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摘要：針對當(dāng)前基于Android 平臺的電子產(chǎn)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(xué)國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心設(shè)計的基于國產(chǎn)CPU 的sep6200 芯片為硬件平臺，在分析Android 輸入系統(tǒng)框架的基礎(chǔ)上，設(shè)計并實現(xiàn)了軟件鼠標(biāo)和硬件鼠標(biāo)功能，方案設(shè)計靈活。對于手持終端設(shè)備來說，鼠標(biāo)的支持大大提高了用戶的體驗性能，具有一定的市場應(yīng)用價值。 隨著嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，智能手持終端設(shè)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(yīng)用軟件組成。憑借開放源碼完全免費等特性，其在嵌入式領(lǐng)域異軍突起，如今占據(jù)智能手持終端設(shè)備領(lǐng)域的半壁江山。 以Android 系統(tǒng)為搭載平臺的電子產(chǎn)品越來越流行，特別是平板電腦的出現(xiàn)，使用戶對產(chǎn)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(biāo)，其無疑是最完美的人機交互方式。鼠標(biāo)的實現(xiàn)使Android 系統(tǒng)應(yīng)用在其他領(lǐng)域成為可能，并同時提高了Android產(chǎn)品的市場競爭力。 1 輸入系統(tǒng) 1. 1輸入系統(tǒng)驅(qū)動框架 如圖1 所示，Android 輸入系統(tǒng)中的驅(qū)動框架由事件處理層（Event Handler），核心層（Input Core）和驅(qū)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(shè)備的設(shè)備節(jié)點，然后對節(jié)點進(jìn)行讀寫操作以獲得鼠標(biāo)移動信息，或者鍵盤信息等等。這里對設(shè)備節(jié)點的文件操作函數(shù)就是由該層提供；Input driver 具體設(shè)備的驅(qū)動；Input Core 負(fù)責(zé)管理所有的資源并連接驅(qū)動層和事件處理層。 
圖1 輸入系統(tǒng)驅(qū)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(fù)雜，同時創(chuàng)建了三個線程，并用了匿名共享內(nèi)存機制，且很多在Java 層的數(shù)據(jù)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(jìn)行數(shù)據(jù)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(nèi)存里；PolicyThread 管理當(dāng)前窗口顯示等。
圖2 輸入系統(tǒng)上層框圖 InputPublisher 和InputCONsumer 通過InputChannel進(jìn)行雙向通信。當(dāng)InputPublisher 把輸入事件放到共享內(nèi)存時會通知InputConsumer 有事件傳入，InputConsumer 收到通知后會從共享內(nèi)存取出事件數(shù)據(jù)，通過InputQueue 傳給ViewRoot，ViewRoot 對事件進(jìn)行分類后傳給當(dāng)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(nèi)存?zhèn)鬏斚乱淮屋斎胧录?/font>2 鼠標(biāo)實現(xiàn) 無論是軟鼠標(biāo)還是硬鼠標(biāo)，其實現(xiàn)機制都是一樣的。都需要讀取事件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，唯一不同的是當(dāng)實現(xiàn)鼠標(biāo)移動時，軟鼠標(biāo)是把鼠標(biāo)坐標(biāo)值傳給上層，而硬鼠標(biāo)則是把鼠標(biāo)坐標(biāo)值傳給驅(qū)動。鼠標(biāo)事件的讀取和處理過程的實現(xiàn)： （1）在EventHub 中對鼠標(biāo)事件加鼠標(biāo)類型標(biāo)志位； （2） 在InputReader 中創(chuàng)建MouseInputMapper類，該類主要對鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要成員函數(shù)定義如下：
