1引言

大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)，僅提供幾個(gè)按鍵和像素點(diǎn)較少的LCD，同時(shí)處理器運(yùn)算能力有限（如8/16位單片機(jī)），不宜運(yùn)行商用的GUI圖形庫(kù)（如uC/GUI、miniGUI、QT等），但仍然得為用戶(hù)提供GUI功能。一個(gè)具有代表的硬件平臺(tái)如下，提供6個(gè)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(diǎn)數(shù)。如工業(yè)儀器需要設(shè)置參數(shù)一樣，GUI需要支持用戶(hù)輸入，本文為滿(mǎn)足這種需要設(shè)計(jì)圖形控件。

2圖形控件基類(lèi)

面向?qū)ο笫?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/C++/" target="_blank">C++和JAVA之類(lèi)的高級(jí)語(yǔ)言話(huà)題，在這里為什么需要用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)呢，原因在于嵌入式環(huán)境下往往不支持C++和JAVA語(yǔ)言，況且嵌入式工程師對(duì)C語(yǔ)言十分親切，減少了學(xué)習(xí)成本。圖形構(gòu)件因?yàn)槠潢P(guān)聯(lián)性比較強(qiáng)（繼承），往往將數(shù)據(jù)和操作組織在一起（封裝），同時(shí)為高效實(shí)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?lái)實(shí)現(xiàn)是順其自然的。[1]

下面結(jié)合圖形控件基類(lèi)的設(shè)計(jì)探討C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮脑怼?/p>

圖1圖形控件基類(lèi)的設(shè)計(jì)

當(dāng)我們用C語(yǔ)言將上述控件用結(jié)構(gòu)體來(lái)組織時(shí)，實(shí)際上就完成了封裝。這時(shí)，對(duì)一個(gè)對(duì)象的操作僅需要調(diào)用它的方法，如例1所示。

例1 設(shè)定義如下圖形控件基類(lèi)

typedef struct _graphic_ctrl {……} GRAPHIC_CTRL;

定義一個(gè)圖形控件對(duì)象：GRAPHIC_CTRL stGCtrl;

可以操作這個(gè)對(duì)象的方法：gctrl_Create(&stGCtrl,NULL),這個(gè)方法根據(jù)對(duì)象的CtrlSort自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的派生類(lèi)的創(chuàng)建函數(shù)。

如果另外需要定義一個(gè)類(lèi)，如文本輸入框，它除了繼承基類(lèi)外，還有自己的屬性和方法，C語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)是將基類(lèi)包含在子類(lèi)的結(jié)構(gòu)體中，例２說(shuō)明了繼承的實(shí)現(xiàn)。

例２文本輸入類(lèi)繼承基類(lèi)

typedef struct _text_edit

{

GRAPHIC_CTRL stGCtrl;

char *p_chBuf;?

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

} TEXT_EDIT;

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

一個(gè)按鈕和一個(gè)文本輸入框的回車(chē)響應(yīng)動(dòng)作是不同的，如何實(shí)現(xiàn)控件這種需求呢？改變它調(diào)用方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，這就是多態(tài)的特性。

例3 重載RespBtn方法實(shí)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?lái)的優(yōu)勢(shì)了。設(shè)系統(tǒng)響應(yīng)用戶(hù)的“回車(chē)”按鍵，軟件可以不考慮控件對(duì)象的類(lèi)別而統(tǒng)一調(diào)用RespBtn ()方法，這就實(shí)現(xiàn)了軟件開(kāi)發(fā)的精髓之一：高度抽象把復(fù)雜的事情簡(jiǎn)單化，例4描述了這種統(tǒng)一操作。

例4 統(tǒng)一響應(yīng)控件的回車(chē)操作

gctrl_RespBtn((GRAPHIC_CTRL *)&stBtn);

gctrl_RespBtn((GRAPHIC_CTRL *)&stTextEdit);

有了上述C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)后，我們?cè)賮?lái)考慮設(shè)計(jì)圖形控件就變得容易多了。

3按鈕

如右圖4個(gè)按鈕：

按鈕是簡(jiǎn)單的控件，它直接繼承GRAPHIC_CTRL父類(lèi)就能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)執(zhí)行Create()方法時(shí)，先將字符串打印在區(qū)域中間，后畫(huà)出一個(gè)矩形；Destroy()方法是空操作，不需要實(shí)現(xiàn)；執(zhí)行Active()方法時(shí)，將字符串和矩形區(qū)域反白顯示“上一頁(yè)”；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(yīng)“確定”按鍵的具體動(dòng)作，針對(duì)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(kuò)展的Enter()方法實(shí)現(xiàn)不同按鍵的“確定”動(dòng)作響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)多態(tài)技術(shù)。

圖2按鍵類(lèi)的設(shè)計(jì)

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(lèi)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(shí)別 MAC”，和按鈕激活的動(dòng)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(yīng)按鍵消息時(shí)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(xiàng)，這時(shí)需要計(jì)算是否有空間向下繪制選擇項(xiàng)（可能會(huì)超過(guò)LCD的下端），如果沒(méi)有空間將向上繪制選擇項(xiàng)。“上/下按鍵”可以操作選擇項(xiàng)，圖3右顯示了“下按鍵”操作的結(jié)果，因此也需要一個(gè)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(shí)別 APPID”，如，而“取消”鍵隨時(shí)可以退出操作過(guò)程。

圖3下拉選擇項(xiàng)

