隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車載導航設備得到了越來越多的應用?，F(xiàn)在主流的車載導航設備都集成有DVD功能，對視頻處理提出較高要求。選擇高性能平臺和高性能視頻處理器對車載導航設備有十分重要的意義。同時，對于音量的可視性控制和DVD控制來說，OSD技術具有很大的優(yōu)越性，它可以在不影響DVD畫面的基礎上疊加在屏幕上，降低了主處理器的工作量。PXA270處理器具有領先的高性能和低功耗功能，宏芯T128D具有強大的視頻處理功能，同時集成了兩層OSD處理引擎，兩者通過I2C總線連接可以大大提高車載導航設備的多媒體處理功能，本文陳述了在兩者基礎上通過I2C總線連接實現(xiàn)OSD顯示驅(qū)動的方法。

1 基本原理

1.1 OSD顯示原理

OSD(On Screen Display)是屏幕顯示技術的一種，用于在顯示終端上顯示字符、圖形和圖像。實現(xiàn)的過程為：存儲器(一般為內(nèi)存的一段)的內(nèi)容與顯示終端上的像素一一對應。

當要輸出圖文信息時，將字符圖標的位圖信息送至OSD位圖區(qū)域的相應位置。OSD位圖區(qū)域由其頭部定義，每個OSD頭主要包括OSD顯示矩形區(qū)域的起始位置、大小及兩個分別指向頂場和底場圖像數(shù)據(jù)的指針，還有一個指向下一個OSD位圖數(shù)據(jù)頭的指針。由于采用了這種基于指針的OSD數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)，理論上OSD位圖數(shù)據(jù)塊的數(shù)目不受限制，實際上它要受到內(nèi)存大小的限制。terawinsT128提供的內(nèi)存空間為8k*16 b。頭部不僅定義了位圖區(qū)域的尺寸、位置以及顏色信息，而且提供了顏色表更新等功能。字符的顏色設置使用OSD處理單元(LUT)的顏色查找表，也稱作調(diào)色板。如圖1所示，4位的LUT意味著有16種顏色可以選擇，并且位圖中的每個像素占有存儲單元的4位。某個Byte中的低四bit內(nèi)容與一個像素一一對應，其值為“3”，那么數(shù)字“3”所代表的顏色便由色板來決定，然后再驅(qū)動OSD屏幕將像素設置為制定顏色。OSD中的2個像素對應1 B，所以一行顯示內(nèi)容所占的存儲空間為320/2=160 B，設pOSDBuffer指向OSD對應存儲空間的首地址，為了將OSD上坐標(x，y)的像素設置值為PixelValue(值的范圍為0x00～0x0f)，即改變該像素的顏色，則需要先確定坐標(x，y)像素對應的字節(jié)存儲空間地址為：

1.2 I2C總線通信原理

I2C(Inter-Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，每個電路和模塊都有惟一的地址。CPU會發(fā)出地址碼用來選址，即接通需要控制的電路。所以，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關。

I2C總線定義了嚴格的傳輸信號來完成一次傳輸。如圖2所示，SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，這是開始信號，開始傳送數(shù)據(jù)。SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。

注意：SDA線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變會被識別為起始和停止條件。接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8 b數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應答信號，CPU接收到應答信號后，根據(jù)實際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，則判斷為受控單元出現(xiàn)故障。

2 具體實現(xiàn)

2.1 接口電路

如圖3所示，PXA270芯片通過SCL和SDA兩根線(I2C)向T128D發(fā)送指令，通知其顯示OSD或者擦除OSD畫面。在本論文使用的方法里，是由PXA270通過I2C向T128D寫寄存器，將讀OSD符號的首地址傳輸給T128D。PXA270要顯示的RGB或者YPrBr信號也連接到T128D上，通過LVSYNC垂直同步信號和LYSYNC橫向同步信號實現(xiàn)同步。通過T128D的處理，將DVD的YPrBr信號和PXA270的RGB565信號處理為模擬RGB信號，再連接LCD屏，由LCD屏顯示出來。

