嵌入式-圖形-實驗報告(共12頁)

1、圖形用戶接口1、 實驗?zāi)康模?） 了解嵌入式系統(tǒng)圖形界面的基本編程方法（2） 學習圖形庫的制作2、 實驗原理（1） Frame Buffer 顯示屏的整個顯示區(qū)域，在系統(tǒng)內(nèi)會有一段存儲空間與之對應(yīng)。通過改變該存儲空間的內(nèi)容達到改變顯示信息的目的。該存儲空間被稱為Frame Buffer,或顯存。顯示屏上的每一點都與Frame Buffer里的某一位置對應(yīng)。所以，解決顯示屏的顯示問題，首先要解決的是Frame Buffer的大小以及屏上的每一像素與Frame Buffer的映射關(guān)系。 影響空間大小的因素：由于Frame Buffer空間的計算大小是以屏幕的大小和顯示模式?jīng)Q定的，所以顯示模式（單色

2、或彩色）、顯示屏的性能、顯示的需要均會影響Frame Buffer空間的大小。另外顯示屏還有單屏幕、雙屏幕兩種工作模式：單屏幕模式代表屏幕的顯示范圍是整個屏幕，只需一個Frame Buffer和一個通道；雙屏幕模式則將整個屏幕劃分為兩個部分，這兩個部分各自有Frame Buffer，且他們的地址無需連續(xù)，并同時具有兩個各自獨立的通道將Frame Buffer的數(shù)據(jù)傳送到顯示屏。顯示操作及映射連續(xù)性：由于Frame Buffer通常就是從內(nèi)存空間分配所得，并且他是有連續(xù)的字節(jié)空間組成，屏幕的顯示操作通常是從左到右逐點像素掃描，從上到下逐行掃描，直到掃描到右下角，然后再折返到左上角。又由于Fram

3、e Buffer里的數(shù)據(jù)是按地址遞增的順序被提取，所以屏幕上相鄰的兩像素被映射到Frame Buffer里是連續(xù)的，并且屏幕最左上角的像素對應(yīng)Frame Buffer的第一空間單元，屏幕最右下角則對應(yīng)最后一個單元空間。（2） Frame Buffer 與色彩 計算機反映自然界的顏色是通過RGB（Red-Green-Blue）值來表示的。如果要在屏幕某點顯示某種顏色，則必須給出相應(yīng)的RBG值。Frame Buffer是由所有像素的RGB值或RGB值的部分位所組成，本系統(tǒng)使用的16位/像素的模式下，F(xiàn)rame Buffer里的每個單元16位，每個單元代表一個像素的RGB值，如下圖D15D14D13

4、D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0RRRRRGGGGGGBBBBB有了以上的分析，就可以用下面的計算公式FrameBufferSize=Width * Height * Bitperpixel/8計算Frame Buffer的大?。ㄒ宰止?jié)為單位）。（三）LCD控制器 在Frame Buffer與顯示屏之間還需要一個中間件，該中間件負責從Frame Buffer里提取數(shù)據(jù)，進行處理，并傳輸?shù)斤@示屏上。PXA270處理器內(nèi)部集成LCDC，他提供了一個從PXA270處理器到顯示屏的接口，LCDC的作用是將Frame Buffer里的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CDC的內(nèi)部，然后經(jīng)過處理，輸出

5、數(shù)據(jù)到LCD的輸入引腳上。本實驗系統(tǒng)使用的是16位TFT LCD，像素分辨率是640X480。（4） Frame Buffer 操作 Frame Buffer是一種驅(qū)動程序接口，這種接口將顯示設(shè)備抽象為幀緩沖區(qū)。幀緩沖區(qū)為圖像硬件設(shè)備提供了一種抽象化處理，它代表了一些視頻硬件設(shè)備，允許應(yīng)用軟件通過定義明確的界面來訪問圖像硬件設(shè)備。于是，將幀緩沖區(qū)映射到進程地址空間之后，就可以直接進行讀寫和I/O控制等操作，而寫操作可以立即顯示在屏幕上。了解這個設(shè)備的參數(shù)可以通過FBIOGET_FSCREENINFO、FBIOGET_VSCREENINFO命令，從中可以獲取顯示器的色味、分辨率等信息（vinfo

