【正文】 標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的代碼映像，交叉調(diào)試器就是通過宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間的耦合實現(xiàn)前后臺調(diào)試。這種動態(tài)的鏈接與加載功能是Tornado系統(tǒng)的核心功能，可以使開發(fā)人員省去很多的開發(fā)步驟。Tornado就是為開發(fā)VxWorks應(yīng)用系統(tǒng)提供的界面友好的圖形化的集成開發(fā)環(huán)境。4）Socket和遠(yuǎn)程過程調(diào)用主要用于網(wǎng)絡(luò)間任務(wù)消息傳送，是任務(wù)間透明的網(wǎng)絡(luò)通信。 任務(wù)間全雙工信息傳送管道用VxWorks的I/O系統(tǒng)提供一種靈活的消息傳送機(jī)制，它受驅(qū)動器pipeDrv（VxWorks所提供）管理的虛擬I/O設(shè)備。2）信號量VxWorks信號量提供最快速的任務(wù)間通信機(jī)制，它主要用于解決任務(wù)間的互斥和同步。這種搶占禁止防止任務(wù)的切換，但對中斷處理不起作用。Wind內(nèi)核可通過調(diào)用taskLock()和taskUnlock（）來使調(diào)度器起作用和失效?；趦?yōu)先級的搶占式調(diào)度，它具有很多優(yōu)點。Wind內(nèi)核劃分優(yōu)先級為256級（0~255）。狀態(tài)遷移發(fā)生在應(yīng)用程序調(diào)用內(nèi)核功能服務(wù)的時候。在任務(wù)被重新執(zhí)行時，必須要恢復(fù)上下文。TCB包括了任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)、優(yōu)先級、要等待的事件或資源、任務(wù)程序碼的起始地址、初始堆棧指針等信息。l 任務(wù)管理VxWorks實時內(nèi)核Wind提供了基本的多任務(wù)環(huán)境。同時支持ANSIC標(biāo)準(zhǔn)，并通過ISO 9001的認(rèn)證。，同時也是POSIX組織的主要會員。VxWorks系統(tǒng)具有較好的可剪裁的能力，可剪裁的組件超過80個，用戶可以根據(jù)自己系統(tǒng)的功能目標(biāo)通過交叉開發(fā)環(huán)境方便地進(jìn)行配置。VxWorks的微內(nèi)核Wind是一個具有較高性能的、標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，其主要特點包括：快速多任務(wù)切換、搶占式任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間通信手段多樣化等。因此，從應(yīng)用軟件角度而言，VxWorks操作系統(tǒng)在各種CPU硬件平臺上可以提供統(tǒng)一的接口和一致的運(yùn)行特性，應(yīng)用程序無需做過多的改動就可以運(yùn)行在各種CPU上，為程序員提供了一致的開發(fā)、運(yùn)行環(huán)境，減少了重復(fù)勞動。21第二章 VxWorks操作系統(tǒng)及媒體庫WindML第二章 VxWorks操作系統(tǒng)及媒體庫WindML VxWorks深入研究 VxWorks概述[10]VxWorks是專門為實時嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的操作系統(tǒng)內(nèi)核。第四章：VxWorks系統(tǒng)GUI關(guān)鍵技術(shù)詳細(xì)介紹。分析了VxWorks系統(tǒng)及其實時微內(nèi)核Wind的特性，介紹了VxWorks的集成開發(fā)環(huán)境Tornado的幾個重要組件，最后詳細(xì)說明風(fēng)河公司提供的多媒體庫WindML，對其事件服務(wù)機(jī)制、主要API和利用它開發(fā)圖形等多媒體程序的詳細(xì)流程。本論文的安排如下：第一章：緒論。另外OpenGL頂部還設(shè)有實用程序庫，支持繪制二次曲線和曲面、nurbs曲線和曲面以及其它高級圖元。另外，各種流行的編程語言都可以調(diào)用OpenGL的庫函數(shù)，如：C、C++、Fortran、Ada、 Java。OpenGL被設(shè)計成獨(dú)立于硬件，獨(dú)立于窗口系統(tǒng)的，在運(yùn)行各種操作系統(tǒng)的各種計算機(jī)上都可用，并能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以客戶/服務(wù)器模式工作，其目的是將用戶從具體的硬件中解放出來，完全不用理解這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，只要按照規(guī)定的格式書寫應(yīng)用程序就可以在任何支持該語言的硬件平臺上執(zhí)行，是專業(yè)圖形處理、科學(xué)計算等高端應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫。 