嵌入式-图形-实验报告

图形用户接口一、实验目的（1）了解嵌入式系统图形界面的基本编程方法（2）学习图形库的制作二、实验原理（一）FrameBuffer显示屏的整个显示区域，在系统内会有一段存储空间与之对应。通过改变该存储空间的内容达到改变显示信息的目的。该存储空间被称为FrameBuffer,或显存。显示屏上的每一点都与FrameBuffer里的某一位置对应。所以，解决显示屏的显示问题，首先要解决的是FrameBuffer的大小以及屏上的每一像素与FrameBuffer的映射关系。影响空间大小的因素：由于FrameBuffer空间的计算大小是以屏幕的大小和显示模式决定的，所以显示模式（单色或彩色）、显示屏的性能、显示的需要均会影响FrameBuffer空间的大小。另外显示屏还有单屏幕、双屏幕两种工作模式：单屏幕模式代表屏幕的显示范围是整个屏幕，只需一个FrameBuffer和一个通道；双屏幕模式则将整个屏幕划分为两个部分，这两个部分各自有FrameBuffer，且他们的地址无需连续，并同时具有两个各自独立的通道将FrameBuffer的数据传送到显示屏。显示操作及映射连续性：由于FrameBuffer通常就是从内存空间分配所得，并且他是有连续的字节空间组成，屏幕的显示操作通常是从左到右逐点像素扫描，从上到下逐行扫描，直到扫描到右下角，然后再折返到左上角。又由于FrameBuffer里的数据是按地址递增的顺序被提取，所以屏幕上相邻的两像素被映射到FrameBuffer里是连续的，并且屏幕最左上角的像素对应FrameBuffer的第一空间单元，屏幕最右下角则对应最后一个单元空间。（二）FrameBuffer与色彩计算机反映自然界的颜色是通过RGB（Red-Green-Blue）值来表示的。如果要在屏幕某点显示某种颜色，则必须给出相应的RBG值。FrameBuffer是由所有像素的RGB值或RGB值的部分位所组成，本系统使用的16位/像素的模式下，FrameBuffer里的每个单元16位，每个单元代表一个像素的RGB值，如下图有了以上的分析，就可以用下面的计算公式FrameBufferSize=Width*Height*Bitperpixel/8计算FrameBuffer的大小（以字节为单位）。（三）LCD控制器D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0RRRRRGGGGGGBBBBB在FrameBuffer与显示屏之间还需要一个中间件，该中间件负责从FrameBuffer里提取数据，进行处理，并传输到显示屏上。PXA270处理器内部集成LCDC，他提供了一个从PXA270处理器到显示屏的接口，LCDC的作用是将FrameBuffer里的数据传输到LCDC的内部，然后经过处理，输出数据到LCD的输入引脚上。本实验系统使用的是16位TFTLCD，像素分辨率是640X480。（四）FrameBuffer操作FrameBuffer是一种驱动程序接口，这种接口将显示设备抽象为帧缓冲区。帧缓冲区为图像硬件设备提供了一种抽象化处理，它代表了一些视频硬件设备，允许应用软件通过定义明确的界面来访问图像硬件设备。于是，将帧缓冲区映射到进程地址空间之后，就可以直接进行读写和I/O控制等操作，而写操作可以立即显示在屏幕上。了解这个设备的参数可以通过FBIOGET_FSCREENINFO、FBIOGET_VSCREENINFO命令，从中可以获取显示器的色味、分辨率等信息（vinfo.bits_per_pixel、vinfo.xres、vinfo.yres）。三、实验内容（一）实现基本画图功能在FrameBuffer基础上编写画点、画线的API函数，供应用程序调用，实现任意曲线的画线功能。（二）合理的软件结构将调用设备驱动的基本API函数独立地构成一个函数库，为用户程序屏蔽底层硬件信息，直接提供一些简单的画图调用。函数库可以是独立编译后的“.o”文件或由归档管理器ar生成的库文件，或是将“.o”文件链接而承认那个的共享库“.so”。四、实验过程及相关程序（一）设备的初始化(LCD_INIT)FrameBuffer设备是/dev/fb（它通常是/dev/fb0），对于该设备的初始化包括设备的打开，通过ioctl函数获得设备的相关信息，计算FrameBuffer缓冲区的大小以及使用mmap函数获取FrameBuffer缓冲区的首地址。具体程序如下：fd=open(/dev/fb0,O_RDWR);//打开设备ioctl(fd,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo);//获取设备的相关信息printf(%dx%d,%dbpp\n,vinfo.xres,vinfo.yres,vinfo.bits_per_pixel);//打印相关信息screensize=vinfo.xres*vinfo.yres*vinfo.bits_per_pixel/8;//计算缓冲区大小fbp=(char*)mmap(0,screensize,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);//获取缓冲区首地址设备的初始化基本就结束了。（二）设备的关闭(LCD_END)设备关闭前获得的缓冲区应先被释放，接着关闭设备。具体程序如下：munmap(fbp,screensize);//缓冲区释放close(fd);//关闭设备（三）清屏操作(LCD_CLEAR)实验中的清屏操作，可通过memset(fbp,0,screensize)来实现，此时屏幕为黑色。（四）画图程序1.画点程序（draw_point）画点程序程序是整个画图实验的基础，其他的画图程序都是建立在画点程序上的。画点程序主要是解决两个问题：a、点的坐标；b、点的颜色。点的位置的获取，我们只需要知道该点相对于缓冲区首地址的偏移量即可。