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[導(dǎo)讀]基于Android平臺(tái)的鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)方案

摘要:針對(duì)當(dāng)前基于Android 平臺(tái)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(tái),以東南大學(xué)國(guó)家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心設(shè)計(jì)的基于國(guó)產(chǎn)CPU 的sep6200 芯片為硬件平臺(tái),在分析Android 輸入系統(tǒng)框架的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了軟件鼠標(biāo)和硬件鼠標(biāo)功能,方案設(shè)計(jì)靈活。對(duì)于手持終端設(shè)備來(lái)說(shuō),鼠標(biāo)的支持大大提高了用戶的體驗(yàn)性能,具有一定的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)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(lái)越多樣化。目前市場(chǎng)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(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)的名稱,該平臺(tái)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(fèi)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(tái)的電子產(chǎn)品越來(lái)越流行,特別是平板電腦的出現(xiàn),使用戶對(duì)產(chǎn)品硬件配置和體驗(yàn)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)法滿足用戶的需求。針對(duì)其輸入裝置的不足,本文實(shí)現(xiàn)了一種用戶熟悉的交互方式:鼠標(biāo),其無(wú)疑是最完美的人機(jī)交互方式。鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)使Android 系統(tǒng)應(yīng)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(jìng)爭(zhēng)力。

1 輸入系統(tǒng)

1. 1輸入系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)框架

如圖1 所示,Android 輸入系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)框架由事件處理層(Event Handler),核心層(Input Core)和驅(qū)動(dòng)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(diǎn),然后對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀寫操作以獲得鼠標(biāo)移動(dòng)信息,或者鍵盤信息等等。這里對(duì)設(shè)備節(jié)點(diǎn)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(dòng);Input Core 負(fù)責(zé)管理所有的資源并連接驅(qū)動(dòng)層和事件處理層。

圖1 輸入系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)框圖

1. 2 輸入系統(tǒng)上層框架

隨著Android 系統(tǒng)的不斷升級(jí),其輸入系統(tǒng)框架也發(fā)生變化,相對(duì)于2. 1 版本來(lái)說(shuō),Gingerbread 的輸入系統(tǒng)比較復(fù)雜,同時(shí)創(chuàng)建了三個(gè)線程,并用了匿名共享內(nèi)存機(jī)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(gè)線程:

InputReaderThread 通過(guò)EventHub 讀取輸入事件,并通過(guò)不同事件類型的InputMapper 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,然后放到輸入事件隊(duì)列;InputDispatcherThread 將隊(duì)列中的輸入事件取出通過(guò)InputPublisher 放到匿名共享內(nèi)存里;PolicyThread 管理當(dāng)前窗口顯示等。

圖2 輸入系統(tǒng)上層框圖

InputPublisher 和InputCONsumer 通過(guò)InputChannel進(jìn)行雙向通信。當(dāng)InputPublisher 把輸入事件放到共享內(nèi)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(nèi)存取出事件數(shù)據(jù),通過(guò)InputQueue 傳給ViewRoot,ViewRoot 對(duì)事件進(jìn)行分類后傳給當(dāng)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)開始向共享內(nèi)存?zhèn)鬏斚乱淮屋斎胧录?/font>

2 鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)

無(wú)論是軟鼠標(biāo)還是硬鼠標(biāo),其實(shí)現(xiàn)機(jī)制都是一樣的。都需要讀取事件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,唯一不同的是當(dāng)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí),軟鼠標(biāo)是把鼠標(biāo)坐標(biāo)值傳給上層,而硬鼠標(biāo)則是把鼠標(biāo)坐標(biāo)值傳給驅(qū)動(dòng)。鼠標(biāo)事件的讀取和處理過(guò)程的實(shí)現(xiàn):

(1)在EventHub 中對(duì)鼠標(biāo)事件加鼠標(biāo)類型標(biāo)志位;

(2) 在InputReader 中創(chuàng)建MouseInputMapper類,該類主要對(duì)鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)事件數(shù)據(jù)的處理,并把該類的實(shí)例化對(duì)象與鼠標(biāo)事件對(duì)應(yīng)起來(lái)。

