摘 要： DM6446是一款有著豐富外設資源和強大計算能力的多媒體處理芯片，一般需要通過操作系統(tǒng)對其復雜資源進行有效管理。由于多數(shù)多媒體應用需要有圖形界面，但現(xiàn)有平臺操作系統(tǒng)Linux 其內核和圖形界面是分離的，需要另外移植，相比之下WINCE本身自帶了較為優(yōu)秀的圖形界面，只需對其進行顯示驅動的開發(fā)就能擁有一個優(yōu)秀的圖形界面。詳細闡述了WINCE顯示驅動原理和在DM6446上的設計與實現(xiàn)。系統(tǒng)啟動后WINCE圖形界面運行穩(wěn)定，表明驅動程序實現(xiàn)良好。

　　作為一款多媒體處理芯片，TI公司推出的DM6446 采用ARM+DSP 的雙內核架構，有著豐富的外設資源和強大的計算能力，因此一般通過操作系統(tǒng)對其復雜資源進行有效管理。DM6446現(xiàn)有平臺操作系統(tǒng)主要基于嵌入式linux 系統(tǒng)，但同時也有支持其他主流嵌入式操作系統(tǒng)的能力。

　　由于多媒體應用常常需要有圖形界面，而現(xiàn)有平臺操作系統(tǒng)Linux其內核和圖形界面是分離的，需要進行另外移植，相比之下Windows CE本身自帶了較為優(yōu)秀的圖形界面，只需對其進行顯示驅動的開發(fā)就能擁有一個優(yōu)秀的圖形界面。因此選擇在DM6446進行其他系統(tǒng)的移植開發(fā)無疑能使該平臺程序開發(fā)具有更多的選擇余地和更高的性價比。

　　Windows CE是Microsoft公司專門針對嵌入式產(chǎn)品領域開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，具有圖形用戶界面出色、多任務處理能力、可裁剪性和可移植性、應用軟件支持豐富、實時性良好等特點。本文選用的Windows CE版本為Windows CE.NET 5.0,以下簡稱為WINCE.

　　1 DM6446芯片及其顯示模塊介紹

　　1.1 DM6446芯片簡介

　　DM6446 芯片，如下圖1所示，由ARM子系統(tǒng)、DSP子系統(tǒng)、VICP協(xié)處理器、視頻處理子系統(tǒng)和眾多的芯片外設組成。其中ARM 核用作整個系統(tǒng)的控制功能，DSP 子系統(tǒng)用于復雜的數(shù)據(jù)和圖像處理功能，視頻處理子系統(tǒng)用于和圖像輸入和輸出。這些模塊的聯(lián)系通過中心資源交換通道（Switch CentralResources,SCR） 進行管理。

圖1 DM6446 芯片總體架構

　　1.2 芯片顯示模塊功能介紹

　　DM6446 顯示模塊又稱為視頻處理后端（VPBE,Video Processing Back End），為芯片視頻處理子系統(tǒng)的一部分。VPBE 總體結構如圖2 所示。由圖2 可以看出，VPBE主要由1 個OSD （On Screen Display）引擎和1 個視頻編碼器（VENC,Video ENCoder）組成。OSD引擎可以處理2個獨立的視頻窗口和兩個獨立的OSD窗口，VENC視頻編碼器則能提供四路視頻數(shù)據(jù)轉換，工作頻率高達54MHz,兼容NTSC/PAL制式視頻和S-Video.

圖2 DM6446 顯示模塊總體架構。

　　DM6446 視頻編碼器還能夠向RGB888 的顯示設備提供24 bit的數(shù)字視頻輸出接口，支持8/16為的BT.656 輸出和垂直/水平同步分離的CCIR.601.

　　OSD 模塊的視頻信號在輸出之前會經(jīng)過合成然后送到VENC最終轉變成YCbCr格式輸出。視頻數(shù)據(jù)是建立在外部存儲器DDR2的，并直接送到顯示設備作顯示。從DAC出來就可以通過RCA端子接上LCD液晶電視。更詳細的硬件說明可參考TI 的官方數(shù)據(jù)手冊TMS320DM644x DMSoC Video Processing BackEnd （VPBE） User‘s Guide.pdf.

