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[導讀]基于Android平臺的鼠標的設計方案

摘要:針對當前基于Android 平臺的電子產品的市場需求,以谷歌發(fā)布的Gingerbread 源碼為軟件平臺,以東南大學國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術研究中心設計的基于國產CPU 的sep6200 芯片為硬件平臺,在分析Android 輸入系統(tǒng)框架的基礎上,設計并實現(xiàn)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,具有一定的市場應用價值。

隨著嵌入式系統(tǒng)產業(yè)的高速發(fā)展,智能手持終端設備的操作系統(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、用戶界面和應用軟件組成。憑借開放源碼完全免費等特性,其在嵌入式領域異軍突起,如今占據智能手持終端設備領域的半壁江山。

以Android 系統(tǒng)為搭載平臺的電子產品越來越流行,特別是平板電腦的出現(xiàn),使用戶對產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)應用在其他領域成為可能,并同時提高了Android產品的市場競爭力。

1 輸入系統(tǒng)

1. 1輸入系統(tǒng)驅動框架

如圖1 所示,Android 輸入系統(tǒng)中的驅動框架由事件處理層(Event Handler),核心層(Input Core)和驅動層(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備的設備節(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。這里對設備節(jié)點的文件操作函數就是由該層提供;Input driver 具體設備的驅動;Input Core 負責管理所有的資源并連接驅動層和事件處理層。

圖1 輸入系統(tǒng)驅動框圖

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)比較復雜,同時創(chuàng)建了三個線程,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(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(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存時會通知InputConsumer 有事件傳入,InputConsumer 收到通知后會從共享內存取出事件數據,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據處理,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據進行處理,主要成員函數定義如下:

編寫該類的成員函數,實現(xiàn)鼠標事件數據的處理,并把該類的實例化對象與鼠標事件對應起來。

這樣當輸入事件是鼠標事件時就可以調用對應的處理函數。

2. 1軟鼠標實現(xiàn)

上面已經實現(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)設置鼠標位置的函數;(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備、衛(wèi)星導航產品的高性能芯片。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存并實現(xiàn)相應的ioctl 操作即可實現(xiàn)硬件鼠標。下面介紹的是整個Overlay 驅動的實現(xiàn),包括鼠標的實現(xiàn)。

2. 2. 1 Overlay 驅動實現(xiàn)

Overlay 驅動的核心結構體是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)建一個字符設備節(jié)點以便與用戶空間通信,而sep6200_overlay_fops 是對該設備節(jié)點的操作函數,我們要對這個結構體進行填充并編寫所有與Overlay 相關的功能函數,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 中調用dma_alloc_writecombine( )為鼠標層分配內存以及在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硬鼠標上層實現(xiàn)

鼠標驅動實現(xiàn)后,用戶空間就可以調用相應的接口操作實現(xiàn)鼠標功能。由于硬件鼠標的坐標值只需要傳給底層Overlay 驅動即可,所以主要是在上面已經實現(xiàn)好的MouseInputMapper 類的構造函數里調用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 驅動的鼠標層,配置相應的寄存器設置鼠標的位置,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,軟鼠標反應遲鈍,有時幾乎不動,而硬鼠標則反應靈敏,移動位置精確。

3 總結

本文面向當前Android 手持終端市場,充分考慮到了實際產品的需要,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。這兩種方案根據不同的硬件平臺有不同的應用。本文基于實際產品研發(fā),項目中的芯片支持硬鼠標功能,采用了硬鼠標方案,產品具有一定的市場競爭力。

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