1引言

大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)，僅提供幾個按鍵和像素點較少的LCD，同時處理器運算能力有限（如8/16位單片機），不宜運行商用的GUI圖形庫（如uC/GUI、miniGUI、QT等），但仍然得為用戶提供GUI功能。一個具有代表的硬件平臺如下，提供6個輸入按鍵：上移、下移、左移、右移、確定和取消；有一LCD，不限制物理尺寸與像素點數(shù)。如工業(yè)儀器需要設置參數(shù)一樣，GUI需要支持用戶輸入，本文為滿足這種需要設計圖形控件。

2圖形控件基類

面向?qū)ο笫?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/C++/" target="_blank">C++和JAVA之類的高級語言話題，在這里為什么需要用C語言來實現(xiàn)呢，原因在于嵌入式環(huán)境下往往不支持C++和JAVA語言，況且嵌入式工程師對C語言十分親切，減少了學習成本。圖形構(gòu)件因為其關聯(lián)性比較強（繼承），往往將數(shù)據(jù)和操作組織在一起（封裝），同時為高效實現(xiàn)經(jīng)常將異構(gòu)的控件統(tǒng)一操作（多態(tài)），基于面向?qū)ο髞韺崿F(xiàn)是順其自然的。[1]

下面結(jié)合圖形控件基類的設計探討C語言實現(xiàn)面向?qū)ο蟮脑怼?/p>

圖1圖形控件基類的設計

當我們用C語言將上述控件用結(jié)構(gòu)體來組織時，實際上就完成了封裝。這時，對一個對象的操作僅需要調(diào)用它的方法，如例1所示。

例1 設定義如下圖形控件基類

typedef struct _graphic_ctrl {……} GRAPHIC_CTRL;

定義一個圖形控件對象：GRAPHIC_CTRL stGCtrl;

可以操作這個對象的方法：gctrl_Create(&stGCtrl,NULL),這個方法根據(jù)對象的CtrlSort自動選擇對應的派生類的創(chuàng)建函數(shù)。

如果另外需要定義一個類，如文本輸入框，它除了繼承基類外，還有自己的屬性和方法，C語言的實現(xiàn)是將基類包含在子類的結(jié)構(gòu)體中，例２說明了繼承的實現(xiàn)。

例２文本輸入類繼承基類

typedef struct _text_edit

{

GRAPHIC_CTRL stGCtrl;

char *p_chBuf;?

……? ? /* Other attributes of TextEditor */

} TEXT_EDIT;

定義一個文本輸入框?qū)ο螅篢EXT_EDIT stTextEdit;它可以操作父類的方法，如gctrl_Create(&stTextEdit,NULL)。

一個按鈕和一個文本輸入框的回車響應動作是不同的，如何實現(xiàn)控件這種需求呢？改變它調(diào)用方法的實現(xiàn)細節(jié)，這就是多態(tài)的特性。

例3 重載RespBtn方法實現(xiàn)多態(tài)

void EnterBtn(void);??

void EnterTextEdit(void);

GRAPHIC_CTRL stBtn;

TEXT_EDIT stTextEdit;

ConstructBtn(&stBtn, EnterBtn);

ConstructTextEdit(&stTextEdit, EnterTextEdit);

現(xiàn)在，終于可以展現(xiàn)一下面向?qū)ο髱淼膬?yōu)勢了。設系統(tǒng)響應用戶的“回車”按鍵，軟件可以不考慮控件對象的類別而統(tǒng)一調(diào)用RespBtn ()方法，這就實現(xiàn)了軟件開發(fā)的精髓之一：高度抽象把復雜的事情簡單化，例4描述了這種統(tǒng)一操作。

例4 統(tǒng)一響應控件的回車操作

gctrl_RespBtn((GRAPHIC_CTRL *)&stBtn);

gctrl_RespBtn((GRAPHIC_CTRL *)&stTextEdit);