2 WINCE驅動架構分析

　　將WINCE 移植到DM6446 上面除了需要進行OAL層的代碼和源碼配置文件的編寫以外，還需進行大量的設備驅動程序開發(fā)。

　　2.1 WINCE驅動原理

　　設備驅動程序作為一個抽象物理設備或虛擬設備的功能程序，它管理設備的操作，并將設備的功能導出給應用程序和操作系統(tǒng)。因此用戶程序訪問這些硬件設備只需要通過調用驅動程序提供的接口函數(shù)。

　　WINCE 的所有設備驅動程序都是以用戶態(tài)下動態(tài)鏈接庫（Dynamic Linkable Library,DLL）文件形式存在的。像所有的Windows DLL一樣，DLL是無法單獨被加載和運行的。如果要運行DLL 中的代碼，必須有一個EXE 進程首先把該 DLL 加載到自己的地址空間內，然后才可以執(zhí)行DLL 中的代碼。WINCE 下的驅動程序也必須被其他EXE加載。

　　2.2 WINCE驅動分類

　　基于WINCE的驅動程序有兩種模型：本地設備驅動程序（Native Device Driver） 和流接口驅動（ Streams Device Driver） 程序。本機設備驅動程序適用于集成到WINCE平臺的設備，總是在WINCE的平臺啟動時被加載；流接口驅動程序也稱為可安裝的驅動程序，它們使用流接口驅動并借助于文件系統(tǒng)調用（如Createfile,DeviceIoControl等）從設備管理器或應用程序獲得命令。本文討論的顯示驅動屬于本地設備驅動程序。

　　而從驅動實現(xiàn)方式來區(qū)分，無論流接口驅動還是本地驅動設備驅動，都可以采用兩種實現(xiàn)方式：單體結構方式和分層結構方式，它們都向上提供DDI （Device Driver Interface）調用，供其他模塊或應用程序調用。無論采用哪種結構，驅動程序都必須與其控制設備的DDI 相一致。DDI是與WINCE 系統(tǒng)的接口，流接口設備的DDI 都是流接口函數(shù)。

　　3 顯示驅動的實現(xiàn)

　　3.1 顯示驅動的加載管理

圖3 WINCE顯示驅動主體架構示意圖。

　　WINCE下的驅動程序必須被其他EXE加載，顯示驅動也不例外。WINCE 顯示驅動在系統(tǒng)啟動時由GWES.exe 加載和管理，并駐留在GWES 的進程地址空間內。如圖3 所示，GWES 子系統(tǒng)，由GDI 和DirectDraw兩部分組成，為運行在操作系統(tǒng)之上的應用程序提供圖形功能的系統(tǒng)調用，例如CreateDC,ReleaseDC等等。GWES加載顯示驅動的具體過程如下：GWES啟動時將去訪問候選顯示設備列表（該列表在注冊表HKEY_LOCAL_MACHINESystemGDIDisplayCandidates下面），看看是否有驅動程序已經(jīng)在本機上實例化，如果有的話GWES 會使用它找到的第一個已經(jīng)實例化的驅動；如果驅動程序沒有在本機上實例話或者找不到合適的驅動程序，接下來GWES嘗試加載Ddi.dll.默認情況下加載的是Ddi.dll,但如果存在KEY_LOCAL_MACHINESystemGDIDriversDisplay項，GWES會加載此注冊表項所指定的顯示驅動。[!--empirenews.page--]

　　3.2 顯示驅動主要組成部分

　　WINCE 的顯示驅動程序如圖3 所示，由DDI（Display Device Interface） 和HAL（Hardware Abstraction Layer）兩部分組成。

　　HAL 主要為DirectDraw 服務，只需要在驅動中向GDI 導出HALinit（）即可，因此本文研究的重點是DDI 部分，即通常的顯示驅動部分。由于在顯示中存在大量硬件無關操作，顯示驅動通常采用分層結構，采用分層結構有助于降低代碼復雜度提高代碼效率，其中MDD 層實現(xiàn)缺省的繪圖功能，由微軟提供的圖形原語引擎模塊（GPE , GraphicsPrimitive Engine）組成，如果要支持Directdraw,則要使用DDGPE模塊；而PDD層與硬件具體相關，則是顯示驅動的主要內容，一般由OEM 廠商或獨立硬件商實現(xiàn)。