2.2 軟件實現(xiàn)框架

本文的OSD驅(qū)動實現(xiàn)使用流接口驅(qū)動，OSD流接口驅(qū)動的框架如圖4所示。該驅(qū)動在系統(tǒng)啟動時或者啟動后的任何時候由設備管理器動態(tài)加載。以DLL動態(tài)鏈接庫的形式存在，系統(tǒng)加載它們后，這些驅(qū)動程序以用戶態(tài)的角色運行。這個OSD流驅(qū)動通過文件操作API來從設備管理器和應用程序獲得命令。流接口驅(qū)動有一套標準的接口，比如XXX_Init，XXX_Open，XXX_PowerUp，XXX_IOControl，XXX_Write等。對于I/O設備尤其是數(shù)據(jù)流設備來說是非常合適的，操作接口和文件系統(tǒng)API十分類似，比如ReadFile，IO_Control等。應用程序可以和流接口驅(qū)動進行交互，并且可以把流接口驅(qū)動當作文件來操作。

本文著重要提到的流接口是OSD_Init，OSD_IOControl，OSD_write。OSD_Init在加載驅(qū)動時通知設備管理器在為設備初始化時分配資源。OSD_IOControl是文件系統(tǒng)發(fā)送I/O控制指令的接口。OSDWrite是文件系統(tǒng)寫數(shù)據(jù)到T128D的接口。在本文中OSD_Write不進行具體的寫操作，只是將寫命令壓人FIFO隊列。

2.3 具體操作

2.3.1 I2C總線的通信流程

由于I2C總線上掛的設備很多，可能會造成兩個設備同時占用I2C總線的情況，這樣系統(tǒng)會錯亂。為了避免這種情況，針對一次讀寫操作，考慮到其不可打斷性以防止數(shù)據(jù)的破壞，采用Mutex互斥鎖。即每次只允許一個讀寫操作占用I2C總線。在一次讀寫操作開始之前，等待互斥鎖，直到讀寫操作完畢，釋放互斥鎖。這樣當在一次讀寫沒有完成之前，其余設備無法占用I2C總線，而只能等待。本驅(qū)動申請互斥鎖的流程見圖5。

2.3.2 初始化和卸載

T128設備的初始化，主要是首先映射GPIO和T128相關寄存器到虛擬地址空間，然后檢測I2C總線驅(qū)動有沒有初始化，創(chuàng)建互斥體，并建立一個寫線程OsdWriteProc()，同時建立一個OSD寫命令非空事件g_hevOsdQueueEmpty這樣檢測到非空事件時就可以調(diào)用OSD寫進程。初始化設備失敗或者設備卸載的時候調(diào)用設備卸載函數(shù)，卸載時要釋放虛擬GPIO寄存器的空間，調(diào)用I2C的卸載函數(shù)，并關閉互斥體。

2.3.3 OSD寫入流程

實踐中發(fā)現(xiàn)在寫OSD時需要停止T128 MCU，寫完后恢復其運行，否則OSD會錯亂。如果要停止T128MCU時，它正在切換視頻、檢測視頻信號，操作未完成時被停掉，則液晶屏顯示會錯亂，圖像分成幾個部分。而上層應用的寫OSD請求不能丟棄，否則上層的狀態(tài)又會錯亂，該隱藏的未隱藏，該顯示的沒顯示。因此需要設計一種機制，既保證上層的寫OSD操作不丟棄，又不與T128 MCU沖突。

如圖5所示，設計一個緩沖隊列，接收到上傳人的OSD數(shù)據(jù)壓入隊列。OSD驅(qū)動留給上層的Write接口，不負責實際的寫操作，將數(shù)據(jù)壓入隊列(此時會激活隊列非空事件)后立即返回。創(chuàng)建一個OSD寫線程，等待緩沖隊列非空事件激活后，查詢T128 MCU狀態(tài)，待其空閑后，獲取關鍵代碼段，執(zhí)行寫操作，寫完后退出關鍵代碼段，進入下一輪循環(huán)。

3 性能分析

T128通過3根主線跟CPU通信，由T128處理從DVD和PXA270來的視頻信號，這樣OSD就可以在各個源的信號上疊加。由于T128處理了很大一部分視頻信號，降低了CPU的負擔，同時也圓滿解決了OSD在DVD信號上的疊加問題。由于I2C的多主控特點，不會影響掛在I2C上的其他外設的工作和性能。

4 結(jié)語

本文介紹了基于PXA270處理器和Windows CE5.0操作系統(tǒng)上的OSD驅(qū)動的設計和實現(xiàn)。目前已經(jīng)在本平臺上穩(wěn)定運行，具有很好的OSD處理能力。同時，鑒于T128強大的處理功能，該驅(qū)動還可以優(yōu)化和拓展，比如可以利用T128實現(xiàn)車載平臺機構(gòu)的翻轉(zhuǎn)。