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嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在通信終端、車載設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，對嵌入式系統(tǒng)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(shè)備之間的接口，是嵌入式系統(tǒng)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(chǎn)品的使用。GUI的好壞將直接影響嵌入式產(chǎn)品的普及和使用。GUI簡潔、方便、美觀的嵌入式產(chǎn)品具有廣闊的市場應(yīng)用前景。 嵌入式系統(tǒng)的資源是比較緊張的，多數(shù)嵌入式系統(tǒng)沒有個(gè)人電腦所具有的硬件資源和圖形顯示處理資源。一個(gè)嵌入式系統(tǒng)能夠顯示何種風(fēng)格的界面，是由嵌入式系統(tǒng)的功能需求和本身的圖形顯示處理機(jī)制決定的。因此不同嵌入式系統(tǒng)的GUI設(shè)計(jì)是不同的，它綜合了硬件和軟件兩方面的考慮，而不像在個(gè)人電腦上開發(fā)界面時(shí)多數(shù)情況下只需考慮軟件設(shè)計(jì)。 本文以車載影音導(dǎo)航系統(tǒng)為例，介紹了一種嵌入式系統(tǒng)圖形用戶界面的設(shè)計(jì)方法。首先介紹了系統(tǒng)對圖形界面的需求，然后給出了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)圖形界面的硬件和軟件設(shè)計(jì)方案。 1 功能需求 文中的車載影音導(dǎo)航系統(tǒng)集導(dǎo)航、DVD播放、收音、倒車?yán)走_(dá)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(tǒng)采用按鍵和觸摸屏結(jié)合的操作方式。 本系統(tǒng)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(gè)操作界面可以看成是一個(gè)窗口，窗口上有可供用戶操作的各種按鈕。從實(shí)現(xiàn)上看，圖形界面的窗口實(shí)際上是一個(gè)背景圖片，每個(gè)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(shí)的按鈕顯示。那么整個(gè)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(shè)置”按鈕顯示當(dāng)前用戶點(diǎn)中了該按鈕。 
另一類圖形界面是在有播放視頻(如DVD播放)時(shí)，疊加在播放視頻上的按鈕，如圖2所示。從實(shí)現(xiàn)上看，這類圖形界面上的每個(gè)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(nèi)容由圖片和DVD視頻兩部分疊加而成。大多數(shù)DVD機(jī)芯輸出的視頻信號(hào)是CVBS(復(fù)合視頻信號(hào))或 YC，而圖片信息在系統(tǒng)中是以RGB的形式出現(xiàn)的，那么要實(shí)現(xiàn)這類圖形界面就需要對DVD視頻進(jìn)行解碼，解碼后和圖片的RGB信息進(jìn)行疊加再輸出到顯示終端。圖2所示為DVD播放時(shí)，提供給用戶的操作按鈕。
2 硬件設(shè)計(jì)方案 為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)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(shí)為了滿足圖像處理的要求，系統(tǒng)的MCU使用意法半導(dǎo)體公司基于 ARM7TDMI-S的32位RISC CPU STR750，STR750主頻最高可達(dá)60 MHz，具有16 KB的RAM，最大片內(nèi)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(chǔ)在Flash或ROM中的圖片數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理成RGB信號(hào)輸出。有兩種RGB信號(hào)輸出：模擬 RGB和數(shù)字RGB。輸出的行場時(shí)序有兩種方式，一種是YGV629自身產(chǎn)生的時(shí)序關(guān)系，此時(shí)芯片工作在內(nèi)同步模式下；另一種是根據(jù)外部輸入的視頻時(shí)序來生成輸出的視頻時(shí)序關(guān)系，此時(shí)芯片工作在外同步模式下。YGV629可以產(chǎn)生的終端顯示時(shí)序包括NTSC、PAL、VGA、QVGA、SVGA等，因此可以支持多種顯示終端設(shè)備。 YGV629對圖形界面中圖片的管理是通過圖層的方式，每個(gè)圖片占用1個(gè)圖層，最多可以有341個(gè)圖層，輸出圖片的RGB由這341個(gè)圖層疊加而成。每個(gè)圖層在整屏上的顯示由12字節(jié)的屬性數(shù)據(jù)確定，這些屬性數(shù)據(jù)決定每個(gè)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(nèi)部有調(diào)色板機(jī)制，并有2 KB的調(diào)色板存儲(chǔ)空間。對于16位色，不使用調(diào)色板，圖片直接存儲(chǔ)為顏色數(shù)據(jù)。 2．2 硬件方案 圖3是本文中車載影音導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案。圖形界面使用到的圖片數(shù)據(jù)保存在圖片存儲(chǔ)Flash中，YGV629通過并口讀取圖片數(shù)據(jù)。
