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---- 實時操作系統VxWorks下電子海圖系統打印功能的實現 (http://www.hufushizhe.com/bbs/dispbbs.asp?boardid=38&id=1959)
-- 發布時間：2010-12-1 11:34:46
-- 實時操作系統VxWorks下電子海圖系統打印功能的實現
1 前 言
電子海圖系統是一種把需要向航海人員顯示和解釋的各種各樣信息融成一體的實時導航系統，是地理信息系統在艦船組合導航系統中的重要應用，被認為是繼雷達/ARPA之后在艦船導航方面又一項偉大的技術革命。與簡單地用顏色顯示的紙海圖相比，電子海圖系統包括更多的使用簡單、操作容易的地理和文字信息。作為一種自動判定儀器，它能夠連續測定船舶相對于陸地、圖示物標、導航標志和不可見礙航物的位置，對海上航行、安全和商業都有重要意義。
VxWorks是一種嵌入式的實時操作系統。將應用較為廣泛的電子海圖系統移植到VxWorks操作系統下的主要原因有兩個：一是VxWorks系統的實時性，能夠很好的滿足導航系統實時性的要求；二是基于信息安全方面的考慮，海圖系統要求一種保密性好、沒有漏洞的操作系統，使用VxWorks操作系統，程序開發者可以進行最底層的程序開發，能夠完全控制系統的資源，確保海圖信息的安全。
2 電子海圖系統打印功能的總體設計思路
在VxWorks操作系統中，實現電子海圖信息打印功能設計的總體思路是：首先將打印內容，包括圖像和報表，轉換成恰當格式的圖像文件，如PostScript文件，而后對于沒有內置PostScript語言解釋器的打印機，需要將PostScript語言解釋成打印機可以識別的語言，最后把圖像文件輸送到打印機。
本文介紹基于內置有PostScript語言解釋器的HP LaserJet 1200打印機，在VxWorks操作系統下,完成電子海圖信息打印功能的實現過程。
3 打印驅動
打印機驅動程序中的各個函數的實現：
(1)基本的I/O函數的實現
根據打印機并口的特點，驅動程序中要實現的基本的I/O函數應該是lptOpen(…)、lptRead(…)、lptWrite(…)和lptIoctl(…)。這4個基本函數的聲明分別是：
LOCAL int lptOpen(LPT_DEV＊pDev,char＊name,int mode); LOCAL int lptRead(LPT_DEV＊pDev,char＊pBuf,int size);
LOCAL int lptWrite(LPT_DEV＊pDev,char＊pBuf,int size);
LOCAL STATUS lptIoctl(LPT_DEV＊pDev,int function,int arg); 其中LPT_DEV結構的定義為：
typedef struct lptDev
{
DEV_HDR devHdr;
BOOL created;/＊TRUE if this device has been created＊/
BOOL autofeed;/＊ TRUE if enable autofeed ＊/
BOOL inservice;/＊ TRUE if interrupt in service ＊/
USHORT data; /＊ data register ＊/
USHORT stat; /＊ status register ＊/
USHORT ctrl; /＊ control register ＊/
int intCnt;/＊ interrupt count ＊/
int retryCnt; /＊ retry count ＊/
int busyWait; /＊ loop count for BUSY wait ＊/
int strobeWait;/＊ loop count for STROBE wait ＊/
int timeout; /＊ timeout second for syncSem ＊/
int intLevel; /＊ interrupt level ＊/
SEMAPHORE muteSem;/＊ mutex semaphore ＊/
SEMAPHORE syncSem;/＊ sync semaphore ＊/
} LPT_DEV
DEV_HDR是所有設備的頭結構，是由VxWorks系統定義的，定義為：
typedef struct/＊ DEV_HDR device header for all device structures＊/
{
DL_NODE node; /＊ device linked list node ＊/
short drvNum; /＊ driver number for this device ＊/
char ＊ name; /＊ device name ＊/
} DEV_HDR
(2)設備的硬件初始化函數xxDrv(…)的實現
該函數的聲明為：
STATUS lptDrv(int channels, LPT_RESOURCE ＊pResource)
其中，參數channels 為打印并口的通道號；參數pResource是指向結構LPT_RESOURCE的指針，結構LPT_RESOURCE的定義為：
typedef struct lptResource /＊ LPT_RESOURCE ＊/
{
int ioBase;/＊ IO base address ＊/
int intVector;/＊ interrupt vector ＊/
int intLevel; /＊ interrupt level ＊/
BOOL autofeed;/＊ TRUE if enable autofeed ＊/
int busyWait; /＊ loop count for BUSY wait ＊/
int strobeWait;/＊ loop count for STROBE wait ＊/
int retryCnt; /＊ retry count ＊/
int timeout; /＊ timeout second for syncSem ＊/
}LPT_RESOURCE;
該函數lptDrv(int channels, LPT_RESOURCE ＊pResource)完成了打印機并口的初始化，其中調用函數intConnect(…)和iosDrvInstall(…)的具體形式為：
(void)intConnect((VOIDFUNCPTR＊)INUM_TO_IVEC(pResource－>intVector),
(VOIDFUNCPTR)lptIntr, (int)pDev);
lptDrvNum = iosDrvInstall (lptOpen, (FUNCPTR) NULL, lptOpen,
(FUNCPTR) NULL, lptRead, lptWrite, lptIoctl);
