基于MiniGUI的數(shù)字加密電話系統(tǒng)GUI設計

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的設計與實現(xiàn)方案。采用雙緩沖技術與多張圖片交替顯示的方式解決了MiniGUI的動畫抖動問題和屏幕刷新負載過大導致的屏幕抖動問題。
關鍵詞：動畫抖動；雙緩沖技術；MiniGUI；嵌入式

引言
    在需要豐富人機交互信息的嵌入式系統(tǒng)應用中，高精度的動態(tài)圖像顯示非常重要。因此，嵌入式系統(tǒng)對GUI的實時性和穩(wěn)定性的要求也越來越明顯。但是，動態(tài)圖像的抖動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制和類Win32消息傳遞機制，便于實現(xiàn)多個進程間的消息傳遞。而且具有占用內(nèi)存少、可移植性好等特點，因此在嵌入式領域中被廣泛應用。但在實際應用中，筆者發(fā)現(xiàn)了兩個問題：一是用MiniGUI的animation控件實現(xiàn)時出現(xiàn)動畫抖動，二是顯示較多圖片的窗口刷新時屏幕閃爍，嚴重影響屏幕的顯示效果。為解決以上兩個問題，本系統(tǒng)采用MiniGUI的雙緩沖技術和多張圖片交替顯示的方法，并通過實際應用證明了該方法的有效性。

1 數(shù)字加密電話系統(tǒng)架構
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。核心板的對外接口包括鍵盤接口、LCD接口、LED接口、MODEM模塊、電話機模塊和接口、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)的輕量級國產(chǎn)高級窗口系統(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平臺上運行，已廣泛應用于手持信息終端、機頂盒、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、光標等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，可以在自定義緩沖區(qū)中獲得整個窗口的渲染結果。
    ②外觀渲染器技術，外觀渲染器提供了多種風格的主窗口和控件界面外觀，并且應用程序可在幾種風格之間動態(tài)切換。
    ③雙向文本顯示與輸入，增加了對阿拉伯文和希伯來文語言的支持，實現(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話框模板，便于代碼復用。
    ⑥增加了組件msgplus，該組件是對MiniGUI圖形繪制接口的一個擴充和增強，主要提供對二維矢量圖形和高級圖形算法的支持。
    因此，MiniGUI非常適合編寫嵌入式圖形用戶界面應用程序。[!--empirenews.page--]
1．3 用戶界面設計
    數(shù)字加密電話系統(tǒng)需要顯示當前的系統(tǒng)狀態(tài)和具體內(nèi)容，以此進行系統(tǒng)與用戶之間的信息交流，因此對界面的穩(wěn)定性和實時性要求較高。本系統(tǒng)將整個屏幕分為3個區(qū)域，即狀態(tài)區(qū)域、Logo與時間顯示區(qū)域和主顯示區(qū)域，如圖2所示。狀態(tài)顯示區(qū)主要表示當前系統(tǒng)的工作狀
態(tài)和設備的狀態(tài)。比如是掛機態(tài)還是摘機態(tài)，是加密還是非加密態(tài)，是否插入U盤，當前的數(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。從一個狀態(tài)過渡到另一個狀態(tài)，需要用一個動畫來表示。主顯示區(qū)域主要顯示表示當前系統(tǒng)的工作情況的動畫或文字提示。比如表示普通語音電話的動畫、表示正在加密傳輸?shù)膭赢?，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及時間顯示區(qū)顯示公司的Logo與當前系統(tǒng)時間。對于本系統(tǒng)的界面設計來說，最重要的是各種動畫的顯示要流暢。

2 實現(xiàn)GUI時存在的兩個問題
    本系統(tǒng)GUI的實現(xiàn)問題主要是各種圖片的顯示、動畫和選擇功能界面的實現(xiàn)。圖片的顯示方法很簡單，因此，在下面只介紹動畫和選擇功能界面的實現(xiàn)方法及存在的問題。
2．1 動畫的實現(xiàn)方法及存在的問題
    MiniGUI為實現(xiàn)動畫，已提供了animation控件，用animation控件實現(xiàn)動畫的過程非常簡單：
    ①準備動畫文件，文件格式應該是GIF格式，GIF格式的動畫文件可以用Flash和PhotoShop生成。
    ②用函數(shù)CreateAnimationFromGIF89aFile()讀入GIF文件。
    ③用CreateWindow()創(chuàng)建動畫顯示窗口。
    ④用SendMessage()函數(shù)控制動畫，該函數(shù)的第2個參數(shù)為ANM_STARTPLAY表示啟動動畫，參數(shù)為ANM_PLAYSTOP表示暫停動畫。也可以用函數(shù)SendMessage(GetDlgItem(hInitface，IDC_MAINANIMATION)，ANM_SETANIMATION，0，(LPARAM)anim)實現(xiàn)更換動畫文件。但是，在嵌入式環(huán)境下，使用該方法播放動畫時，在狀態(tài)顯示區(qū)和主顯示區(qū)內(nèi)都產(chǎn)生嚴重的抖動現(xiàn)象。而且屏幕越大抖動就越明顯，分辨率為480×640時的抖動現(xiàn)象比240×320時更明顯。減少動畫的幀數(shù)或延長每一幀的播放時間，抖動仍然存在，嚴重影響屏幕的顯示效果。
2．2 功能選擇界面的實現(xiàn)及存在的問題
    功能選擇界面一般由多個圖片來組成，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鍵運行相應程序，即打開另一個窗口，完成相應功能。當關閉窗口時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，放大或下沉顯示當前被選中的功能圖片，而前一個被選中功能圖片恢復成原來的大小，如圖3所示。每次用上下左右鍵選擇功能時和關閉功能窗口時，都要重新刷新背景，并重繪窗口客戶區(qū)的各個圖片。因為MiniGUI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)填充相應圖片區(qū)域，但是這種方法加重了屏幕刷新負載，引起屏幕明顯地閃爍。

