郝士林 李方軍 朱永杰

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

vxworks系統(tǒng)具有高效的微內(nèi)核、可裁剪性、高可靠性、高穩(wěn)定性等優(yōu)點，被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療、軍事、航空航天等領(lǐng)域。隨著計算機硬件性能的提高，以前因硬件性能限制并不要求圖形界面的vxworks應用軟件也被越來越多的領(lǐng)域要求具備基本甚至復雜圖形功能。鑒于基于vxworks開發(fā)的軟件具備高實時性、高可靠性、支持圖形顯示、支持電子地圖等特點，目前軍品型號人機交互項目通常要求在vxworks操作系統(tǒng)進行設(shè)計實現(xiàn)。

vxworks操作系統(tǒng)在可靠性、實時性上滿足軟件設(shè)計要求。Windml作為風河公司的多媒體庫雖能提供對基本的圖元、視頻、音頻的支持，但自帶的控件不足以支撐復雜圖形界面的顯示[1]，如電子地圖中的圖形要素。為了實現(xiàn)復雜的圖形界面，往往會借助于當今比較成熟的vxworks圖形開發(fā)工具，DeltaGUI作為輕量級的嵌入式圖形開發(fā)包具有可靠性強、占用資源少、易移植等優(yōu)點，能很好的支持嵌入式圖形界面的開發(fā)，被廣泛應用于vxworks系統(tǒng)輕量級圖形開發(fā)上。

現(xiàn)在主流電子地圖都是在桌面地理信息系統(tǒng)工具Mapinfo中制作的完成，在嵌入式系統(tǒng)中并沒有專門的軟件或插件支持Mapinfo格式的電子地圖[2]，在Vxworks系統(tǒng)實現(xiàn)電子地圖功能首先需開發(fā)Mapinfo電子地圖文件讀取工具，對讀取的地圖信息進行顯示。

1 Mapinfo地圖文件的讀取

1.1 Mapinfo地圖數(shù)據(jù)格式[3-6]

Tab文件和MIF文件是Mapinfo地圖的主要存儲格式， 其中，Mapinfo的Tab數(shù)據(jù)存儲在屬性表結(jié)構(gòu)文件(.tab)與屬性數(shù)據(jù)文件(.dat)中，空間數(shù)據(jù)保存在空間數(shù)據(jù)文件(.map)中，兩者通過交叉索引文件(.id)聯(lián)系。

Mapinfo公司并沒有對外公布原始矢量形式存儲的數(shù)據(jù)格式，但其提供的地圖數(shù)據(jù)交換格式(MIF和MID)可以供開發(fā)人員做二次開發(fā)，該格式的空間數(shù)據(jù)以ASCII碼存儲，易生成且便于編譯。

MIF文件的內(nèi)容主要包括“頭文件區(qū)”和“數(shù)據(jù)區(qū)”，在“頭文件區(qū)”規(guī)定了地圖的版本信息、字符集、投影坐標類型及表的結(jié)構(gòu)；在“數(shù)據(jù)區(qū)”記錄了圖形的坐標和圖形屬性信息，包括點、文本、線、折線、區(qū)域、矩形、圓角矩形、橢圓、圓弧等；MID作為圖形屬性數(shù)據(jù)描述文件，對MIF文件中定義的圖形要素的屬性進行說明。

1.2 Mapinfo地圖數(shù)據(jù)的讀取

MapInfo軟件不能在vxworks系統(tǒng)下讀取MapInfo原始地圖數(shù)據(jù)，在vxworks系統(tǒng)下開發(fā)電子地圖，只能從mif和mid文件獲取地圖數(shù)據(jù)。地圖數(shù)據(jù)被存放在多個mif和mid文件，每個mif文件為一個圖層，圖形信息以圖元的形式存儲在mif圖層文件中，每個圖元的描述信息存儲在mid文件中，在程序設(shè)計時采用鏈表方式對文件信息進行存儲，根據(jù)mif文件格式定義圖元、圖層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體，典型的圖層結(jié)構(gòu)體采用鏈表形式，內(nèi)容包括點、線、折線、多邊形、區(qū)域、弧線等的屬性描述。

地圖讀取方法：打開第一個mif圖層文件，開辟內(nèi)存創(chuàng)建圖層鏈表指針，將圖層中的圖形數(shù)據(jù)和mid文件中圖形描述信息以鏈表的形式存放在圖層結(jié)構(gòu)體中，此圖層的圖元全部讀取完畢后，讀取下一個mif圖層文件，再次開辟內(nèi)存創(chuàng)建圖層鏈表指針，將新的圖層指針賦值給上一圖層結(jié)構(gòu)體中的下一圖層指針后，進行本圖層數(shù)據(jù)的讀取和存儲，以此類推完成所有文件的讀取，并將所有圖層的數(shù)據(jù)存在內(nèi)存變量中，地圖讀取的過程是通過C++封裝的地圖讀取類實現(xiàn)，圖1為電子地圖文件讀取流程圖。