6、.bits_per_pixel、vinfo.xres、vinfo.yres）。3、 實驗內(nèi)容（1） 實現(xiàn)基本畫圖功能 在Frame Buffer 基礎(chǔ)上編寫畫點、畫線的API函數(shù)，供應(yīng)用程序調(diào)用，實現(xiàn)任意曲線的畫線功能。（二）合理的軟件結(jié)構(gòu) 將調(diào)用設(shè)備驅(qū)動的基本API函數(shù)獨立地構(gòu)成一個函數(shù)庫，為用戶程序屏蔽底層硬件信息，直接提供一些簡單的畫圖調(diào)用。函數(shù)庫可以是獨立編譯后的“.o”文件或由歸檔管理器 ar 生成的庫文件，或是將“.o”文件鏈接而承認那個的共享庫“.so”。四、實驗過程及相關(guān)程序（一）設(shè)備的初始化(LCD_INIT)Frame Buffer設(shè)備是/dev/fb（它通常是/dev/f

7、b0），對于該設(shè)備的初始化包括設(shè)備的打開，通過ioctl函數(shù)獲得設(shè)備的相關(guān)信息，計算Frame Buffer緩沖區(qū)的大小以及使用mmap函數(shù)獲取Frame Buffer緩沖區(qū)的首地址。具體程序如下：fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);/打開設(shè)備 ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);/獲取設(shè)備的相關(guān)信息 printf("%dx%d, %dbppn", vinfo.xres, vinfo.yres, vinfo.bits_per_pixel );/打印相關(guān)信息 screensize =

8、 vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8; /計算緩沖區(qū)大小fbp = (char *)mmap(0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED, fd, 0); /獲取緩沖區(qū)首地址設(shè)備的初始化基本就結(jié)束了。（二）設(shè)備的關(guān)閉(LCD_END)設(shè)備關(guān)閉前獲得的緩沖區(qū)應(yīng)先被釋放，接著關(guān)閉設(shè)備。具體程序如下：munmap(fbp,screensize); /緩沖區(qū)釋放close(fd);/關(guān)閉設(shè)備（三）清屏操作(LCD_CLEAR)實驗中的清屏操作，可通過memset(fbp,0,scre

9、ensize)來實現(xiàn)，此時屏幕為黑色。（4） 畫圖程序 1.畫點程序（draw_point） 畫點程序程序是整個畫圖實驗的基礎(chǔ)，其他的畫圖程序都是建立在畫點程序上的。畫點程序主要是解決兩個問題：a、點的坐標；b、點的顏色。 點的位置的獲取，我們只需要知道該點相對于緩沖區(qū)首地址的偏移量即可。例如要在（x，y）處顯示一個點，可通過下面的方法獲取其偏移量： offset = (x+y*vinfo.xres) * vinfo.bits_per_pixel/8;在這之前，我們最好先對x和y的范圍進行一個判斷,即x和y的值不滿足LCD屏坐標范圍時，則對改點不進行操作，方這便我們下面的編程。if(x<

10、0|x>639|y<0|y>479)return;而對于點得顏色，由于我們使用的LCD屏是16位色的，所以首先必須根據(jù)格式要求將RGB壓縮到16位，再填充對應(yīng)字節(jié)。相應(yīng)的程序如下： color =(Red << 11)|(Green<<5)&0x07E0)|(Blue&0x1F)； *(unsigned char *)(fbp +location+0) = color &0xFF；*(unsigned char *)(fbp +location+1) =(color>>8)&0xFF。到此為止，一個完整的畫點