編寫該類的成員函數(shù)，實現(xiàn)鼠標(biāo)事件數(shù)據(jù)的處理，并把該類的實例化對象與鼠標(biāo)事件對應(yīng)起來。 這樣當(dāng)輸入事件是鼠標(biāo)事件時就可以調(diào)用對應(yīng)的處理函數(shù)。 2. 1軟鼠標(biāo)實現(xiàn) 上面已經(jīng)實現(xiàn)了鼠標(biāo)事件的處理，這里只要繪制鼠標(biāo)并把把鼠標(biāo)坐標(biāo)傳給繪制的鼠標(biāo)即可。 （1）在WindowManagerService 中繪制鼠標(biāo)，并實現(xiàn)設(shè)置鼠標(biāo)位置的函數(shù)；（2）從上面分析可知， 最終的事件會發(fā)送到ViewRoot 進(jìn)行分類，所以在這里當(dāng)輸入事件是鼠標(biāo)事件時，利用進(jìn)程間通信機制把鼠標(biāo)的坐標(biāo)值傳給鼠標(biāo)，設(shè)置其正確位置。 2. 2硬鼠標(biāo)實現(xiàn) 本文的硬件平臺sep6200 是一款定位于手持視頻播放設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)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(biāo)層（1bpp/2bpp圖像）。因此通過為鼠標(biāo)層分配內(nèi)存并實現(xiàn)相應(yīng)的ioctl 操作即可實現(xiàn)硬件鼠標(biāo)。下面介紹的是整個Overlay 驅(qū)動的實現(xiàn)，包括鼠標(biāo)的實現(xiàn)。 2. 2. 1 Overlay 驅(qū)動實現(xiàn) Overlay 驅(qū)動的核心結(jié)構(gòu)體是platform_driver 和miscdevice，他們定義如下：
其中sep6200_overlay_fops 的定義如下：
結(jié)構(gòu)體sep6200 _overlay_misc_device 用于為Overlay 創(chuàng)建一個字符設(shè)備節(jié)點以便與用戶空間通信，而sep6200_overlay_fops 是對該設(shè)備節(jié)點的操作函數(shù)，我們要對這個結(jié)構(gòu)體進(jìn)行填充并編寫所有與Overlay 相關(guān)的功能函數(shù)，以使Overlay 層能夠正常工作。 對于鼠標(biāo)層來說最主要的是在sep6200_overlay_probe 中調(diào)用dma_alloc_writecombine（ ）為鼠標(biāo)層分配內(nèi)存以及在sep6200_overlay_ioctl 中實現(xiàn)兩個ioctl 操作： OVERLAY_SHOW_CURSOR顯示鼠標(biāo)，即畫鼠標(biāo)圖形并復(fù)制到上面分配的內(nèi)存中。 OVERLAY_SETPOS_CURSOR設(shè)置鼠標(biāo)位置。 2. 2. 2硬鼠標(biāo)上層實現(xiàn) 鼠標(biāo)驅(qū)動實現(xiàn)后，用戶空間就可以調(diào)用相應(yīng)的接口操作實現(xiàn)鼠標(biāo)功能。由于硬件鼠標(biāo)的坐標(biāo)值只需要傳給底層Overlay 驅(qū)動即可，所以主要是在上面已經(jīng)實現(xiàn)好的MouseInputMapper 類的構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用OVERLAY_SHOW_CURSOR 顯示鼠標(biāo)，在其成員函數(shù)sync （ nsecs _ t when） 處理數(shù)據(jù)之后調(diào)用OVERLAY_SETPOS_CURSOR 把鼠標(biāo)坐標(biāo)值傳給Overlay 驅(qū)動的鼠標(biāo)層，配置相應(yīng)的寄存器設(shè)置鼠標(biāo)的位置，就可以實現(xiàn)硬鼠標(biāo)的精確移動。 2. 3 軟鼠標(biāo)和硬鼠標(biāo)的對比 由上面實現(xiàn)可知，軟鼠標(biāo)和硬鼠標(biāo)的實現(xiàn)機制是一樣的：繪制鼠標(biāo)和設(shè)置鼠標(biāo)位置。但是軟鼠標(biāo)由軟件來繪制，性能比較差，且消耗CPU 資源；而硬鼠標(biāo)完全由硬件控制，性能高。通過實驗驗證，當(dāng)玩大型游戲或者播放視頻時，軟鼠標(biāo)反應(yīng)遲鈍，有時幾乎不動，而硬鼠標(biāo)則反應(yīng)靈敏，移動位置精確。 3 總結(jié) 本文面向當(dāng)前Android 手持終端市場，充分考慮到了實際產(chǎn)品的需要，有針對性地提出了實現(xiàn)鼠標(biāo)的兩種不同方案：軟鼠標(biāo)和硬鼠標(biāo)，并指出了其優(yōu)缺點。這兩種方案根據(jù)不同的硬件平臺有不同的應(yīng)用。本文基于實際產(chǎn)品研發(fā)，項目中的芯片支持硬鼠標(biāo)功能，采用了硬鼠標(biāo)方案，產(chǎn)品具有一定的市場競爭力。 |