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

很明顯，響應(yīng)按鍵操作需要一個(gè)狀態(tài)機(jī)，因此類(lèi)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(xiàng)的索引，如果是“確定”鍵將返回有效下標(biāo)，如果是“取消”鍵將返回?zé)o效下標(biāo)；其次清除選擇項(xiàng)繪制的整個(gè)區(qū)域；最后得把被選擇項(xiàng)區(qū)域破壞的其他控件恢復(fù)。

恢復(fù)被破壞的控件將是一個(gè)值得商榷的話(huà)題，理想的方法是先將被破壞的區(qū)域保存起來(lái)再予以恢復(fù)，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(shí)現(xiàn)原理是LCD的控件器一般都支持READ_LCD_DATA()操作，當(dāng)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?cái)?shù)據(jù)并予以保存；軟件上需要實(shí)現(xiàn)類(lèi)似“壓棧/彈棧”的操作，棧的深度依賴(lài)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(dāng)需要恢復(fù)該區(qū)域時(shí)，調(diào)用彈棧函數(shù)恢復(fù)該區(qū)域。

總結(jié)下拉選擇框的類(lèi)定義如圖4所示：

圖4下拉選擇框類(lèi)的設(shè)計(jì)

5文本輸入框

右圖顯示了一個(gè)文本輸入框的實(shí)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(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)的輸入，此外響應(yīng)“確定”按鍵時(shí)調(diào)用軟鍵盤(pán)，當(dāng)軟鍵盤(pán)退出時(shí)拷貝輸入的字符串，它還需要限定輸入字符串的個(gè)數(shù)，檢查輸入值的有效性，當(dāng)輸入非法時(shí)需要提示正確的數(shù)值范圍。它的類(lèi)定義如圖5所示。

圖5文本輸入框類(lèi)的定義

6 軟鍵盤(pán)

圖6顯示了一個(gè)軟鍵盤(pán)的實(shí)例，它分為四部分：標(biāo)題欄、輸入欄、操作集和選項(xiàng)集。標(biāo)題欄顯示輸入對(duì)象的名稱(chēng)；輸入欄顯示當(dāng)前已經(jīng)輸入的文本集，光標(biāo)可以在輸入字符的任意位置；操作集從左到右是：光標(biāo)左移、光標(biāo)右移、退格、下一頁(yè)和回車(chē)，光標(biāo)左移和光標(biāo)右移控制光標(biāo)在輸入欄中進(jìn)行移動(dòng)，退格可以刪除光標(biāo)前的字符，下一頁(yè)就是顯示下一頁(yè)選項(xiàng)集（如果有分頁(yè)），回車(chē)退出軟鍵盤(pán)并返回所輸入的字符串，選項(xiàng)集是用戶(hù)能進(jìn)行選擇操作的字符集。

圖6軟鍵盤(pán)實(shí)例

當(dāng)軟鍵盤(pán)Create()時(shí)，它從調(diào)用者的對(duì)象中獲取標(biāo)題欄字符串，再根據(jù)選項(xiàng)集的數(shù)目計(jì)算頁(yè)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(lài)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(dāng)索引被修改時(shí)，先注銷(xiāo)前一個(gè)選項(xiàng)（表現(xiàn)為失焦），后激活當(dāng)前選項(xiàng)（表現(xiàn)為獲焦）。當(dāng)前激活項(xiàng)是選項(xiàng)集時(shí)，“確定”按鍵將該選項(xiàng)的字符添加到輸入欄中；當(dāng)前激活項(xiàng)是操作集時(shí)，“確定”按鍵執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作?！叭∠卑存I可以隨時(shí)退出軟鍵盤(pán)。

軟鍵盤(pán)類(lèi)的定義如圖7所示：

圖7軟鍵盤(pán)類(lèi)的定義

7 圖形控件的使用

上述設(shè)計(jì)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(duì)象申明并開(kāi)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(duì)象，如下所示：

gctrl_ConsBtn(&s_stBC91MExit, BC91MBtnEnter);

創(chuàng)建窗口時(shí)也會(huì)調(diào)用控件的創(chuàng)建函數(shù)：

gctrl_Create(&s_stBC91MExit, NULL);

當(dāng)用戶(hù)按鍵選中該按鈕時(shí)，gctrl_Active(&s_stBC91MExit, NULL)會(huì)被調(diào)用，以便于激活該對(duì)象；同樣，gctrl_Inactive(&s_stBC91MExit, NULL)用于注銷(xiāo)該對(duì)象；如果本按鈕是激活對(duì)象，那么任何用戶(hù)按鍵消息將會(huì)傳遞給它，即調(diào)用方法gctrl_RespBtn(&s_stBC91MExit,

&uRtn)；最后當(dāng)窗口退出時(shí)會(huì)調(diào)用按鈕的銷(xiāo)毀方法，gctrl_Destroy(&s_stBC91MExit, NULL)。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的輕量級(jí)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(shè)計(jì)，使軟件系統(tǒng)容易開(kāi)發(fā)；簡(jiǎn)單化的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)異常穩(wěn)定；另外占用資源很少，這是商業(yè)GUI無(wú)法比擬的。需要了解LCD硬件連接與驅(qū)動(dòng)以及窗口系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可以參見(jiàn)姊妹篇論文《一種輕量級(jí)嵌入式GUI設(shè)計(jì)》。

參 考 文 獻(xiàn)

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