11、程序就完成了。 其實，我們完全可以把畫點的顏色也加入其中。在這里，我只列舉了九種顏色，如果想要更多的顏色，可自行加入。int colour_choose(int num)int r,b,g;int col;switch(num)case 0:r=255;b=0;g=0;break; /redcase 1:r=255;b=255;g=0;break; /yellowcase 2:r=0;b=255;g=0;break; /greencase 3:r=160;b=32;g=240;break; /purpiecase 4:r=184;b=143;g=143;break; /rosecase 5:r

12、=0;b=0;g=255;break; /bluecase 6:r=25;b=15;g=80;break; /case 7:r=255;b=255;g=255;break; /writecase 8:r=0;b=0;g=0;break; /blackcol=(r<<11)|(g<<5)&0x07E0)|(b&0x1F);return col; 把返回值送到上面畫點程序中的color，這樣顏色選擇就完成了。 為了使這個程序的實用性和兼容性能夠得到提高，我在后來的實驗中在這里做出了修改，由于我們現(xiàn)在所使用的LCD是16位色的，但是上面已經(jīng)說到了，我們可以通過

13、設(shè)備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為24位色的時候，我們畫點程序應(yīng)該做出修改。此時畫點程序為： offset = (x+y*vinfo.xres) * vinfo.bits_per_pixel/8; *(unsigned char *)(fbp +offset+0) = r; *(unsigned char *)(fbp +offset+1) = g;*(unsigned char *)(fbp +offset+2) = b;所以我們在畫點之前先做一個判斷。如果初始化屏幕得到16位色時，就用上面那個程序，若為24位色

14、就用下面這個程序。 2.劃線程序（draw_line）有了畫點程序后，畫線程序就比較簡單了。已知兩個點，畫一條連接這兩點的直線，我們只許求出它們的斜率，得到直線方程，再通過for循環(huán)語句即可畫出這條線。不過有兩個地方必須要注意：a、當直線的斜率非常大的時候，這時候在屏幕上劃出的點在Y軸方向上會斷斷續(xù)續(xù)，所以必須要改進，我們可以將斜率絕對值大于1和小于等于1這兩種情況分開考慮，當斜率較大時，以Y軸為基準畫X軸方向的點；當斜率較小時，以X軸為基準畫Y軸方向的點。b、當直線斜率為0（即Y0=Y1）或無窮大時（即X0=X1）應(yīng)特殊考慮，因為此時直線斜率不存在。相應(yīng)的程序如下：void draw_lin

15、e(int x1,int y1,int x2,int y2,int m)int i;float j;if(x1=x2) if(y1>=y2)for(i=y2;i>=y1;i-) draw_point(x1,i,m);else for(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);else for(i=x1;i<=x2;i+) draw_point(y1,i,m);else j=(float)(y2-y1)/(flo

16、at)(x2-x1); if(j > 1 | j < -1)j=(float)(x2-x1)/(float)(y2-y1); if(y1<y2) for(i=y1;i<=y2;i+) draw_point(int)(i-y1)*j+x1),i,m);else for(i=y1;i>=y2;i-) draw_point(int)(i-y1)*j+x1),i,m); else if(x1<x2) for(i=x1;i<=x2;i+) draw_point(i,(int)(i-x1)*j+y1),m);else for(i=x1;i>=x2;i-) d

17、raw_point(i,(int)(i-x1)*j+y1),m); 3.畫圓程序（draw_circle）畫圓程序其實也是來自于畫點程序，一個圓由1000個點組成，而這1000個點正好滿足同一個圓方程，這樣由于各個點間隔非常小，所有看上去就是一個完整的圓了。相應(yīng)的程序如下：void draw_circle(int R,int x0,int y0,int m) int x,y,i;for(i=0;i<1000;i+) x=R*sin(2*PI/1000*i)+x0; y=R*cos(2*PI/1000*i)+y0; draw_point(x,y,m); 畫實心圓可以由上面的畫圓程序得到，我

