|
摘要：針對當前基于Android 平臺的電子產(chǎn)品的市場(chǎng)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(zhuān)用集成電路系統工程技術(shù)研究中心設計的基于國產(chǎn)CPU 的sep6200 芯片為硬件平臺，在分析Android 輸入系統框架的基礎上，設計并實(shí)現了軟件鼠標和硬件鼠標功能，方案設計靈活。對于手持終端設備來(lái)說(shuō)，鼠標的支持大大提高了用戶(hù)的體驗性能，具有一定的市場(chǎng)應用價(jià)值。 隨著(zhù)嵌入式系統產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，智能手持終端設備的操作系統也越來(lái)越多樣化。目前市場(chǎng)上倍受廣大用戶(hù)青睞的是Google 的Android、微軟的WindowMobile、諾基亞的Symbian、RIM 的黑莓和蘋(píng)果的iOS。 Android 是Google 于2007 年11 月05 日宣布的基于Linux 平臺的開(kāi)源手機操作系統的名稱(chēng)，該平臺由操作系統、中間件、用戶(hù)界面和應用軟件組成。憑借開(kāi)放源碼完全免費等特性，其在嵌入式領(lǐng)域異軍突起，如今占據智能手持終端設備領(lǐng)域的半壁江山。 以Android 系統為搭載平臺的電子產(chǎn)品越來(lái)越流行，特別是平板電腦的出現，使用戶(hù)對產(chǎn)品硬件配置和體驗性能方面的要求越來(lái)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(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。針對其輸入裝置的不足，本文實(shí)現了一種用戶(hù)熟悉的交互方式：鼠標，其無(wú)疑是最完美的人機交互方式。鼠標的實(shí)現使Android 系統應用在其他領(lǐng)域成為可能，并同時(shí)提高了Android產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。 1 輸入系統 1. 1輸入系統驅動(dòng)框架 如圖1 所示，Android 輸入系統中的驅動(dòng)框架由事件處理層（Event Handler），核心層（Input Core）和驅動(dòng)層（Input Driver）三部份組成。 Event Handler 用于用戶(hù)空間獲取輸入事件。用戶(hù)空間打開(kāi)輸入設備的設備節點(diǎn)，然后對節點(diǎn)進(jìn)行讀寫(xiě)操作以獲得鼠標移動(dòng)信息，或者鍵盤(pán)信息等等。這里對設備節點(diǎn)的文件操作函數就是由該層提供；Input driver 具體設備的驅動(dòng)；Input Core 負責管理所有的資源并連接驅動(dòng)層和事件處理層。 
圖1 輸入系統驅動(dòng)框圖 1. 2 輸入系統上層框架隨著(zhù)Android 系統的不斷升級，其輸入系統框架也發(fā)生變化，相對于2. 1 版本來(lái)說(shuō)，Gingerbread 的輸入系統比較復雜，同時(shí)創(chuàng )建了三個(gè)線(xiàn)程，并用了匿名共享內存機制，且很多在Java 層的數據處理都放到了c++底層，然而這樣卻可以使性能明顯增加，節省系統資源。 如圖2 所示，WindowManagerService 創(chuàng )建了三個(gè)線(xiàn)程： InputReaderThread 通過(guò)EventHub 讀取輸入事件，并通過(guò)不同事件類(lèi)型的InputMapper 進(jìn)行數據處理，然后放到輸入事件隊列；InputDispatcherThread 將隊列中的輸入事件取出通過(guò)InputPublisher 放到匿名共享內存里；PolicyThread 管理當前窗口顯示等。
圖2 輸入系統上層框圖 InputPublisher 和InputCONsumer 通過(guò)InputChannel進(jìn)行雙向通信。當InputPublisher 把輸入事件放到共享內存時(shí)會(huì )通知InputConsumer 有事件傳入，InputConsumer 收到通知后會(huì )從共享內存取出事件數據，通過(guò)InputQueue 傳給ViewRoot，ViewRoot 對事件進(jìn)行分類(lèi)后傳給當前具有焦點(diǎn)的View（Focus View）處理。InputConsumer 處理完事件后會(huì )通知InputPublisher 已處理完成，InputPublisher 接到通知后會(huì )開(kāi)始向共享內存傳輸下一次輸入事件。2 鼠標實(shí)現 無(wú)論是軟鼠標還是硬鼠標，其實(shí)現機制都是一樣的。都需要讀取事件進(jìn)行數據處理，唯一不同的是當實(shí)現鼠標移動(dòng)時(shí)，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動(dòng)。鼠標事件的讀取和處理過(guò)程的實(shí)現： �。�1）在EventHub 中對鼠標事件加鼠標類(lèi)型標志位； �。�2） 在InputReader 中創(chuàng )建MouseInputMapper類(lèi)，該類(lèi)主要對鼠標的數據進(jìn)行處理，主要成員函數定義如下：
