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摘要：針對當前基于Android 平臺的電子產品的市場需求，以谷歌發布的Gingerbread 源碼為軟件平臺，以東南大學國家專用集成電路系統工程技術研究中心設計的基于國產CPU 的sep6200 芯片為硬件平臺，在分析Android 輸入系統框架的基礎上，設計并實現了軟件鼠標和硬件鼠標功能，方案設計靈活。對于手持終端設備來說，鼠標的支持大大提高了用戶的體驗性能，具有一定的市場應用價值。 隨著嵌入式系統產業的高速發展，智能手持終端設備的操作系統也越來越多樣化。目前市場上倍受廣大用戶青睞的是Google 的Android、微軟的WindowMobile、諾基亞的Symbian、RIM 的黑莓和蘋果的iOS。 Android 是Google 于2007 年11 月05 日宣布的基于Linux 平臺的開源手機操作系統的名稱，該平臺由操作系統、中間件、用戶界面和應用軟件組成。憑借開放源碼完全免費等特性，其在嵌入式領域異軍突起，如今占據智能手持終端設備領域的半壁江山。 以Android 系統為搭載平臺的電子產品越來越流行，特別是平板電腦的出現，使用戶對產品硬件配置和體驗性能方面的要求越來越高。而Android 本身提供的交互方式僅限于按鍵，觸摸屏和軌跡球，無法滿足用戶的需求。針對其輸入裝置的不足，本文實現了一種用戶熟悉的交互方式：鼠標，其無疑是最完美的人機交互方式。鼠標的實現使Android 系統應用在其他領域成為可能，并同時提高了Android產品的市場競爭力。 1 輸入系統 1. 1輸入系統驅動框架 如圖1 所示，Android 輸入系統中的驅動框架由事件處理層（Event Handler），核心層（Input Core）和驅動層（Input Driver）三部份組成。 Event Handler 用于用戶空間獲取輸入事件。用戶空間打開輸入設備的設備節點，然后對節點進行讀寫操作以獲得鼠標移動信息，或者鍵盤信息等等。這里對設備節點的文件操作函數就是由該層提供；Input driver 具體設備的驅動；Input Core 負責管理所有的資源并連接驅動層和事件處理層。 
圖1 輸入系統驅動框圖 1. 2 輸入系統上層框架隨著Android 系統的不斷升級，其輸入系統框架也發生變化，相對于2. 1 版本來說，Gingerbread 的輸入系統比較復雜，同時創建了三個線程，并用了匿名共享內存機制，且很多在Java 層的數據處理都放到了c++底層，然而這樣卻可以使性能明顯增加，節省系統資源。 如圖2 所示，WindowManagerService 創建了三個線程： InputReaderThread 通過EventHub 讀取輸入事件，并通過不同事件類型的InputMapper 進行數據處理，然后放到輸入事件隊列；InputDispatcherThread 將隊列中的輸入事件取出通過InputPublisher 放到匿名共享內存里；PolicyThread 管理當前窗口顯示等。
圖2 輸入系統上層框圖 InputPublisher 和InputCONsumer 通過InputChannel進行雙向通信。當InputPublisher 把輸入事件放到共享內存時會通知InputConsumer 有事件傳入，InputConsumer 收到通知后會從共享內存取出事件數據，通過InputQueue 傳給ViewRoot，ViewRoot 對事件進行分類后傳給當前具有焦點的View（Focus View）處理。InputConsumer 處理完事件后會通知InputPublisher 已處理完成，InputPublisher 接到通知后會開始向共享內存傳輸下一次輸入事件。2 鼠標實現 無論是軟鼠標還是硬鼠標，其實現機制都是一樣的。都需要讀取事件進行數據處理，唯一不同的是當實現鼠標移動時，軟鼠標是把鼠標坐標值傳給上層，而硬鼠標則是把鼠標坐標值傳給驅動。鼠標事件的讀取和處理過程的實現： （1）在EventHub 中對鼠標事件加鼠標類型標志位； （2） 在InputReader 中創建MouseInputMapper類，該類主要對鼠標的數據進行處理，主要成員函數定義如下：
