程,并用了匿名共享內(nèi)存機制,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。
如圖2 所示,WindowManagerService 創(chuàng)建了三個線程:
InputReaderThread 通過EventHub 讀取輸入事件,并通過不同事件類型的InputMapper 進行數(shù)據(jù)處理,然后放到輸入事件隊列;InputDispatcherThread 將隊列中的輸入事件取出通過InputPublisher 放到匿名共享內(nèi)存里;PolicyThread 管理當前窗口顯示等。
圖2 輸入系統(tǒng)上層框圖 InputPublisher 和InputCONsumer 通過InputChannel進行雙向通信。當InputPublisher 把輸入事件放到共享內(nèi)存時會通知InputConsumer 有事件傳入,InputConsumer 收到通知后會從共享內(nèi)存取出事件數(shù)據(jù),通過InputQueue 傳給ViewRoot,ViewRoot 對事件進行分類后傳給當前具有焦點的View(Focus View)處理。InputConsumer 處理完事件后會通知InputPublisher 已處理完成,InputPublisher 接到通知后會開始向共享內(nèi)存?zhèn)鬏斚乱淮屋斎胧录?/font> 2 鼠標實現(xiàn) 無論是軟鼠標還是硬鼠標,其實現(xiàn)機制都是一樣的。都需要讀取事件進行數(shù)據(jù)處理,唯一不同的是當實現(xiàn)鼠標移動時,軟鼠標是把鼠標坐標值傳給上層,而硬鼠標則是把鼠標坐標值傳給驅(qū)動。鼠標事件的讀取和處理過程的實現(xiàn): (1)在EventHub 中對鼠標事件加鼠標類型標志位; (2) 在InputReader 中創(chuàng)建MouseInputMapper類,該類主要對鼠標的數(shù)據(jù)進行處理,主要成員函數(shù)定義如下: 編寫該類的成員函數(shù),實現(xiàn)鼠標事件數(shù)據(jù)的處理,并把該類的實例化對象與鼠標事件對應(yīng)起來。 這樣當輸入事件是鼠標事件時就可以調(diào)用對應(yīng)的處理函數(shù)。 2. 1軟鼠標實現(xiàn) 上面已經(jīng)實現(xiàn)了鼠標事件的處理,這里只要繪制鼠標并把把鼠標坐標傳給繪制的鼠標即可。 (1)在WindowManagerService 中繪制鼠標,并實現(xiàn)設(shè)置鼠標位置的函數(shù);(2)從上面分析可知, 最終的事件會發(fā)送到ViewRoot 進行分類,所以在這里當輸入事件是鼠標事件時,利用進程間通信機制把鼠標的坐標值傳給鼠標,設(shè)置其正確位置。[!--empirenews.page--] 2. 2硬鼠標實現(xiàn) 本文的硬件平臺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), 鼠標層(1bpp/2bpp圖像)。因此通過為鼠標層分配內(nèi)存并實現(xiàn)相應(yīng)的ioctl 操作即可實現(xiàn)硬件鼠標。下面介紹的是整個Overlay 驅(qū)動的實現(xiàn),包括鼠標的實現(xiàn)。 2. 2. 1 Overlay 驅(qū)動實現(xiàn) Overlay 驅(qū)動的核心結(jié)構(gòu)體是platform_driver 和miscdevice,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Overlay 創(chuàng)建一個字符設(shè)備節(jié)點以便與用戶空間通信,而sep6200_overlay_fops 是對該設(shè)備節(jié)點的操作函數(shù),我們要對這個結(jié)構(gòu)體進行填充并編寫所有與Overlay 相關(guān)的功能函數(shù),以使Overlay 層能夠正常工作。 對于鼠標層來說最主要的是在sep6200_overlay_probe 中調(diào)用dma_alloc_writecombine( )為鼠標層分配內(nèi)存以及在sep6200_overlay_ioctl 中實現(xiàn)兩個ioctl 操作: OVERLAY_SHOW_CURSOR顯示鼠標,即畫鼠標圖形并復(fù)制到上面分配的內(nèi)存中。 OVERLAY_SETPOS_CURSOR設(shè)置鼠標位置。 2. 2. 2硬鼠標上層實現(xiàn) 鼠標驅(qū)動實現(xiàn)后,用戶空間就可以調(diào)用相應(yīng)的接口操作實現(xiàn)鼠標功能。由于硬件鼠標的坐標值只需要傳給底層Overlay 驅(qū)動即可,所以主要是在上面已經(jīng)實現(xiàn)好的MouseInputMapper 類的構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用OVERLAY_SHOW_CURSOR 顯示鼠標,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 把鼠標坐標值傳給Overlay 驅(qū)動的鼠標層,配置相應(yīng)的寄存器設(shè)置鼠標的位置,就可以實現(xiàn)硬鼠標的精確移動。 2. 3 軟鼠標和硬鼠標的對比 由上面實現(xiàn)可知,軟鼠標和硬鼠標的實現(xiàn)機制是一樣的:繪制鼠標和設(shè)置鼠標位置。但是軟鼠標由軟件來繪制,性能比較差,且消耗CPU 資源;而硬鼠標完全由硬件控制,性能高。通過實驗驗證,當玩大型游戲或者播放視頻時,軟鼠標反應(yīng)遲鈍,有時幾乎不動,而硬鼠標則反應(yīng)靈敏,移動位置精確。 3 總結(jié) 本文面向當前Android 手持終端市場,充分考慮到了實際產(chǎn)品的需要,有針對性地提出了實現(xiàn)鼠標的兩種不同方案:軟鼠標和硬鼠標,并指出了其優(yōu)缺點。這兩種方案根據(jù)不同的硬件平臺有不同的應(yīng)用。本文基于實際產(chǎn)品研發(fā),項目中的芯片支持硬鼠標功能,采用了硬鼠標方案,產(chǎn)品具有一定的市場競爭力。