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3 關鍵問題的解決方法
3．1 動畫抖動問題的解決
    產(chǎn)生動畫抖動的主要原因是，用animation控件實現(xiàn)動畫時，頻繁地產(chǎn)生MSG_PAINT消息，加重了屏幕刷新的請求。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用程序發(fā)送MSG_PAINT消息。窗口的重繪任務需由應用程序自己完成，因為MiniGUI不保存被覆蓋區(qū)域的內(nèi)容。MiniGUI的窗口在響應MSG_PAINT消息的時候進行復雜的圖形處理，尤其是在刷新時，對圖像的擦除和重寫造成了圖像顏色的反差。當繪圖消息的響應很頻繁時，這種反差也就越發(fā)明顯，于是我們就看到了動畫抖動的現(xiàn)象。為了解決動畫抖動的問題，系統(tǒng)采用了雙緩沖技術和多個圖片交替顯示的方法。并在實際應用中證明了該方法是行之有效的。雙緩沖技術要比直接操作顯存速度更快，因此可以解決抖動現(xiàn)象。
    采用雙緩沖技術實現(xiàn)動畫的基本思路是這樣的，首先在系統(tǒng)內(nèi)存中建立一個類似顯示內(nèi)存的內(nèi)存設備上行文，然后將待顯示圖片填充到該內(nèi)存設備上行文中，最后再通過位拷貝方式復制到顯示內(nèi)存中。為了達到動畫的效果，將多個圖片循環(huán)顯示，即設定定時器和靜態(tài)變量，每當定時器觸發(fā)時，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)。實現(xiàn)動畫的詳細流程如圖4所示。定時器的時間間隔和圖片的數(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)動畫采用這種方法實現(xiàn)后，動畫效果流暢，不再有抖動現(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，刷新負載過大。本系統(tǒng)采用雙緩沖技術和MiniGUI．cfg配置文件的設置方法，實現(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閉功能窗口時，用以下3個步驟實現(xiàn)重繪屏幕無效區(qū)域(以圖3為例)。
    ①A區(qū)用小圖標恢復，用函數(shù)StretchBlt(hdcmem，0，0，0，0，hdc，WIN_LEFT，WIN_TOP，WIDTH，HIGHT，(DWORD)0)實現(xiàn)，其中hdcmem是內(nèi)存設備上下文，是用CreateCompatibleDCEx()函數(shù)創(chuàng)建的。該內(nèi)存設備上行文中已經(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)復制到內(nèi)存設備上下文，用函數(shù)StretchBlt(hdc，WIN_LEFT，WIN_TOP，WIDTH，HIGHT，hdcmem，0，0，0，0，(DWORD)0)實現(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、上坐標和寬、高。左、上坐標的定位公式如下：
    WIN_LEFT=水平基準坐標+(i％DESKCOLS)×(BLTWIDTH+水平間隔)
    WIN_TOP=垂直基準坐標+(i／DESKCOLS)×(BLTHIGHT+垂直間隔)
    式中，i表示第幾個圖片，DESKCOLS表示每一行的圖片個數(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，無需用代碼去實現(xiàn)背景圖的刷新。

結語
    本文詳細地描述了基于MiniGUI的嵌入式系統(tǒng)用戶界面關鍵問題的解決方案，即無抖動動畫的實現(xiàn)方案和功能選擇界面閃爍問題的解決方案。當需要實現(xiàn)動畫，而且動畫文件較大時，可以采用雙緩沖技術解決動畫抖動的問題。但是雙緩沖技術需要額外的內(nèi)存設備上下文，所以簡單的動畫效果可以用SendMessage(窗口句柄，STM_SETIMAGE，pngmap，0)函數(shù)更換圖片的方式實現(xiàn)較好。