編寫(xiě)該類(lèi)的成員函數，實(shí)現鼠標事件數據的處理，并把該類(lèi)的實(shí)例化對象與鼠標事件對應起來(lái)。 這樣當輸入事件是鼠標事件時(shí)就可以調用對應的處理函數。 2. 1軟鼠標實(shí)現 上面已經(jīng)實(shí)現了鼠標事件的處理，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(shí)現設置鼠標位置的函數；（2）從上面分析可知， 最終的事件會(huì )發(fā)送到ViewRoot 進(jìn)行分類(lèi)，所以在這里當輸入事件是鼠標事件時(shí)，利用進(jìn)程間通信機制把鼠標的坐標值傳給鼠標，設置其正確位置。 2. 2硬鼠標實(shí)現 本文的硬件平臺sep6200 是一款定位于手持視頻播放設備、衛星導航產(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(guò)為鼠標層分配內存并實(shí)現相應的ioctl 操作即可實(shí)現硬件鼠標。下面介紹的是整個(gè)Overlay 驅動(dòng)的實(shí)現，包括鼠標的實(shí)現。 2. 2. 1 Overlay 驅動(dòng)實(shí)現 Overlay 驅動(dòng)的核心結構體是platform_driver 和miscdevice，他們定義如下：
其中sep6200_overlay_fops 的定義如下：
結構體sep6200 _overlay_misc_device 用于為Overlay 創(chuàng )建一個(gè)字符設備節點(diǎn)以便與用戶(hù)空間通信，而sep6200_overlay_fops 是對該設備節點(diǎn)的操作函數，我們要對這個(gè)結構體進(jìn)行填充并編寫(xiě)所有與Overlay 相關(guān)的功能函數，以使Overlay 層能夠正常工作。 對于鼠標層來(lái)說(shuō)最主要的是在sep6200_overlay_probe 中調用dma_alloc_writecombine（ ）為鼠標層分配內存以及在sep6200_overlay_ioctl 中實(shí)現兩個(gè)ioctl 操作： OVERLAY_SHOW_CURSOR顯示鼠標，即畫(huà)鼠標圖形并復制到上面分配的內存中。 OVERLAY_SETPOS_CURSOR設置鼠標位置。 2. 2. 2硬鼠標上層實(shí)現 鼠標驅動(dòng)實(shí)現后，用戶(hù)空間就可以調用相應的接口操作實(shí)現鼠標功能。由于硬件鼠標的坐標值只需要傳給底層Overlay 驅動(dòng)即可，所以主要是在上面已經(jīng)實(shí)現好的MouseInputMapper 類(lèi)的構造函數里調用OVERLAY_SHOW_CURSOR 顯示鼠標，在其成員函數sync （ nsecs _ t when） 處理數據之后調用OVERLAY_SETPOS_CURSOR 把鼠標坐標值傳給Overlay 驅動(dòng)的鼠標層，配置相應的寄存器設置鼠標的位置，就可以實(shí)現硬鼠標的精確移動(dòng)。 2. 3 軟鼠標和硬鼠標的對比 由上面實(shí)現可知，軟鼠標和硬鼠標的實(shí)現機制是一樣的：繪制鼠標和設置鼠標位置。但是軟鼠標由軟件來(lái)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(guò)實(shí)驗驗證，當玩大型游戲或者播放視頻時(shí)，軟鼠標反應遲鈍，有時(shí)幾乎不動(dòng)，而硬鼠標則反應靈敏，移動(dòng)位置精確。 3 總結 本文面向當前Android 手持終端市場(chǎng)，充分考慮到了實(shí)際產(chǎn)品的需要，有針對性地提出了實(shí)現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(diǎn)。這兩種方案根據不同的硬件平臺有不同的應用。本文基于實(shí)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(chǎng)競爭力。 |