　　WINCE 上層程序通過一組（約20 多個）顯示驅動接口函數(shù)同顯示驅動打交道，因此顯示設備驅動程序必須實現(xiàn)這些顯示驅動接口函數(shù)，GDI 通過調用這組函數(shù)初始化顯示設備驅動程序和將圖形輸出到顯示設備上。由于采用分層結構，顯示驅動由MDD 層負責對上層的GWES模塊提供函數(shù)接口，但是這些函數(shù)并不是直接提供出來的，實際上只是通過一個DrvEnabLEDriver（ ）函數(shù)來完成的。作為DDI部分的一個導出函數(shù)，DrvEnableDriver會在GDI初始化時被調用。

　　DrvEnableDriver 在MDD 層中沒有實現(xiàn)，所以需要在PDD層中定義，主要代碼如下：

　　BOOL APIENTRY DrvEnableDriver

　　（ULONG engineVersion,ULONG cj,DRVENABLEDATA *data,PENGCALLBACKS engineCallbacks）

　　{

　　BOOL fOk = FALSE;

　　if（gszBaseInstance[0] != 0）

　　{

　　fOk =

　　GPEEnableDriver（engineVersion, cj, data,engineCallbacks）；

　　}

　　return fOk;

　　}

　　這里GPEEnableDriver 是微軟預先編寫的一個MDD層函數(shù)。該函數(shù)位于源文件ddi_if.cpp里， 因此我們只需簡單調用就可以了。

GPEEnableDriver 函數(shù)通過執(zhí)行語句memcpy（pded, &pDrvFn, cj） 將一個預先定義好的DRVENABLEDATA 結構體變量pDrvFn 的地址傳給一個上層結構體指針pded.而在結構體變量pDrvFn 中預先已包含了20 多個底層顯示驅動函數(shù)指針，這樣GWES 就可以通過這些指針操縱底層顯示硬件了。例如應用程序想創(chuàng)建一個到圖形設備的連接時可以通過GWES.exe 調用CreateDC（），而該函數(shù)會調用DrvEnablePDEV（）函數(shù)，當應用程序需要從顯示設備上斷開時則會調用DeleteDC（） , DeleteDC（） 則會調用DrvDisablePDEV（） .DrvEnablePDEV（） 和DrvDisablePDEV（）就屬于這20 多個被GWES 調用的底層顯示驅動函數(shù)。

　　以上這些底層顯示驅動函數(shù)大部分跟硬件密切相關，因此需要進一步調用PDD層函數(shù)。由于不同的顯示硬件特點都不盡相同，因此勢必造成PDD層暴露給MDD層的接口函數(shù)各不相同，這樣勢必會增加代碼的復雜性。為此微軟設計了一個GPE類，一個GPE類實例代表一個顯示設備硬件，其所有數(shù)據(jù)成員都對應于一個顯示設備的屬性數(shù)據(jù)，并設計了多個成員函數(shù)用以操縱這些數(shù)據(jù)成員。考慮到硬件的多樣性，GPE 類的有些函數(shù)并為全部實現(xiàn)，或為空函數(shù)或者虛函數(shù)，需要其子類實現(xiàn)或者覆蓋。因此不能直接定義GPE類型的變量，只能以先構造GPE類為父類的繼承類，然后才能定義實例。

　　MDD 層的底層顯示驅動函數(shù)通過實例化一個GPE 繼承類的實例就可以直接調用PDD 層代碼了，這一般是通過SafeGetGPE 函數(shù)來實現(xiàn)的。

　　SafeGetGPE 由微軟設計實現(xiàn)，位于MDD 層的ddi_if.cpp,一般無須改動。在SafeGetGPE 函數(shù)中調用了GetGPE 函數(shù)，這個函數(shù)MDD 層沒有，需要我們在PDD 層實現(xiàn)。GetGPE 函數(shù)可以簡單實現(xiàn)如下：

