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嵌入式系統廣泛應用在通信終端、車載設備、工業控制等領域。隨著嵌入式技術的發展，對嵌入式系統圖形用戶界面(Graphic User Interface，GUI)的要求逐步提高。GUI是用戶和嵌入式設備之間的接口，是嵌入式系統的重要組成部分，它通過窗口和菜單等圖形化操作方式，極大地方便了用戶對嵌入式產品的使用。GUI的好壞將直接影響嵌入式產品的普及和使用。GUI簡潔、方便、美觀的嵌入式產品具有廣闊的市場應用前景。 嵌入式系統的資源是比較緊張的，多數嵌入式系統沒有個人電腦所具有的硬件資源和圖形顯示處理資源。一個嵌入式系統能夠顯示何種風格的界面，是由嵌入式系統的功能需求和本身的圖形顯示處理機制決定的。因此不同嵌入式系統的GUI設計是不同的，它綜合了硬件和軟件兩方面的考慮，而不像在個人電腦上開發界面時多數情況下只需考慮軟件設計。 本文以車載影音導航系統為例，介紹了一種嵌入式系統圖形用戶界面的設計方法。首先介紹了系統對圖形界面的需求，然后給出了實現系統圖形界面的硬件和軟件設計方案。 1 功能需求 文中的車載影音導航系統集導航、DVD播放、收音、倒車雷達顯示、倒車后視等多功能于一體，采用圖形化界面顯示。為了方便用戶使用，系統采用按鍵和觸摸屏結合的操作方式。 本系統對圖形界面的功能需求主要分為兩大類。 一類是單純的用戶界面操作，如圖1所示。這一類界面總體上是由窗口和按鈕組成，整個操作界面可以看成是一個窗口，窗口上有可供用戶操作的各種按鈕。從實現上看，圖形界面的窗口實際上是一個背景圖片，每個按鈕則至少由兩張圖片組成的：一張圖片用于表示正常顯示的按鈕，一張圖片用于表示選中時的按鈕顯示。那么整個界面就是由窗口圖片和按鈕圖片組合而成，最終送到顯示終端上的是一副完整拼接的圖片。圖1中，“設置”按鈕顯示當前用戶點中了該按鈕。 
另一類圖形界面是在有播放視頻(如DVD播放)時，疊加在播放視頻上的按鈕，如圖2所示。從實現上看，這類圖形界面上的每個按鈕仍然至少由兩張圖片組成。但是不同的是，這類圖形界面最終送到顯示終端上的內容由圖片和DVD視頻兩部分疊加而成。大多數DVD機芯輸出的視頻信號是CVBS(復合視頻信號)或 YC，而圖片信息在系統中是以RGB的形式出現的，那么要實現這類圖形界面就需要對DVD視頻進行解碼，解碼后和圖片的RGB信息進行疊加再輸出到顯示終端。圖2所示為DVD播放時，提供給用戶的操作按鈕。
2 硬件設計方案 為了實現本系統中的圖形用戶界面，采用雅馬哈公司的圖像處理芯片YGV629。同時為了滿足圖像處理的要求，系統的MCU使用意法半導體公司基于 ARM7TDMI-S的32位RISC CPU STR750，STR750主頻最高可達60 MHz，具有16 KB的RAM，最大片內Flash為256 KB。 2．1 YGV629 YGV629是一款圖像處理芯片，通過MCU控制其讀取存儲在Flash或ROM中的圖片數據，將數據處理成RGB信號輸出。有兩種RGB信號輸出：模擬 RGB和數字RGB。輸出的行場時序有兩種方式，一種是YGV629自身產生的時序關系，此時芯片工作在內同步模式下；另一種是根據外部輸入的視頻時序來生成輸出的視頻時序關系，此時芯片工作在外同步模式下。YGV629可以產生的終端顯示時序包括NTSC、PAL、VGA、QVGA、SVGA等，因此可以支持多種顯示終端設備。 YGV629對圖形界面中圖片的管理是通過圖層的方式，每個圖片占用1個圖層，最多可以有341個圖層，輸出圖片的RGB由這341個圖層疊加而成。每個圖層在整屏上的顯示由12字節的屬性數據確定，這些屬性數據決定每個圖層在整屏上的顯示位置、透明色、縮放比例、Alpha通道等。 YGV629支持8位色和16位色的BMP圖片以及PNG圖片。對于8位色，YGV629內部有調色板機制，并有2 KB的調色板存儲空間。對于16位色，不使用調色板，圖片直接存儲為顏色數據。 2．2 硬件方案 圖3是本文中車載影音導航系統的硬件設計方案。圖形界面使用到的圖片數據保存在圖片存儲Flash中，YGV629通過并口讀取圖片數據。