對于前文提到的第一類用戶界面，此時(shí)整個(gè)顯示終端的輸入都是由YGV629輸出的，YGV629工作在內(nèi)同步模式下。MCU通過SPI控制YGV629，設(shè)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(chǔ)在Flash中的圖片數(shù)據(jù)，然后生成輸出的圖片模擬RGB以及行場同步信號(hào) HCSYNC和VSYNC，YS信號(hào)是YGV629輸出的對模擬開關(guān)的控制信號(hào)。對于這一類用戶界面，YS控制模擬開關(guān)全部輸出圖片模擬RGB。這樣 L_R、L_G、L_B、HCSYNC和VSYNC構(gòu)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(guān)來選擇要播放的視頻源。視頻源可以是DVD視頻、導(dǎo)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(guān)，視頻行場同步信號(hào)輸出到Y(jié)GV629。MCU設(shè)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(shù)據(jù)，根據(jù)MCU設(shè)置的圖層屬性，在適當(dāng)時(shí)候輸出相應(yīng)的圖片模擬RGB和通道切換控制信號(hào)YS。高速模擬開關(guān)根據(jù)通道切換控制信號(hào)YS 的高低電平，在每個(gè)像素點(diǎn)的輸出時(shí)刻，從DVD視頻RGB和圖形界面圖片RGB這兩路RGB信號(hào)中選擇一路輸出，通過“像素點(diǎn)插入”的方式將圖形界面嵌入到DVD視頻中，從而實(shí)現(xiàn)了DVD視頻和圖形界面的疊加。 3 軟件設(shè)計(jì)方案 車載影音導(dǎo)航系統(tǒng)圖形用戶界面軟件模塊的設(shè)計(jì)分為兩部分：應(yīng)用軟件模塊設(shè)計(jì)和YGV629驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)。硬件驅(qū)動(dòng)模塊由MCU和YGV629間通信、圖層屬性設(shè)置、工作模式設(shè)置、顯示輸出設(shè)置等組成。為了提高顯示質(zhì)量，防止在界面切換時(shí)出現(xiàn)屏幕抖動(dòng)，YGV629采用雙緩沖機(jī)制，將341個(gè)圖層劃分成兩幀，每幀占用170個(gè)圖層。一幀用于當(dāng)前顯示界面。另一幀用于準(zhǔn)備下一個(gè)顯示界面，在準(zhǔn)備好下一個(gè)顯示界面后，再將顯示輸出從當(dāng)前幀切換到下一幀。考慮到系統(tǒng)每個(gè)界面使用的圖層數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于170，所以這樣的機(jī)制是可行的。根據(jù)需求，硬件驅(qū)動(dòng)模塊主要設(shè)計(jì)了以下幾組函數(shù)：VC_Write_XXX()和 VC_Read_XXX()，用于MCU和YGV629進(jìn)行串口通信，設(shè)置和讀取YGV629內(nèi)部寄存器、圖層屬性數(shù)據(jù)、調(diào)色板數(shù)據(jù)等；VC_Layer_SetXXX()，用于設(shè)置YGV629的圖層屬性；VC_Palette_XXX()，用于對調(diào)色板進(jìn)行管理；VC_Display_Set()，用于設(shè)置YGV629的顯示輸出；VC_ModeSet()，用于在內(nèi)同步和外同步工作模式之間進(jìn)行切換。應(yīng)用軟件模塊主要對不同圖形用戶界面進(jìn)行封裝管理，不同界面包含多個(gè)按鈕，每個(gè)按鈕對應(yīng)按下和抬起兩個(gè)動(dòng)作。MMI_Open()函數(shù)用于打開不同的界面，這個(gè)函數(shù)通過調(diào)用硬件驅(qū)動(dòng)模塊，準(zhǔn)備要打開界面的圖層屬性數(shù)據(jù)、調(diào)色板數(shù)據(jù)，并寫入YGV629中，最后根據(jù)要顯示的界面進(jìn)行顯示輸出設(shè)置和工作模式的切換。對于按鈕，設(shè)計(jì)了函數(shù)MMI_Button_Down()和MMI_Button_Up()，用于處理當(dāng)某個(gè)按鈕按下和抬起時(shí)的界面變化。此外對不同界面，另需定制專門的處理函數(shù)，比如界面上某些焦點(diǎn)閃爍、音量調(diào)節(jié)進(jìn)度條的變化等。 4 總結(jié) 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(tǒng)圖形用戶界面的設(shè)計(jì)方法。對于嵌入式系統(tǒng)，大多數(shù)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(diào)，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?qū)崿F(xiàn)圖形界面和DVD等視頻源的疊加，給嵌入式系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)帶來很大空間。本文以車載影音導(dǎo)航系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了使用YGV629芯片的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)方案。 參考文獻(xiàn) 1. YGV629 Application Manual 2008 2. STR750 Reference Manual 2008 作者：中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 陳波 陳尤莉 黃強(qiáng) 來源：《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》 2009 (6) |