圖1 地圖文件讀取流程圖

2 基于DeltaGUI地圖信息的顯示

2.1 DeltaGUI的顯示技術(shù)[7]

DeltaGUI實現(xiàn)作圖的原理是在系統(tǒng)內(nèi)存中分配一個與實際物理顯存相對應的虛擬顯示存儲空間，然后把虛擬顯示存儲空間的圖像數(shù)據(jù)更新到物理顯示存儲空間上以實現(xiàn)圖像的顯示。畫圖是把虛擬顯示存儲空間的圖像數(shù)據(jù)更新到物理顯示存儲空間的過程，實現(xiàn)圖形的刷新，這種顯示方式為脫屏緩沖，脫屏緩沖技術(shù)可最大限度的提高圖形顯示速度，減少圖形顯示時的閃爍。但出于效率和視覺考慮，在進行圖形數(shù)據(jù)更新時，可只更新發(fā)生變化的那塊區(qū)域的數(shù)據(jù)，這一區(qū)域被稱作為失效(無效)區(qū)域，若整個屏幕都發(fā)生變化，失效區(qū)域為整個屏幕。

2.2 電子地圖顯示功能的實現(xiàn)

電子地圖的顯示及相關(guān)操作由PPI顯示類實現(xiàn)，把內(nèi)存中的地圖數(shù)據(jù)通過圖形工具包DeltaGUI以圖層的方式進行畫圖。為了保證畫圖的高效性，只繪制虛擬顯存中失效矩形區(qū)域內(nèi)的圖元，當?shù)谝淮卫L圖時，失效區(qū)域為整個PPI屏幕，以后繪圖的失效區(qū)域是地圖或背景被覆蓋而需要重繪的矩形區(qū)域。

地圖縮放功能是響應雷達顯示量程的切換操作，根據(jù)切換后的量程自動切換地圖顯示范圍，當切換雷達顯示量程時，使整個矩形區(qū)域失效，按照電子地圖顯示流程，重新繪制地圖背景。

圖2 脫屏緩沖原理

圖3 電子地圖顯示流程圖

區(qū)域放大功能是將關(guān)心的區(qū)域放大至全屏，在需要放大的矩形區(qū)域左上角單擊鼠標左鍵不放，然后拖動鼠標至矩形區(qū)域右下角，釋放鼠標左鍵，矩形區(qū)域會放大到整個PPI屏幕，單擊鼠標右鍵恢復普通視圖。內(nèi)部處理過程：首先根據(jù)DeltaGUI反饋的鼠標左鍵按下、鼠標移動、鼠標左鍵抬起、鼠標右鍵抬起消息，判斷是否執(zhí)行了區(qū)域放大操作或恢復普通視圖操作；若是區(qū)域放大操作，根據(jù)選擇的矩形區(qū)域進行比例放大，并重新計算放大后的顯示中心屏幕坐標，使整個矩形區(qū)域失效，按畫圖的流程完成畫圖；若是恢復圖通視圖操作，則將區(qū)域放大模式恢復至普通模式。

2.3 實例說明

應用程序運行在單核CPU主頻1.1GHz，顯卡為intel Extreme Graphics2的單板機上。應用程序除了進行網(wǎng)絡(luò)任務(wù)、串口任務(wù)、圖形控件的操作與響應、鼠標鍵盤的操作與響應外，每40ms還進行一次屏幕刷新，刷新的主要內(nèi)容包括點跡、航跡、雜波、微表、地圖。圖4為電子地圖顯示效果圖、圖5為區(qū)域放大顯示效果圖，操作過程中，圖形界面無卡頓，其他任務(wù)及操作響應及時，表明這種基于DeltaGUI的顯示方法能實現(xiàn)地圖及雷達信息的顯示功能，經(jīng)過用戶長時間的使用，滿足可靠性和實時性的要求，且采用通用的C++語言實現(xiàn)，具有較強的移植性，可以應用在有相同需求的其他項目中。

圖4 電子地圖顯示效果圖

圖5 區(qū)域放大顯示效果圖

3 結(jié)束語

本文以某型雷達為背景，講述了在vxworks操作系統(tǒng)下電子地圖的實現(xiàn)方法，并在有限硬件平臺上實現(xiàn)電子地圖的顯示，最后成功應用在某在研型號項目中，提升了嵌入式系統(tǒng)實時性、可靠性、支和人機交互能力。該技術(shù)成果可在嵌入式指揮控制系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)中推廣，具有良好的應用前景。

參考文獻:

[1] 栗明,栗科峰.嵌入式圖形庫Windml中窗口控件的實現(xiàn)[J].數(shù)字技術(shù)與應用，2011(4)： 125-126.

[2] 翟艷磊,何祥宇,夏玉杰.嵌入式電子地圖設(shè)計中Mapinfo文件的讀取和顯示[J].現(xiàn)代計算機,2010(2): 122-125.

[3] 李旭升.MiniGUI的研究及在嵌入式車載導航系統(tǒng)中的應用[D].成都：西華大學，2009.

[4] 汪亞雷,余春暄.基于嵌入式Linux的Mapinfo格式地圖顯示[J].嵌入式操作系統(tǒng)應用,2006，22(10-2):185-186.

[5] 趙從欣.基于Mapinfo平臺的Mif/mid文件成圖方法[J].四川測繪,2003:28-32.

[6] 李杰,付夢印,鄧志紅.Mapinfo格式的地圖數(shù)據(jù)在嵌入式導航系統(tǒng)中的應用[J].計算機工程與應用，2003(13):214-217.

[7] 北京科銀京成技術(shù)有限公司.DeltaGUI技術(shù)白皮書3.0[C].2002.