18、們可以用一個for循環(huán)將圓的半徑由0遞增到所需要的實心圓半徑R，這樣一個半徑為R的實心圓就能得到了。不過我們上面已經(jīng)提到了，所畫的圓其實是由1000個點組成的，說白了，它其實并不是一個真正的圓，這樣，當我們將大量的圓和在一起組成一個實心圓時，實心圓內(nèi)部會出現(xiàn)很多中心對稱的黑色點，這其實就是由于一些點斷斷續(xù)續(xù)沒有被著色到而造成的。有一個改進的方法就是，我們先選定實心圓的范圍，再一個一個判斷屏幕上的點是否落在這個范圍之內(nèi)，如果是，則對其著色，反之則放棄著色。不過這必須對屏幕上所有的點都進行判斷，工作量大，所以本程序還有待提高。相應(yīng)的程序如下：void draw_shi_circle(int R,i

19、nt x0,int y0,int m) int x,y;for(x=0;x<=vinfo.xres;x+)for(y=0;y<vinfo.yres;y+)if(x-x0)*(x-x0)+(y-y0)*(y-y0)<=R*R)draw_point(x,y,m); 4.畫旋轉(zhuǎn)五角星程序（draw_star）畫五角心其實就是先求出五角星五個角所相對應(yīng)的坐標值，再把這些點連接起來。而讓五角星旋轉(zhuǎn)的話，我們只要讓這五個點沿著一個角度偏移就可以了，期間再延遲一段時間并刷一下屏即可。相應(yīng)的程序如下：void draw_star(int l, int x0, int y0) float x1

20、, y1; float x2, y2; float x3, y3; float x4, y4; float x5, y5; int i; for(i=0;i<360;i=i+30) x1 = x0 + l * sin(PI * 0 + PI * i)/180); y1 = y0 + l * cos(PI * 0 + PI * i)/180); x2 = x0 + l * sin(PI * 72 + PI * i)/180); y2 = y0 + l * cos(PI * 72 + PI * i)/180); x3 = x0 + l * sin(PI * 144 + PI * i)/180

21、); y3 = y0 + l * cos(PI * 144 + PI * i)/180); x4 = x0 + l * sin(PI * 216 + PI * i)/180); y4 = y0 + l * cos(PI * 216 + PI * i)/180); x5 = x0 + l * sin(PI * 288 + PI * i)/180); y5 = y0 + l * cos(PI * 288 + PI * i)/180); draw_line(x3,y3,x5,y5); draw_line(x1,y1,x3,y3); draw_line(x1,y1,x4,y4); draw_line(

22、x2,y2,x4,y4); draw_line(x2,y2,x5,y5); usleep(1000000);lcd_clear(); 5.畫振動的正弦波（draw_zhenxian）這個程序的原理和上面基本相似，所以不再做具體的解釋。相應(yīng)的程序如下：void draw_zhenxian(int u,int m)long int i,j,y; for(j=u;j>=0;j-)for(i=0;i<640;i+)y=j*sin(PI*i/80)+240;draw_point(i,y,m);usleep(10000);lcd_clear(); 6.畫正十二邊形（draw_dodecagon

23、）這個程序是實現(xiàn)畫正十二邊形，由于我準備能在屏幕上模擬一個鐘表，這個十二邊形的每個頂點正好是12個整點值。相應(yīng)程序如下：void draw_dodecagon(int x0,int y0,int R,int m)int x12,y12;int i=0;for (i=0;i<12;i+)xi = x0 + R*cos(i*PI/6);yi = y0 + R*sin(i*PI/6);for (i=0;i<11;i+)draw_line(xi,yi,xi+1,yi+1,m);draw_line(x11,y11,x0,y0,m); 7畫鐘表程序（draw_clock） 其實這個程序本身并不