課題來源和意義本論文題目來源于實習(xí)工作中所進(jìn)行的“某星載儀表控制計算機(jī)”的項目。精確交互技術(shù)是指能用一種技術(shù)來完全說明用戶交互目的的交互方式，鍵盤和鼠標(biāo)器均需用戶精確輸入。2）支持3D建模。只要是面向人機(jī)交互的嵌入式產(chǎn)品，就涉及到文字或者圖形的輸出問題，人們與信息終端交互要求以GUI系統(tǒng)為中心的交互式界面。國內(nèi)的MiniGUI便是一款完善的輕量級圖形用戶界面支持系統(tǒng)。目前，OpenGL ES已經(jīng)推出了多個特征版本，OpenGL ES 面向功能固定的硬件所設(shè)計并提供加速支持、圖形質(zhì)量及性能標(biāo)準(zhǔn)。各大顯卡廠商，在其專業(yè)級別的顯卡產(chǎn)品上附帶了OpenGL開發(fā)包，甚至出品了自己成套的OpenGL圖形顯示解決方案，如ALT的GT3D Embedded Graphics Solution，這也成為目前在VxWorks下開發(fā)2D/3D圖形界面的一個主要方法。4）WindML與Tilcon結(jié)合Tilcon是目前最先進(jìn)的實時操作系統(tǒng)圖形開發(fā)工具，同步支持最新版本的Tornado/VxWorks以及WindML多媒體庫。不幸的是Zinc本身存在很多BUG，并且搭建Zinc開發(fā)環(huán)境需要給WindML和Tornado打補(bǔ)丁，對網(wǎng)卡也有一定要求，所以該方案已經(jīng)不再是VxWorks上圖形界面開發(fā)的最佳選擇。比較普遍使用的有以下幾種[6][7][8]：1）VxWorks上的媒體庫組件WindMLWindML是由Wind River公司提供的媒體庫，其中包含的UGL組件提供了顯示模式設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出和點線面作圖等函數(shù)，是VxWorks的GUI基礎(chǔ)。目前，MiniGUI可以在XWindows和Linux控制臺上運(yùn)行?？筛鶕?jù)項目需求進(jìn)行定制配置和編譯。l BMP，GIF，JPEG，PCX等常見圖像文件的支持。這包括：多個單獨(dú)線程中運(yùn)行的多窗口、單個線程中主窗口的附屬、對話框和預(yù)定義的控間類（按鈕、單行和多行編輯框、列表、進(jìn)度條、工具欄等)。為了獲得應(yīng)用程序的可移植性，許多廠家都試圖通過對X Window系統(tǒng)的緊縮開發(fā)，使之能夠在嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行。利用這種手段編寫的程序，無法將顯示邏輯和數(shù)據(jù)處理邏輯劃分開來，從而導(dǎo)致程序結(jié)構(gòu)不好，不便于調(diào)試，并導(dǎo)致大量的代碼重復(fù)。目前GUI的實現(xiàn)方法各有不同，分別有以下幾種方式[3]：1）某些大型廠商有能力自己開發(fā)滿足自身需要的GUI系統(tǒng)。最上層的是桌面管理系統(tǒng)，它是在圖形用戶界面基礎(chǔ)之上開發(fā)的應(yīng)用程序，實現(xiàn)人機(jī)交互的圖形化管理。它通常包括兩部分：一是編程工具，如函數(shù)集；二是對如何移動、輸出和讀取屏幕顯示信息的說明。操作系統(tǒng)之上的是顯示模型，它決定了圖形在屏幕上的基本顯示方式，即用位映射圖形顯示各種圖形對象的方式。桌面管理系統(tǒng)GUI用戶模型窗口模型顯示模型操作系統(tǒng)硬件平臺 圖形用戶界面系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，位于最底層的是計算機(jī)硬件平臺。在軟件的開發(fā)過程中，人機(jī)界面的工作量約占整個軟件開發(fā)工作量的40%——60%，人機(jī)界面的優(yōu)劣直接關(guān)系到軟件的成功和生存。 圖形用戶界面概述圖形用戶界面(Graphic User Interface)，簡稱為GUI，是一個軟件系統(tǒng)的圖形化的前端，使用圖形的方式借助菜單、按鈕等標(biāo)準(zhǔn)界面元素和鼠標(biāo)操作，接收用戶的輸入或其它系統(tǒng)的輸入，產(chǎn)生圖形輸出，幫助用戶和計算機(jī)之間進(jìn)行交互。2)WindowsCEMicrosoft公司的WinCE是從Windows 95發(fā)展而來，提供給開發(fā)人員一個熟悉的開發(fā)環(huán)境，但是在內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計中并未考慮適應(yīng)系統(tǒng)的高度可裁減性的要求，需要較大存儲空間，應(yīng)用程序也比較龐大，且在實時性方面較VxWorks略遜一籌。