對于前文提到的第一類用戶界面，此時整個顯示終端的輸入都是由YGV629輸出的，YGV629工作在內同步模式下。MCU通過SPI控制YGV629，設置其工作模式、顯示圖層屬性、輸出視頻格式等。YGV629通過并口讀取存儲在Flash中的圖片數據，然后生成輸出的圖片模擬RGB以及行場同步信號 HCSYNC和VSYNC，YS信號是YGV629輸出的對模擬開關的控制信號。對于這一類用戶界面，YS控制模擬開關全部輸出圖片模擬RGB。這樣 L_R、L_G、L_B、HCSYNC和VSYNC構成了對顯示終端的輸出。 對于第二類用戶界面，由MCU控制視頻通道選擇開關來選擇要播放的視頻源。視頻源可以是DVD視頻、導航視頻或后視視頻。例如，若MCU選擇的是DVD視頻通路，那么DVD視頻輸出到視頻解碼芯片，視頻解碼芯片輸出DVD視頻解碼后的模擬RGB和行場同步。其中模擬RGB輸出到模擬開關，視頻行場同步信號輸出到YGV629。MCU設置YGV629工作在外同步模式下，即YGV629使用DVD視頻的行場同步作為輸出圖形界面的行場同步。YGV629讀取 Flash中的圖片數據，根據MCU設置的圖層屬性，在適當時候輸出相應的圖片模擬RGB和通道切換控制信號YS。高速模擬開關根據通道切換控制信號YS 的高低電平，在每個像素點的輸出時刻，從DVD視頻RGB和圖形界面圖片RGB這兩路RGB信號中選擇一路輸出，通過“像素點插入”的方式將圖形界面嵌入到DVD視頻中，從而實現了DVD視頻和圖形界面的疊加。 3 軟件設計方案 車載影音導航系統圖形用戶界面軟件模塊的設計分為兩部分：應用軟件模塊設計和YGV629驅動模塊設計。硬件驅動模塊由MCU和YGV629間通信、圖層屬性設置、工作模式設置、顯示輸出設置等組成。為了提高顯示質量，防止在界面切換時出現屏幕抖動，YGV629采用雙緩沖機制，將341個圖層劃分成兩幀，每幀占用170個圖層。一幀用于當前顯示界面。另一幀用于準備下一個顯示界面，在準備好下一個顯示界面后，再將顯示輸出從當前幀切換到下一幀。考慮到系統每個界面使用的圖層數都遠遠小于170，所以這樣的機制是可行的。根據需求，硬件驅動模塊主要設計了以下幾組函數：VC_Write_XXX()和 VC_Read_XXX()，用于MCU和YGV629進行串口通信，設置和讀取YGV629內部寄存器、圖層屬性數據、調色板數據等；VC_Layer_SetXXX()，用于設置YGV629的圖層屬性；VC_Palette_XXX()，用于對調色板進行管理；VC_Display_Set()，用于設置YGV629的顯示輸出；VC_ModeSet()，用于在內同步和外同步工作模式之間進行切換。應用軟件模塊主要對不同圖形用戶界面進行封裝管理，不同界面包含多個按鈕，每個按鈕對應按下和抬起兩個動作。MMI_Open()函數用于打開不同的界面，這個函數通過調用硬件驅動模塊，準備要打開界面的圖層屬性數據、調色板數據，并寫入YGV629中，最后根據要顯示的界面進行顯示輸出設置和工作模式的切換。對于按鈕，設計了函數MMI_Button_Down()和MMI_Button_Up()，用于處理當某個按鈕按下和抬起時的界面變化。此外對不同界面，另需定制專門的處理函數，比如界面上某些焦點閃爍、音量調節進度條的變化等。 4 總結 本文主要介紹了一種基于雅馬哈圖像處理芯片YGV629的嵌入式系統圖形用戶界面的設計方法。對于嵌入式系統，大多數顯示處理芯片提供OSD顯示，只是簡單的圖形顯示和字符顯示，顏色比較單調，不能顯示顏色豐富、美觀炫麗的圖片界面。YGV629提供了顯示8位色、16位色圖片的功能，并且能夠實現圖形界面和DVD等視頻源的疊加，給嵌入式系統界面設計帶來很大空間。本文以車載影音導航系統為例，詳細介紹了使用YGV629芯片的硬件設計和軟件設計方案。 參考文獻 1. YGV629 Application Manual 2008 2. STR750 Reference Manual 2008 作者：中國電子科技集團公司第三十八研究所 陳波 陳尤莉 黃強 來源：《單片機與嵌入式系統應用》 2009 (6) |