24、煩，我先在屏幕上畫了一個實心圓，用于做鐘表的表盤。然后再調(diào)用劃線函數(shù)，畫三條直線，不過三條直線的長度各不相同，分別做時針、分針和秒針，并且它們都延時一段時間然后移動到下一個位置。同時，它們原來的位置會被和表盤相同顏色的直線蓋住。這樣，我們就會看到一個時鐘顯示在屏幕上。具體程序如下：void draw_clockline(int x0,int y0)int clock_x_miao,clock_y_miao,clock_x_fen,clock_y_fen,clock_x_shi,clock_y_shi,i;int l=180;for(i=0;i<3600;i+)clock_x_fen=x0

25、+l*sin(i*PI/1800)/1.2;clock_y_fen=y0-l*cos(i*PI/1800)/1.2;clock_x_shi=x0+l*sin(i*PI/108000)/1.5;clock_y_shi=y0-l*cos(i*PI/108000)/1.5;clock_x_miao=x0+l*sin(i*PI/30);clock_y_miao=y0-l*cos(i*PI/30);draw_line(x0,y0,clock_x_shi,clock_y_shi);draw_line(x0,y0,clock_x_miao,clock_y_miao);draw_line(x0,y0,cloc

26、k_x_fen,clock_y_fen);usleep(1000000);draw_line_one(x0,y0,clock_x_miao,clock_y_miao);draw_line_one(x0,y0,clock_x_fen,clock_y_fen);draw_line_one(x0,y0,clock_x_shi,clock_y_shi);void draw_clock()draw_shi_circle(190,320,240);draw_dodecagon(320,240,200);由于這個程序是一個死循環(huán)，所以最好在后臺操作。但是如果把程序送到后臺時，鍵盤輸入就會不起作用。因此，我并

27、沒有把這段程序放到動態(tài)庫之中。但是，在之前的調(diào)試中，這個程序能夠顯示，并且達到了我想要的效果。 8.主函數(shù)（main）由于我們所需要的畫圖程序以及設(shè)備驅(qū)動程序等都已經(jīng)在子函數(shù)中給出了，所以主函數(shù)的任務(wù)就是調(diào)用子函數(shù)來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。在這里，為了能夠?qū)⒆雍瘮?shù)的功能一一顯示出來，我在這里用了一個switch的結(jié)構(gòu)，我們在鍵盤上輸入0-5之間的任意數(shù)字，主函數(shù)就做出相應(yīng)的選擇，LCD屏上也會出現(xiàn)相應(yīng)的圖形，當輸入數(shù)字為9時，程序結(jié)束。當輸入完成0-5之間的選擇后，此時，我們就可以輸入相應(yīng)圖形的信息，比如畫圓時，我們就輸入圓的半徑和圓心得位置，劃線則輸入直線的兩個端點。最后，我們再輸入0-8之間的一個

28、數(shù)，完成顏色的選擇。這樣，整個程序就完成了。我們可以實現(xiàn)圖形形狀可選，所在位置可選，顏色可選等功能。功能相對比較強大。相應(yīng)的程序如下：int main()int c=0;int x1=0,x2=0,y1=0,y2=0,r=0,m=0;lcd_init();while(c!=9)scanf("%d",&c);switch(c)case 0:lcd_clear();printf("Draw the line :");scanf("%d %d %d %d %d",&x1,&y1,&x2,&y2,&am

29、p;m);draw_line(x1,y1,x2,y2,m);break;case 1:lcd_clear();printf("Draw the line :");scanf("%d %d %d %d %d",&x1,&y1,&x2,&y2,&m);draw_line(x1,y1,x2,y2,m);break;case 2:lcd_clear();printf("Draw the circle :");scanf("%d %d %d %d ",&r,&x1,&a