這樣當(dāng)輸入事件是鼠標(biāo)事件時(shí)就可以調(diào)用對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)。

2. 1軟鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)

上面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)事件的處理,這里只要繪制鼠標(biāo)并把把鼠標(biāo)坐標(biāo)傳給繪制的鼠標(biāo)即可。

(1)在WindowManagerService 中繪制鼠標(biāo),并實(shí)現(xiàn)設(shè)置鼠標(biāo)位置的函數(shù);(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,所以在這里當(dāng)輸入事件是鼠標(biāo)事件時(shí),利用進(jìn)程間通信機(jī)制把鼠標(biāo)的坐標(biāo)值傳給鼠標(biāo),設(shè)置其正確位置。[!--empirenews.page--]

2. 2硬鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)

本文的硬件平臺(tái)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(biāo)層(1bpp/2bpp圖像)。因此通過(guò)為鼠標(biāo)層分配內(nèi)存并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的ioctl 操作即可實(shí)現(xiàn)硬件鼠標(biāo)。下面介紹的是整個(gè)Overlay 驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn),包括鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2. 2. 1 Overlay 驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

Overlay 驅(qū)動(dòng)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(gè)字符設(shè)備節(jié)點(diǎn)以便與用戶空間通信,而sep6200_overlay_fops 是對(duì)該設(shè)備節(jié)點(diǎn)的操作函數(shù),我們要對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)體進(jìn)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(duì)于鼠標(biāo)層來(lái)說(shuō)最主要的是在sep6200_overlay_probe 中調(diào)用dma_alloc_writecombine( )為鼠標(biāo)層分配內(nèi)存以及在sep6200_overlay_ioctl 中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)ioctl 操作:

OVERLAY_SHOW_CURSOR顯示鼠標(biāo),即畫鼠標(biāo)圖形并復(fù)制到上面分配的內(nèi)存中。

OVERLAY_SETPOS_CURSOR設(shè)置鼠標(biāo)位置。

2. 2. 2硬鼠標(biāo)上層實(shí)現(xiàn)

鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)后,用戶空間就可以調(diào)用相應(yīng)的接口操作實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)功能。由于硬件鼠標(biāo)的坐標(biāo)值只需要傳給底層Overlay 驅(qū)動(dòng)即可,所以主要是在上面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)好的MouseInputMapper 類的構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用OVERLAY_SHOW_CURSOR 顯示鼠標(biāo),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(biāo)坐標(biāo)值傳給Overlay 驅(qū)動(dòng)的鼠標(biāo)層,配置相應(yīng)的寄存器設(shè)置鼠標(biāo)的位置,就可以實(shí)現(xiàn)硬鼠標(biāo)的精確移動(dòng)。

2. 3 軟鼠標(biāo)和硬鼠標(biāo)的對(duì)比

由上面實(shí)現(xiàn)可知,軟鼠標(biāo)和硬鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制是一樣的:繪制鼠標(biāo)和設(shè)置鼠標(biāo)位置。但是軟鼠標(biāo)由軟件來(lái)繪制,性能比較差,且消耗CPU 資源;而硬鼠標(biāo)完全由硬件控制,性能高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,當(dāng)玩大型游戲或者播放視頻時(shí),軟鼠標(biāo)反應(yīng)遲鈍,有時(shí)幾乎不動(dòng),而硬鼠標(biāo)則反應(yīng)靈敏,移動(dòng)位置精確。

3 總結(jié)

本文面向當(dāng)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(duì)性地提出了實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的兩種不同方案:軟鼠標(biāo)和硬鼠標(biāo),并指出了其優(yōu)缺點(diǎn)。這兩種方案根據(jù)不同的硬件平臺(tái)有不同的應(yīng)用。本文基于實(shí)際產(chǎn)品研發(fā),項(xiàng)目中的芯片支持硬鼠標(biāo)功能,采用了硬鼠標(biāo)方案,產(chǎn)品具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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