有了上述C語言實現(xiàn)面向?qū)ο蟮幕A后，我們再來考慮設計圖形控件就變得容易多了。

3按鈕

如右圖4個按鈕：

按鈕是簡單的控件，它直接繼承GRAPHIC_CTRL父類就能實現(xiàn)。當執(zhí)行Create()方法時，先將字符串打印在區(qū)域中間，后畫出一個矩形；Destroy()方法是空操作，不需要實現(xiàn)；執(zhí)行Active()方法時，將字符串和矩形區(qū)域反白顯示“上一頁”；Inactive()方法同Create()方法一樣，打印字符串和繪制矩形；RespBtn()方法中，它響應“確定”按鍵的具體動作，針對上/下/左/右方向按鍵它向調(diào)用者（如窗口）返回切換控件的消息；擴展的Enter()方法實現(xiàn)不同按鍵的“確定”動作響應，從而實現(xiàn)多態(tài)技術。

圖2按鍵類的設計

4下拉菜單

Create()方法創(chuàng)建的下拉選擇框如右圖，

除繪制矩形框和框內(nèi)字符串外，還需要打印框外的文本（定義為STATIC_TEXT），因而在類的屬性中需要添加STATIC_TEXT的指針。Active()方法表現(xiàn)的效果是“MU識別 MAC”，和按鈕激活的動作相似；Inactive()方法與Create()方法相同，Refresh()方法與Create()方法也相同。

在響應按鍵消息時就有區(qū)別了。如果“確定”鍵已經(jīng)被按下，那么控件將呈現(xiàn)圖3左邊的選擇項，這時需要計算是否有空間向下繪制選擇項（可能會超過LCD的下端），如果沒有空間將向上繪制選擇項。“上/下按鍵”可以操作選擇項，圖3右顯示了“下按鍵”操作的結(jié)果，因此也需要一個記錄上下鍵位置的數(shù)據(jù)。再次按下“確定”鍵完成選擇操作“MU識別 APPID”，如，而“取消”鍵隨時可以退出操作過程。

圖3下拉選擇項

如果“確定”鍵沒有被按下，“上/下/左/右按鍵”的響應簡單為向調(diào)用者（如窗口）返回切換控件的消息。

很明顯，響應按鍵操作需要一個狀態(tài)機，因此類的屬性中將添加BtnStat。

控件的Destroy()方法就變得繁忙了，它有三件事要干：首先向控件返回被選擇項的索引，如果是“確定”鍵將返回有效下標，如果是“取消”鍵將返回無效下標；其次清除選擇項繪制的整個區(qū)域；最后得把被選擇項區(qū)域破壞的其他控件恢復。

恢復被破壞的控件將是一個值得商榷的話題，理想的方法是先將被破壞的區(qū)域保存起來再予以恢復，但這種方法需要操作像素VRAM區(qū)，我們將采用這種方法。它的硬件實現(xiàn)原理是LCD的控件器一般都支持READ_LCD_DATA()操作，當指定特定區(qū)域的位置和大小后，就可以讀取該區(qū)域的像素數(shù)據(jù)并予以保存；軟件上需要實現(xiàn)類似“壓棧/彈?！钡牟僮?，棧的深度依賴于需要保存VRAM的遞歸次數(shù)。有了軟硬件的支持后，先把即將被破壞的區(qū)域予以壓棧保存，當需要恢復該區(qū)域時，調(diào)用彈棧函數(shù)恢復該區(qū)域。

總結(jié)下拉選擇框的類定義如圖4所示：

圖4下拉選擇框類的設計

5文本輸入框

右圖顯示了一個文本輸入框的實例：，

除去矩形框前后的靜態(tài)文本顯示外，它和按鈕的顯示是很相似的。

文本輸入框需要一緩沖區(qū)來存儲用戶的輸入，此外響應“確定”按鍵時調(diào)用軟鍵盤，當軟鍵盤退出時拷貝輸入的字符串，它還需要限定輸入字符串的個數(shù)，檢查輸入值的有效性，當輸入非法時需要提示正確的數(shù)值范圍。它的類定義如圖5所示。