　　這里代碼利用了C++的多態(tài)性和繼承性。在C++中父類或更上一級的類的指針可以引用繼承類中相同的變量，并且對數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)的引用以繼承類的實現(xiàn)或定義優(yōu)先。這樣在MDD 中使用指針gGPE 所指向的數(shù)據(jù)或函數(shù)時得到的都是類DM6446VPBE 的成員變量和成員函數(shù)。由此可以看出GetGPE 函數(shù)是顯示驅動中聯(lián)系MDD和PDD 的橋梁，通過它MDD 可以直接調用PDD的代碼。

　　3.3 GPE繼承類的實現(xiàn)

　　通過上面的分析可以看出，WINCE 的顯示驅動主要部分在于PDD 層，而PDD 層除了向MDD導出一些接口函數(shù)外如DrvEnableDriver,其余主要是構建一個GPE 或是DDGPE 的子類（如果要實現(xiàn)DirectDraw）。由于DDGPE 的父類是GPE,因此無論是DDGPE 還是GPE 的子類差別并不大。

　　構建一個GPE 的子類其實就是實現(xiàn)一個有具體數(shù)據(jù)和函數(shù)并且具體準確的反映了特定顯示設備硬件屬性的GPE 類的子類，并通過該子類去實例化一個對象。

　　一個GPE 子類通常需要重載GPE 類中的同名函數(shù)和實現(xiàn)GPE中的虛函數(shù)以及子類獨有的一些函數(shù)如初始化構造函數(shù)[3].子類構造函數(shù)主要是初始化硬件和子類成員變量，譬如視頻處理時鐘寄存器設置，OSD Window 的大小和坐標，VENC 的輸出模式，以及子類的成員變量如顯示寬度m_nScreenWidth 和顯示高度m_nScreenHeight 等等。子類要GPE 類中的函數(shù)包括GPE 的空函數(shù)和虛函數(shù)，這些函數(shù)實際上就是MDD 調用PDD 層驅動中需要實現(xiàn)的函數(shù)，主要函數(shù)包括：SetMode（），用于設置一個顯示設備能夠支持的顯示模式；GetPhysicalVideoMemory（），用于獲取顯示設備內存的系統(tǒng)基地址和內存大??； 以及AllocSurface（） SetPointerShape（）BltComplete（） SetPalette（）等。這些函數(shù)具體可以參考微軟提供的驅動示例代碼，它們位于Public CommonOAKDriversDisplay 目錄下[ 1].除了這些函數(shù)外PDD 還需實現(xiàn)一個MDD 層函數(shù)DrvGetMask,但比較簡單，只需要定義一個全局數(shù)組gBitMasks,該數(shù)組內容是代表RGB 的所占的位域，與具體的顯示硬件有關。

　　3.4 驅動程序與應用程序的通信

　　不同于其他流式驅動可以由應用程序直接調用，顯示驅動由操作系統(tǒng)調用，應用程序不能直接訪問。具體來說，應用程序不是通過CreateFile等這些文件系統(tǒng)API接口來訪問，而是通過GDI接口間接訪問。對于GDI調用而言，對應的后臺服務進程是GWES.exe,然后GWES.exe再進一步調用MDD和PDD函數(shù)，即WINCE底層顯示驅動。例如如果要畫一個矩形，則可以調用SetRect、GetDC和FillRect等函數(shù)在圖形界面上面進行顯示，而要在圖形界面上輸出一段文字只需調用DrawText函數(shù)就可以了，至于顯示驅動調用就可以交給GDI就可以了。

　　4 結束語

　　本文闡述和分析了DM6446 顯示硬件原理和Windows CE驅動模型，剖析了顯示驅動程序的工作原理和顯示工作流程。本文的創(chuàng)新點在于完整的闡述了WINCE顯示驅動程序在DM6446上的設計實現(xiàn)，而以往WINCE 的顯示驅動都是基于LCD,因此本文對編寫同類驅動程序的開發(fā)人員將有一定的參考價值。WINCE啟動運行后，圖形界面運行穩(wěn)定，并可支持Windows CE下的應用軟件運行，表明驅動程序設計良好。