1) VxWorksVxWorks是美國Wind River System公司(WRS)推出的一個實時操作系統(tǒng)。隨著嵌入式系統(tǒng)中軟件比重不斷上升、應(yīng)用程序越來越大，對開發(fā)人員、應(yīng)用程序接口、程序檔案的組織管理成為一個大的課題，引入RTOS相當(dāng)于引入了一種新的管理模式。嵌入式實時操作系統(tǒng)（Embedded Real Time，RTOS）是實時系統(tǒng)的核心軟件，它嵌入在目標(biāo)代碼中，系統(tǒng)復(fù)位后首先執(zhí)行，它負(fù)責(zé)在硬件基礎(chǔ)之上，為應(yīng)用軟件建立一個功能更為強(qiáng)大的運(yùn)行環(huán)境，用戶的其他應(yīng)用程序都建立在RTOS之上，從這個意義上而言，可以認(rèn)為RTOS是一個虛擬機(jī)，它比底層硬件更容易編程。工業(yè)控制、武器系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域的多數(shù)嵌入式系統(tǒng)有一個共同的特性：對系統(tǒng)的響應(yīng)時間有嚴(yán)格要求，這些系統(tǒng)也被稱為實時系統(tǒng)。I目錄 基于OpenGL的VxWorks圖形用戶界面開發(fā)畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1 背景知識介紹 1 嵌入式實時系統(tǒng) 1 圖形用戶界面概述 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 嵌入式GUI的現(xiàn)狀 4 基于VxWorks的圖形解決方案 5 嵌入式GUI的發(fā)展趨勢 7 課題來源和意義 7 論文結(jié)構(gòu) 8第二章 VxWorks操作系統(tǒng)及媒體庫WindML 11 VxWorks深入研究 11 VxWorks概述[10] 11 VxWorks實時微內(nèi)核[11][12] 12 VxWorks集成開發(fā)環(huán)境Tornado 15 Tornado介紹[13][14] 15 交叉編譯環(huán)境 15 Tornado的組成 16 WindML媒體庫 18 WindML概述[16] 18 WindML事件服務(wù)機(jī)制 19 WindML2D圖形庫分析 19 WindML程序開發(fā)流程 21 本章小結(jié) 22第三章 OpenGL/Mesa及其在VxWorks下的移植 23 OpenGL/Mesa 23 OpenGL開發(fā)庫 23 OpenGL開發(fā)庫結(jié)構(gòu) 24 Mesa庫 28 OpenGL/Mesa庫的移植 29 工作概述 29 重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)的引入 29 使用改進(jìn)后的庫 31 編譯Mesa庫 32 搭建虛擬開發(fā)環(huán)境 33 本章小結(jié) 35第四章 VxWorks系統(tǒng)GUI關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn) 37 消息驅(qū)動機(jī)制 37 消息驅(qū)動機(jī)制實現(xiàn)原理 37 消息檢測任務(wù) 38 事件分發(fā)任務(wù) 38 中文顯示方案 39 中文顯示的基本原理 39 字庫文件格式 40 具體的實現(xiàn)方案 42 窗體管理 44 主窗口 44 對話框 45 控件 46 菜單 46 常用控件設(shè)計 47 本章小結(jié) 50第五章 工程應(yīng)用和效果測試 51 工程應(yīng)用 51 測試效果 51 普通圖形界面 51 3D圖形顯示 52 本章小結(jié) 53結(jié)束語 55致謝 57參考文獻(xiàn) 599第一章 緒論 第一章 緒論 背景知識介紹 嵌入式實時系統(tǒng)在計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，很多計算機(jī)已經(jīng)脫離了大型機(jī)和PC的概念，廣泛應(yīng)用的嵌入式計算機(jī)便是其中之一。當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)呈現(xiàn)出巨大的市場需求，小到照相機(jī)、電冰箱、移動電話，大到艦船、汽車、衛(wèi)星和火箭，涵蓋了工業(yè)控制、武器系統(tǒng)、航空航天、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。所以，其結(jié)果的正確性不僅與計算或控制的邏輯正確性有關(guān)，還與其時間特性有關(guān)。RTOS的引入，解決了嵌入式軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的難題。