圖5文本輸入框類的定義

6 軟鍵盤

圖6顯示了一個軟鍵盤的實例，它分為四部分：標題欄、輸入欄、操作集和選項集。標題欄顯示輸入對象的名稱；輸入欄顯示當前已經(jīng)輸入的文本集，光標可以在輸入字符的任意位置；操作集從左到右是：光標左移、光標右移、退格、下一頁和回車，光標左移和光標右移控制光標在輸入欄中進行移動，退格可以刪除光標前的字符，下一頁就是顯示下一頁選項集（如果有分頁），回車退出軟鍵盤并返回所輸入的字符串，選項集是用戶能進行選擇操作的字符集。

圖6軟鍵盤實例

當軟鍵盤Create()時，它從調(diào)用者的對象中獲取標題欄字符串，再根據(jù)選項集的數(shù)目計算頁數(shù)與行數(shù)；Destroy()方法與下拉選擇框相同，除清除自己外還需要通知刷新窗口內(nèi)的所有控件。RespBtn()方法依賴不同的按鍵操作：上/下按鍵修改行索引，左/右按鍵修改列索引，當索引被修改時，先注銷前一個選項（表現(xiàn)為失焦），后激活當前選項（表現(xiàn)為獲焦）。當前激活項是選項集時，“確定”按鍵將該選項的字符添加到輸入欄中；當前激活項是操作集時，“確定”按鍵執(zhí)行對應的操作?！叭∠卑存I可以隨時退出軟鍵盤。

軟鍵盤類的定義如圖7所示：

圖7軟鍵盤類的定義

7 圖形控件的使用

上述設計了4種常用的圖形控件，現(xiàn)在講解調(diào)用它們的一般方法。

首先需要為該圖形對象申明并開辟內(nèi)存，如：

static BTN s_stBC91MExit =

{

.stGCtrl =

{

.chID = BC91M_EXIT,

.chItemNum = 1,

.chSelIx = 0,

.nAddrX = CHAR_LEN * 33,

.nAddrY = BTN_CTRL_Y,

.nSizeW = BTN_CTRL_W,

.nSizeH = CHAR_WIDE,

.pp_chBtnStr = &a_strBC91MBtnStr[3],??

},

};

其次需要調(diào)用方法初始化該圖形對象，如下所示：

gctrl_ConsBtn(&s_stBC91MExit, BC91MBtnEnter);

創(chuàng)建窗口時也會調(diào)用控件的創(chuàng)建函數(shù)：

gctrl_Create(&s_stBC91MExit, NULL);

當用戶按鍵選中該按鈕時，gctrl_Active(&s_stBC91MExit, NULL)會被調(diào)用，以便于激活該對象；同樣，gctrl_Inactive(&s_stBC91MExit, NULL)用于注銷該對象；如果本按鈕是激活對象，那么任何用戶按鍵消息將會傳遞給它，即調(diào)用方法gctrl_RespBtn(&s_stBC91MExit,

&uRtn)；最后當窗口退出時會調(diào)用按鈕的銷毀方法，gctrl_Destroy(&s_stBC91MExit, NULL)。

7 結(jié)束語

本文設計的輕量級嵌入式圖形控件已經(jīng)在某工業(yè)控制產(chǎn)品中穩(wěn)定使用多年，該產(chǎn)品選用TRULY公司320x240像素的LCD。采用面向?qū)ο蟮脑O計，使軟件系統(tǒng)容易開發(fā)；簡單化的設計使系統(tǒng)異常穩(wěn)定；另外占用資源很少，這是商業(yè)GUI無法比擬的。需要了解LCD硬件連接與驅(qū)動以及窗口系統(tǒng)的實現(xiàn)，可以參見姊妹篇論文《一種輕量級嵌入式GUI設計》。

參 考 文 獻

[1] Steve McConnell. Code Complete. Second Edition. 金戈等譯。電子工業(yè)出版社，2006.3