1．引言：
嵌入式系統功能的日益強大使得在嵌入式產品中包含圖形界面功能成為一種趨勢。但是嵌入式系統有著面向特定應用、實時、高效等特點，對系統資源的利用受自身條件的限制，對GUI有著輕型，高可靠性，高穩定性等要求。
高清數字電視解碼平臺HDTV SoC是由上海交通大學自行研究開發的，以數字電視機頂盒為應用背景的嵌入式單片系統。在硬件平臺構建和操作系統移植的基礎上，系統對友好的界面提出了更高的要求。在有限的系統資源和高效的實時性能等條件約束下，如何為該平臺提供GUI的支持成為了一個難點。
MiniGUI是一種面向實時嵌入式系統的輕量級圖形界面支持系統，具有小巧，高效，可移植性好等特點。針對HDTV SoC平臺的硬件特點和MiniGUI體系結構的特性，本文提出了移植MiniGUI來建立圖形界面的方法，并且通過實踐驗證了該方法的可行性。
2．HDTV SoC平臺和MiniGUI:
HDTV SoC 是用于高清數字電視信號接收端的解碼平臺。如圖1所示：該平臺包含以下功能模塊：傳輸流解復用(TSD)，系統控制,音頻解碼、視頻解碼，視頻處理，顯示后處理(OSD)，以及串口等外圍設備。視頻支持MPEG－II高清和標清解碼，音頻支持AAC、AC3、MP3、MP2格式。該系統內嵌兩顆MIPS CPU分別用作系統控制和音頻解碼, 設計時鐘為108MHz，含有32M SDRAM，8M FLASH。
在HDTV SoC平臺上建立圖形界面，需要分別利用串口模塊（UART）和顯示后處理模塊（OSD）作為輸入和輸出設備。充分而高效地將顯示后處理模塊(OSD)的功能與上層軟件有機結合是有效建立圖形界面的關鍵。
MiniGUI是一種針對嵌入式設備的，跨操作系統的輕量級圖形界面支持系統。作為操作系統和應用程序之間的中間件，MiniGUI隱藏了底層操作系統與硬件平臺的差別，為上層應用程序提供了一致的功能特性。
MiniGUI具有良好的軟件架構，通過可移植層（Portable Layer）將MiniGUI上層和底層操作系統隔離開來；可移植層可將特定操作系統及底層硬件的細節隱藏起來，而上層應用程序無需關心底層硬件平臺的輸入和輸出。作為國內廣泛應用的嵌入式圖形界面中間件產品，相對與其它嵌入式GUI系統，MiniGUI有以下優勢：1.輕型，占用資源少。2.高性能，高可靠性。3.可配置。4.可伸縮性強。5.跨操作系統支持
3．移植MiniGUI:
MiniGUI的體系結構可表示如下圖：
圖2 MiniGUI的體系結構
如圖3所示，MiniGUI從上到下包括應用程序，核心層，可移植層（圖形與輸入設備抽象層）以及輸入輸出設備層。其中，圖形引擎（GAL）和輸入引擎（IAL）一起構成可移植層。可移植層為上層提供了統一的輸入輸出的抽象接口，從而增強了MiniGUI的可移植性。移植MiniGUI主要是根據具體的硬件平臺對可移植層及以下各層作相應的修改，大致包括三方面工作。
首先，定制圖形引擎。MiniGUI可以支持包括SVGALib 和 LibGGI在內的多種圖形引擎，另外還自帶了基于framebuffer設備的私有圖形引擎。相對于其他圖形引擎，私有引擎專為Linux平臺上的MiniGUI而設計，有更好的性能和顯示效果，因此在Linux平臺上被廣泛采用。但是該引擎需要Linux內核中包含對顯示設備的framebuffer驅動的支持。針對HDTV SoC平臺，如果我們采用MiniGUI的私有圖形引擎，就需要在Linux內核中添加基于OSD硬件的framebuffer驅動程序。
其次，定制輸入引擎。不同的平臺在輸入引擎上差別較大。HDTV SoC平臺采用UART作為輸入設備，所以輸入引擎要基于UART，將UART得到的外部信息轉換為上層應用程序能夠理解和識別的信息格式。