例如要在（x，y）处显示一个点，可通过下面的方法获取其偏移量：offset=(x+y*vinfo.xres)*vinfo.bits_per_pixel/8;在这之前，我们最好先对x和y的范围进行一个判断,即x和y的值不满足LCD屏坐标范围时，则对改点不进行操作，方这便我们下面的编程。if(x0||x639||y0||y479)return;而对于点得颜色，由于我们使用的LCD屏是16位色的，所以首先必须根据格式要求将RGB压缩到16位，再填充对应字节。相应的程序如下：color=(Red11)|((Green5)&0x07E0)|(Blue&0x1F)；*(unsignedchar*)(fbp+location+0)=color&0xFF；*(unsignedchar*)(fbp+location+1)=(color8)&0xFF。到此为止，一个完整的画点程序就完成了。其实，我们完全可以把画点的颜色也加入其中。在这里，我只列举了九种颜色，如果想要更多的颜色，可自行加入。intcolour_choose(intnum){intr,b,g;intcol;switch(num){case0:r=255;b=0;g=0;break;//redcase1:r=255;b=255;g=0;break;//yellowcase2:r=0;b=255;g=0;break;//greencase3:r=160;b=32;g=240;break;//purpiecase4:r=184;b=143;g=143;break;//rosecase5:r=0;b=0;g=255;break;//bluecase6:r=25;b=15;g=80;break;//case7:r=255;b=255;g=255;break;//writecase8:r=0;b=0;g=0;break;//black}col=(r11)|((g5)&0x07E0)|(b&0x1F);returncol;}把返回值送到上面画点程序中的color，这样颜色选择就完成了。为了使这个程序的实用性和兼容性能够得到提高，我在后来的实验中在这里做出了修改，由于我们现在所使用的LCD是16位色的，但是上面已经说到了，我们可以通过设备的初始化得到屏幕的基本信息。所以，如果得到的screensize中vinfo.bits_per_pixel为24位色的时候，我们画点程序应该做出修改。此时画点程序为：offset=(x+y*vinfo.xres)*vinfo.bits_per_pixel/8;*(unsignedchar*)(fbp+offset+0)=r;*(unsignedchar*)(fbp+offset+1)=g;*(unsignedchar*)(fbp+offset+2)=b;所以我们在画点之前先做一个判断。如果初始化屏幕得到16位色时，就用上面那个程序，若为24位色就用下面这个程序。2.划线程序（draw_line）有了画点程序后，画线程序就比较简单了。已知两个点，画一条连接这两点的直线，我们只许求出它们的斜率，得到直线方程，再通过for循环语句即可画出这条线。不过有两个地方必须要注意：a、当直线的斜率非常大的时候，这时候在屏幕上划出的点在Y轴方向上会断断续续，所以必须要改进，我们可以将斜率绝对值大于1和小于等于1这两种情况分开考虑，当斜率较大时，以Y轴为基准画X轴方向的点；当斜率较小时，以X轴为基准画Y轴方向的点。b、当直线斜率为0（即Y0=Y1）或无穷大时（即X0=X1）应特殊考虑，因为此时直线斜率不存在。相应的程序如下：voiddraw_line(intx1,inty1,intx2,inty2,intm){inti;floatj;if(x1==x2){if(y1=y2)for(i=y2;i=y1;i--)draw_point(x1,i,m);elsefor(i=y1;i=y2;i++)draw_point(x1,i,m);}elseif(y1==y2){if(x1=x2)for(i=x2;i=x1;i--)draw_point(y1,i,m);elsefor(i=x1;i=x2;i++)draw_point(y1,i,m);}else{j=(float)(y2-y1)/(float)(x2-x1);if(j1||j-1){j=(float)(x2-x1)/(float)(y2-y1);if(y1y2)for(i=y1;i=y2;i++)draw_point((int)((i-y1)*j+x1),i,m);elsefor(i=y1;i=y2;i--)draw_point((int)((i-y1)*j+x1),i,m);}else{if(x1x2)for(i=x1;i=x2;i++)draw_point(i,(int)((i-x1)*j+y1),m);elsefor(i=x1;i=x2;i--)draw_point(i,(int)((i-x1)*j+y1),m);}}}3.画圆程序（draw_circle）画圆程序其实也是来自于画点程序，一个圆由1000个点组成，而这1000个点正好满足同一个圆方程，这样由于各个点间隔非常小，所有看上去就是一个完整的圆了。相应的程序如下：voiddraw_circle(intR,intx0,inty0,intm){intx,y,i;for(i=0;i1000;i++){x=R*sin(2*PI/1000*i)+x0;y=R*cos(2*PI/1000*i)+y0;draw_point(x,y,m);}}画实心圆可以由上面的画圆程序得到，我们可以用一个for循环将圆的半径由0递增到所需要的实心圆半径R，这样一个半径为R的实心圆就能得到了。不过我们上面已经提到了，所画的圆其实是由1000个点组成的，说白了，它其实并不是一个真正的圆，这样，当我们将大量的圆和在一起组成一个实心圆时，实心圆内部会出现很多中心对称的黑色点，这其实就是由于一些点断断续续没有被着色到而造成的。有一个改进的方法就是，我们先选定实心圆的范