30、mp;y1,&m);draw_circle(r,x1,y1,m);break;case 3:lcd_clear();printf("Draw the solid_circle :");scanf("%d %d %d %d ",&r,&x1,&y1,&m);draw_shi_circle(r,x1,y1,m);break;case 4:lcd_clear();printf("Draw the zhenxianbo :");scanf("%d %d",&x1,&m

31、);draw_zhenxian(x1,m);break;case 5:lcd_clear();printf("Draw the dodecagon :");scanf("%d %d %d %d ",&x1,&y1,&r,&m);draw_dodecagon(x1,y1,r,m);break;default:printf("Wrongn"); （5）顯示一幅圖片圖片有jpg、bmp、tiff等格式，本實驗中采用bmp格式的圖片作為顯示樣本。采用bmp格式圖片的原因如下：這種格式的圖片包含的圖像信息較豐富，

32、幾乎不進行壓縮。圖像信息包含三個方面：文件信息頭、位圖信息頭、RGB顏色陣列。文件信息頭和位圖信息頭分別占用了14、40個字節(jié)，RGB顏色陣列從第55個字節(jié)開始。因此只需要從第55個字節(jié)開始讀取圖片的顏色信息，并將其存儲于內(nèi)存空間中，再將存儲的信息顯示在顯示屏上即可。但是有一個需要注意的地方是，圖片也分成16位色和24位色的。對于這兩種圖片，顯示的時候必須分開考慮。我們可以先通過一個函數(shù)來讀取圖片的信息，再進行下一步操作。具體程序如下：int show_bmp( char *bmpfile ) FILE *fp; int rc; int ciBitCount, ciWidth, ciHeigh

33、t; int line_x, line_y; long int location = 0, BytesPerLine = 0; char tmp1024*10; fp = fopen("./hhh.bmp", "rb" ); if (fp = NULL) return( -1 ); rc = fread( &FileHead, sizeof(BITMAPFILEHEADER),1, fp ); if ( rc != 1) printf("read header error!n"); fclose( fp ); return(

34、-2 ); if (memcmp(FileHead.cfType, "BM", 2) != 0) printf("it's not a BMP filen"); fclose( fp ); return( -3 ); rc = fread( (char *)&InfoHead, sizeof(BITMAPINFOHEADER),1, fp ); if ( rc != 1) printf("read infoheader error!n"); fclose( fp ); return( -4 ); ciWidth = (

35、int) chartolong( InfoHead.ciWidth, 4 ); ciHeight = (int) chartolong( InfoHead.ciHeight, 4 ); ciBitCount = (int) chartolong( InfoHead.ciBitCount, 4 );fseek(fp, (int)chartolong(FileHead.cfoffBits, 4), SEEK_SET);BytesPerLine = (ciWidth * ciBitCount + 31) / 32 * 4; printf("width=%d, height=%d, bitC

36、ount=%d, offset=%dn", ciWidth, ciHeight, ciBitCount, (int)chartolong(FileHead.cfoffBits, 4); line_x = 0;line_y = 0;while(!feof(fp)PIXEL pix;unsigned short int tmp;rc = fread( (char *)&pix, 1, sizeof(unsigned short int), fp );if (rc != sizeof(unsigned short int) ) break; location = line_x *

37、bits_per_pixel / 8 + (ciHeight - line_y - 1) * xres * bits_per_pixel / 8;tmp=pix.red<<11 | pix.green<<6 | pix.blue;*(unsigned short int*)(fbp + location) = tmp; location = (line_x+line_y*vinfo.xres) * vinfo.bits_per_pixel/8; tmp =(r << 11)|(g<<5)&0x07E0)|(b&0x1F); *(unsigned char *)(fbp +location+0) = tmp &0xFF; *(unsigned char *)(fbp +location+1) =(tmp>>8)&0xFF;line_x+;if (line_x = ciWidth )line_x = 0;line_y+;if(line_y=ciHeight-1)break; fclose( fp ); return( 0 );long chartolong( char * string, int length ) long number; if (length <