編寫該類的成員函數，實現鼠標事件數據的處理，并把該類的實例化對象與鼠標事件對應起來。 這樣當輸入事件是鼠標事件時就可以調用對應的處理函數。 2. 1軟鼠標實現 上面已經實現了鼠標事件的處理，這里只要繪制鼠標并把把鼠標坐標傳給繪制的鼠標即可。 （1）在WindowManagerService 中繪制鼠標，并實現設置鼠標位置的函數；（2）從上面分析可知， 最終的事件會發送到ViewRoot 進行分類，所以在這里當輸入事件是鼠標事件時，利用進程間通信機制把鼠標的坐標值傳給鼠標，設置其正確位置。 2. 2硬鼠標實現 本文的硬件平臺sep6200 是一款定位于手持視頻播放設備、衛星導航產品的高性能芯片。其LCDC 支持16bpp、18bpp、24bpp 格式rgb 圖像顯示；支持yuv420、yuv422、yuv444 格式視頻圖像顯示；支持1080p 高清視頻輸出；支持HDMI 輸出接口；支持最多四層Overlay 透明顯示：基層（800× 600，24bpp/18bpp/16bpp rgb 圖像）， 覆蓋層1 （ 800 × 600，yuv422/420/424 視頻圖像）， 覆蓋層2 （800 × 600，24bpp/18bpp/16bpprgb 圖像）， 鼠標層（1bpp/2bpp圖像）。因此通過為鼠標層分配內存并實現相應的ioctl 操作即可實現硬件鼠標。下面介紹的是整個Overlay 驅動的實現，包括鼠標的實現。 2. 2. 1 Overlay 驅動實現 Overlay 驅動的核心結構體是platform_driver 和miscdevice，他們定義如下：
其中sep6200_overlay_fops 的定義如下：
結構體sep6200 _overlay_misc_device 用于為Overlay 創建一個字符設備節點以便與用戶空間通信，而sep6200_overlay_fops 是對該設備節點的操作函數，我們要對這個結構體進行填充并編寫所有與Overlay 相關的功能函數，以使Overlay 層能夠正常工作。 對于鼠標層來說最主要的是在sep6200_overlay_probe 中調用dma_alloc_writecombine（ ）為鼠標層分配內存以及在sep6200_overlay_ioctl 中實現兩個ioctl 操作： OVERLAY_SHOW_CURSOR顯示鼠標，即畫鼠標圖形并復制到上面分配的內存中。 OVERLAY_SETPOS_CURSOR設置鼠標位置。 2. 2. 2硬鼠標上層實現 鼠標驅動實現后，用戶空間就可以調用相應的接口操作實現鼠標功能。由于硬件鼠標的坐標值只需要傳給底層Overlay 驅動即可，所以主要是在上面已經實現好的MouseInputMapper 類的構造函數里調用OVERLAY_SHOW_CURSOR 顯示鼠標，在其成員函數sync （ nsecs _ t when） 處理數據之后調用OVERLAY_SETPOS_CURSOR 把鼠標坐標值傳給Overlay 驅動的鼠標層，配置相應的寄存器設置鼠標的位置，就可以實現硬鼠標的精確移動。 2. 3 軟鼠標和硬鼠標的對比 由上面實現可知，軟鼠標和硬鼠標的實現機制是一樣的：繪制鼠標和設置鼠標位置。但是軟鼠標由軟件來繪制，性能比較差，且消耗CPU 資源；而硬鼠標完全由硬件控制，性能高。通過實驗驗證，當玩大型游戲或者播放視頻時，軟鼠標反應遲鈍，有時幾乎不動，而硬鼠標則反應靈敏，移動位置精確。 3 總結 本文面向當前Android 手持終端市場，充分考慮到了實際產品的需要，有針對性地提出了實現鼠標的兩種不同方案：軟鼠標和硬鼠標，并指出了其優缺點。這兩種方案根據不同的硬件平臺有不同的應用。本文基于實際產品研發，項目中的芯片支持硬鼠標功能，采用了硬鼠標方案，產品具有一定的市場競爭力。 |
