简述MiniGUI在HDTV SoC平台上的移植

　　1.引言：

　　嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统功能的日益强大使得在嵌入式产品中包含图形界面功能成为一种趋势。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统，对功能、对可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。因此可以这样理解上述三个面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。

　　高清数字电视解码平台HDTV SoC是由上海交通大学自行研究开发的，以数字电视机顶盒为应用背景的嵌入式单片系统。在硬件平台构建和操作系统移植的基础上，系统对友好的界面提出了更高的要求。

　　MiniGUI是由北京飞漫软件技术有限公司创办的开源Linux图形用户界面支持系统，经过近些年的发展，MiniGUI已经发展成为比较成熟的性能优良的、功能丰富的跨操作系统的嵌入式图形界面支持系统。“小”是MiniGUI的特色，它目前已经广泛应用于通讯、医疗、工控、电子、机顶盒、多媒体等领域。目前，MiniGUI的版本为MiniGUI 3.0，所以MiniGUI对中文的支持。MiniGUI 为嵌入式 Linux 系统提供了完整的图形系统支持，是针对嵌入式 Linux仅有的两个商用嵌入式GUI系统之一。MiniGUI为嵌入式Linux 系统提供了完整的多进程支持；可以 MiniGUI-Processes、MiniGUI-Threads或者MiniGUI-Standalone 三种运行模式运行。

　　2.HDTV SoC平台和MiniGUI:

　　HDTV SoC 是用于高清数字电视信号接收端的解码平台。如图1所示：该平台包含以下功能模块：传输流解复用（TSD），系统控制，音频解码、视频解码，视频处理，显示后处理（OSD），以及串口等外围设备。视频支持MPEG－II高清和标清解码，音频支持AAC、AC3、MP3、MP2格式。

　　在HDTV SoC平台上建立图形界面，需要分别利用串口模块（UART）和显示后处理模块（OSD）作为输入和输出设备。充分而高效地将显示后处理模块（OSD）的功能与上层软件有机结合是有效建立图形界面的关键。OSD是on-screen display的简称，即屏幕菜单式调节方式。一般是按Menu键后屏幕弹出的显示器各项调节项目信息的矩形菜单，可通过该菜单对显示器各项工作指标包括色彩、模式、几何形状等进行调整，从而达到的使用状态。它通过显示在屏幕上的功能菜单达到调整各项参数的目的，不但调整方便，而且调整的内容也比以上的两种方式多，增加了失真、会聚、色温、消磁等调整内容。像以前显示器出现的网纹干扰、屏幕视窗不正、磁化等需要送维修厂商维修的故障，现在举手之间便可解决。

　　MiniGUI具有良好的软件架构，通过可移植层（Portable Layer）将MiniGUI上层和底层操作系统隔离开来；可移植层可将特定操作系统及底层硬件的细节隐藏起来，而上层应用程序无需关心底层硬件平台的输入和输出。作为国内广泛应用的嵌入式图形界面中间件产品，相对与其它嵌入式GUI系统，MiniGUI有以下优势：1.轻型，占用资源少。2.高性能，高可靠性。3.可配置。4.可伸缩性强。5.跨操作系统支持

　　3.移植MiniGUI:

　　MiniGUI的体系结构可表示如下图：

　　图2 MiniGUI的体系结构

　　如图3所示，MiniGUI从上到下包括应用程序，层，可移植层（图形与输入设备抽象层）以及输入输出设备层。其中，图形引擎（GAL）和输入引擎（IAL）一起构成可移植层。可移植层为上层提供了统一的输入输出的抽象接口，从而增强了MiniGUI的可移植性。

　　首先，定制图形引擎。MiniGUI可以支持包括SVGALib 和 LibGGI在内的多种图形引擎，另外还自带了基于framebuffer设备的私有图形引擎。相对于其他图形引擎，私有引擎专为Linux平台上的MiniGUI而设计，有更好的性能和显示效果，因此在Linux平台上被广泛采用。但是该引擎需要Linux内核中包含对显示设备的framebuffer驱动的支持。

　　其次，定制输入引擎。不同的平台在输入引擎上差别较大。HDTV SoC平台采用UART作为输入设备，所以输入引擎要基于UART，将UART得到的外部信息转换为上层应用程序能够理解和识别的信息格式。

　　，需要根据平台特性和应用需求对MiniGUI进行功能配置。

　　我们将图3中的图形设备（Graphic Device）和输入设备（Input Device）替换为具体的驱动程序及相应的硬件设备可得出MiniGUI在HDTV SoC平台上实现的具体框图如图4所示：

　　经过以上分析之后，我们更加明确了移植所要做的工作，并且可进一步将整个移植过程分为三阶段：，开发和调试基于OSD硬件的framebuffer驱动程序，并且调试图形引擎，这是整个移植过程中为关键的一步；第二，定制和调试基于UART设备的输入引擎；第三，开发自己的应用程序，并且交叉编译和配置整个MiniGUI。

　　首先，我们需要开发针对HDTV SoC 平台上OSD硬件设备的framebuffer驱动程序。framebuffer机制定义了一组与显示设备相关的数据结构和操作，对显示设备的帧缓存进行了软件抽象，为上层提供了统一的访问接口，屏蔽了底层硬件的细节。应用程序对该组数据结构和操作进行访问，就可以实现对不同显卡硬件的访问操作。减少依赖于显卡的代码量，同时增加了这部分代码的可移植性。

　　如果MiniGUI采用基于framebuffer设备的私有图形引擎，首先需要在内核中添加framebuffer设备驱动。framebuffer设备的实现主要依赖于四个数据结构：

　　fb_fix_screeninfo用来表示与显示设备无关的常值信息，这些信息在设备初始化时指定，应用程序可以通过借口函数来访问这些信息，但是不允许改变它们。

　　fb_var_screeninfo用来表示与显示设备无关的变量信息与特定显示模式。应用程序可以调用相应的借口来访问和修改这些信息。

　　fb_ops是供上层调用的一组函数接口。全部的framebuffer操作都要通过该接口来完成。

　　fb_info 是常规信息，API以及帧缓冲设备的底层信息。该结构只能被用于内核中，前面三个结构均可通过外部接口查看。

　　在驱动程序中实现了上述四个结构之后，一个简单得framebuffer驱动程序即宣告完成。将该驱动程序作为模块加载之后，就可以进行调试，直到输出正常。

　　在framebuffer驱动程序完成之后，接下来需要定制输入引擎。MiniGUI通过INPUT数据结构来表示输入引擎。MiniGUI维护着一个由所有输入引擎组成的输入引擎数组，每个数组项对应着一个输入引擎。如果该数组中没有与该平台对应的项，就需要在其中添加对应的输入引擎。由于SoC平台只能通过UART和用户进行交互，所以输入引擎以UART为基础。

　　在图形引擎和输入引擎的定制完成之后，需要对MiniGUI的源代码进行交叉编译和安装。到这里，整个移植工作基本结束。在此基础上，我们还可以在MiniGUI平台上开发自己的应用程序。

　　4.总结：

　　本文作者创新观点：在SoC平台上建立GUI界面需要充分考虑系统性能，资源以及GUI系统本身的资源消耗，移植开源软件通常是经济，简便的办法。移植工作主要是建立GUI系统与输入输出硬件的映射，在必要的时候需要根据GUI系统要求为底层硬件开发专用的驱动程序。由于MiniGUI在SoC芯片上的应用还比较少，所以本次移植工作不仅验证了移植方法的可行性，对于如何为MiniGUI在机顶盒中的应用，以及对于如何在受到资源和性能约束的嵌入式系统中建立图形界面，均具有一定的借鉴意义