最后，需要根據平臺特性和應用需求對MiniGUI進行功能配置。
我們將圖3中的圖形設備（Graphic Device）和輸入設備(Input Device)替換為具體的驅動程序及相應的硬件設備可得出MiniGUI在HDTV SoC平臺上實現的具體框圖如圖4所示：
經過以上分析之后，我們更加明確了移植所要做的工作，并且可進一步將整個移植過程分為三階段：第一，開發和調試基于OSD硬件的framebuffer驅動程序，并且調試圖形引擎，這是整個移植過程中最為關鍵的一步；第二，定制和調試基于UART設備的輸入引擎；第三，開發自己的應用程序，并且交叉編譯和配置整個MiniGUI。
首先，我們需要開發針對HDTV SoC 平臺上OSD硬件設備的framebuffer驅動程序。framebuffer機制定義了一組與顯示設備相關的數據結構和操作，對顯示設備的幀緩存進行了軟件抽象，為上層提供了統一的訪問接口，屏蔽了底層硬件的細節。應用程序對該組數據結構和操作進行訪問，就可以實現對不同顯卡硬件的訪問操作。減少依賴于顯卡的代碼量，同時增加了這部分代碼的可移植性。另外，framebuffer機制將顯存從內核空間映射到進程空間，實現進程空間對顯存的直接訪問，提高了顯示效率。
如果MiniGUI采用基于framebuffer設備的私有圖形引擎，首先需要在內核中添加framebuffer設備驅動。framebuffer設備的實現主要依賴于四個數據結構：
fb_fix_screeninfo用來表示與顯示設備無關的常值信息，這些信息在設備初始化時指定，應用程序可以通過借口函數來訪問這些信息，但是不允許改變它們。
fb_var_screeninfo用來表示與顯示設備無關的變量信息與特定顯示模式。應用程序可以調用相應的借口來訪問和修改這些信息。
fb_ops是供上層調用的一組函數接口。全部的framebuffer操作最后都要通過該接口來完成。
fb_info 是常規信息，API以及幀緩沖設備的底層信息。該結構只能被用于內核中，前面三個結構均可通過外部接口查看。
在驅動程序中實現了上述四個結構之后，一個簡單得framebuffer驅動程序即宣告完成。將該驅動程序作為模塊加載之后，就可以進行調試，直到輸出正常。
在framebuffer驅動程序完成之后，接下來需要定制輸入引擎。MiniGUI通過INPUT數據結構來表示輸入引擎。MiniGUI維護著一個由所有輸入引擎組成的輸入引擎數組，每個數組項對應著一個輸入引擎。如果該數組中沒有與該平臺對應的項，就需要在其中添加對應的輸入引擎。由于SoC平臺只能通過UART和用戶進行交互，所以輸入引擎以UART為基礎。通過把UART的消息轉換為鍵盤上相應的按鍵，再送給MiniGUI應用程序。
在圖形引擎和輸入引擎的定制完成之后，最后需要對MiniGUI的源代碼進行交叉編譯和安裝。到這里，整個移植工作基本結束。在此基礎上，我們還可以在MiniGUI平臺上開發自己的應用程序。
4．總結：
本文作者創新觀點：在SoC平臺上建立GUI界面需要充分考慮系統性能，資源以及GUI系統本身的資源消耗，移植開源軟件通常是最經濟，最簡便的辦法。移植工作主要是建立GUI系統與輸入輸出硬件的映射，在必要的時候需要根據GUI系統要求為底層硬件開發專用的驅動程序。由于MiniGUI在SoC芯片上的應用還比較少，所以本次移植工作不僅驗證了移植方法的可行性，對于如何為MiniGUI在機頂盒中的應用,以及對于如何在受到資源和性能約束的嵌入式系統中建立圖形界面，均具有一定的借鑒意義