這些嵌入式操作系統(tǒng)各有各的特點。隨著近年來VxWorks操作系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的完善，提供了更加友善的開發(fā)界面和更加強(qiáng)大的模擬環(huán)境，并且改善了圖形產(chǎn)品開發(fā)中存在的不足，使VxWorks成為嵌入式系統(tǒng)中比較成熟和完善的產(chǎn)品。4)Palm OSPalm OS是由3COM公司開發(fā)的一種嵌入式操作系統(tǒng)，一般只用于PDA。隨著計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，人機(jī)界面的設(shè)計已成為軟件設(shè)計的重點。雖然不同的GUI系統(tǒng)因為其使用場合或服務(wù)目的的不同，具體實現(xiàn)互有差異，但是總結(jié)起來，一般在邏輯上可以分為三個基本的層次[2]：用戶模型、窗口模型和顯示模型。大多數(shù)GUI都只能在一兩種操作系統(tǒng)上運(yùn)行，只有少數(shù)產(chǎn)品例外。顯示模型之上的是窗口模型，它確定了窗口如何在屏幕上顯示和窗口的層次關(guān)系，例如菜單、對話框等。它主要包括兩部分：一是構(gòu)造用戶界面的工具，如工具箱和框架集，包括對高層界面構(gòu)件對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義和說明；二是定義在屏幕上組織各種圖形對象以及這些對象之間的行為規(guī)范和協(xié)議，即每個GUI用戶模型都應(yīng)當(dāng)說明它支持什么樣的窗口和什么樣的顯示方式，因為定義規(guī)范和建立工具集都必須針對具體的顯示模型和窗口模型。目前終端系統(tǒng)己經(jīng)開始廣泛采用32位處理器芯片，配置觸摸屏（或鼠標(biāo)）、鍵盤等多種輸入設(shè)備和LCD等圖象顯示設(shè)備，這為GUI在嵌入式系統(tǒng)上應(yīng)用提供了基礎(chǔ)硬件平臺。在上述手段中，第2種方法是一種臨時解決方案。XWindow系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，具有可擴(kuò)展性、可移植性等優(yōu)點，但該系統(tǒng)的龐大、累贅和低效率也是大家所共知的。2)MiniGUI[5]MiniGUI的主要特色有：l 提供了完備的多窗口機(jī)制。l 全拼、五筆等漢字輸入法支持。l 可配置。l 可移植性好。隨著硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件資源不再是一個制約的問題，同時為了提高系統(tǒng)的易用性，要求我們能夠開發(fā)出良好的圖形界面。將兩者結(jié)合，使用Zinc實現(xiàn)用戶界面，使用UGL庫函數(shù)圖畫實現(xiàn)圖形文字顯示。Motif是基于Xlib庫和Xt庫建立的更高層次的工具包，提供了交互的圖形組件庫，其中包括建立各種窗口組件的便利函數(shù)。5）OpenGL圖形開發(fā)包在VxWorks系統(tǒng)下開發(fā)3D圖形顯示，多數(shù)的采用的辦法都是基于OpenGL的軟件開發(fā)包。在OpenGL標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，OpenGL ES針對嵌入式系統(tǒng)硬件特點作了如下修改：刪除了冗余的API函數(shù)，保留一個精簡高效的子集；刪除了實現(xiàn)復(fù)雜和很少使用的函數(shù)；舍去部分?jǐn)?shù)據(jù)類型，加人少許數(shù)據(jù)類型；加人了定點運(yùn)算（對OpenGL ES Comm支持浮點和定點運(yùn)算，對OpenGL ES Commlite僅支持定點運(yùn)算）。6）其他開發(fā)方案作為一個應(yīng)用面非常廣泛的嵌入式實時操作系統(tǒng)，很多廠商意識到了VxWorks下圖形開發(fā)的廣闊市場，紛紛推出了各種圖形界面開發(fā)方案。由于在過去10年中，桌面操作模式取得了巨大成功，于是許多開發(fā)者在嵌入式設(shè)計中開始使用類似于桌面的操作系統(tǒng)。隨著虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算、可視化、多媒體技術(shù)以及硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式GUI將有如下幾個發(fā)展方向[9]：1）更加高效、可靠、可定制和小巧靈活，并具有很好的跨硬件平臺、跨操作系統(tǒng)可移植性的嵌入式GUI系統(tǒng)將是將來的一個重要方向。3）智能化。支持高的輸入帶寬，快速大批量地輸入信息以及對語音、圖像、姿勢等的輸入和理解也是今后的發(fā)展方向。最終，我們選用OpenGL開發(fā)