(3)設備的創建函數xxDevCreate(…)的實現
該函數的聲明為：
STATUS lptDevCreate (char ＊name, int channel)
該函數將設備的創建標志置為TRUE，然后調用函數iosDevAdd (＆lptDev[annel]，devHdr.name, lptDrvNum) 將創建的設備加入I/O系統中。
對于打印驅動程序，重點在于函數lptWrite(…)的編寫，這個函數的實現可采用兩種方式。一種是中斷方式，即將控制寄存器中的允許中斷位置為1，這樣，打印機每打印輸出一個字符后，立即向主機發出中斷請求信號，要求發送下一個字符；主機方面只要在中斷服務程序中實現數據傳輸即可，而不必循環查詢打印機的“忙”信號。另一種是查詢方式，用這種方式時，主機不停地測試打印機的“忙”信號，當檢測到打印機不忙時,便向其發送打印數據，若打印忙，則主機必須等待，直到打印機不忙。
根據編寫打印機驅動程序的兩種方式，選用查詢方式，其流程如圖1。
4 PostScript文件的生成
在VxWorks操作系統的開發環境Tornado下，軟件包ZINC中的ZafPrinter類及ZafDisplay類提供的函數可完成PostScript文件的生成。ZafPrinter類繼承ZafDisplay 類而來，因此，在ZafPrinter 中除了繼承來的圖形顯示函數之外，還定義了與打印機接口相關的函數，如BeginJob()，EndJob()，BeginPage()，EndPage()等。
在用ZINC自帶的程序生成PostScript文件時，需注意以下幾點：
(1）將自定義的顏色值加入顏色表中，在i_print.cpp文件(在目錄…\\Tornado\\target\\src\\zinc\\generic下）中，原來的顏色表定義為：
static unsigned long psColorTable[16]=
{
0x00000000L, // 0－ZAF_CLR_BLACK
0x00000080L, // 1－ZAF_CLR_BLUE
0x00008000L, // 2－ZAF_CLR_GREEN
0x00008080L, // 3－ZAF_CLR_CYAN
0x00800000L, // 4－ZAF_CLR_RED
0x00800080L, // 5－ZAF_CLR_MAGENTA
0x00808000L, // 6－ZAF_CLR_BROWN
0x00C0C0C0L, // 7－ZAF_CLR_LIGHTGRAY
0x00808080L, // 8－ZAF_CLR_DARKGRAY
0x000000FFL, // 9－ZAF_CLR_LIGHTBLUE
0x0000FF00L, // 10－ZAF_CLR_LIGHTGREEN
0x0000FFFFL, // 11－ZAF_CLR_LIGHTCYAN
0x00FF0000L, // 12－ZAF_CLR_LIGHTRED
0x00FF00FFL, // 13－ZAF_CLR_LIGHTMAGENTA
0x00FFFF00L, // 14－ZAF_CLR_YELLOW
0x00FFFFFFL, // 15－ZAF_CLR_WHITE
};
保留原有的16種顏色，再增加48種海圖中的顏色：
0x00000000, 0x00000080, 0x0000b400, 0x0080ffff,
0x00d20000, 0x00ff00ff, 0x00dc8000, 0x00c0c0c0,
0x00ffc7ab, 0x000000ff, 0x0000ff00, 0x00c8ffff,
0x00ff0000, 0x00ff96ff, 0x00ffffc0, 0x00ffffff,
0x00ff02fd, 0x00ff02fd, 0x00ff02fd, 0x00ff02fd,
0x00ff02fd, 0x00ff02fd, 0x00ff02fd, 0x00ff02fd,
0x00ff02fd, 0x00ff02fd, 0x00ff02fd, 0x00ff02fd,
0x00ff02fd, 0x00ff02fd, 0x00ff02fd, 0x00ff02fd,
0x00000000, 0x000000ff, 0x0033aa00, 0x0060c0c0,
0x00b03030, 0x00c040c0, 0x00804040, 0x00a0a0a0,
0x00404040, 0x008080ff, 0x0080ff80, 0x0016edfe,
0x00e02020, 0x00e010e0, 0x00ffff80, 0x00ffffff,
這樣顏色表中共有64種可用顏色。
同時將
for(index = 0; index < 16; index＋＋)
colorTable[index]= psColorTable[index];
改為：
for(index = 0; index < 64; index＋＋)
colorTable[index]= psColorTable[index];
(2）為使生成的PostScript文件盡可能的小，對原來海圖的畫圖程序做了一點改動。在原程序中，多邊形的繪制是通過畫兩點線完成的，這樣，生成PostScript文件比較大，可將其改為直接調用畫多邊形的函數Polygon()。經過這樣的改動，生成的PostScript文件減小了很多，原來的一頁圖生成的PostScript文件為3.65M，改動后不足1M。
5 PostScript 文件在VxWorks操作系統下的打印輸出
要使用打印驅動程序，首先要調用函數lptDevCreate(char＊name,intchannel)為LPT端口創建設備，其中端口號由參數channel指定，創建的設備的名稱為name。只能為一個端口號創建一個設備。
創建設備成功之后，主機就可以向打印機發送PostScript文件了，其程序流程如圖2。
6 漢字打印輸出的實現
在VxWorks操作系統下，實現電子海圖中漢字的顯示和打印輸出功能的基本思路是：利用Windows操作系統中的TrueType字庫，根據需要顯示漢字的Unicode編碼，在TrueType字庫中找到該漢字的相應信息，按照TrueType字庫中存儲的信息，將漢字顯示或打印輸出。
TrueType字庫由很多表組成，它是用一些閉合的輪廓線來描述每個字符的。若能夠訪問TrueType字庫獲得相應漢字的描述信息，就能將漢字畫出來。對于TrueType字庫的訪問，網上有開放的資源可以實現，這就是FreeType2，它為應用程序訪問字庫文件提供了統一的接口，支持的格式包括TrueType, OpenType, Type1, CID, CFF, Windows FON/FNT, X11 PCF等。要使用FreeType, 就要在相應的操作系統下對源代碼進行編譯，生成一個庫文件，然后在應用程序中調用相應的API庫函數。
通過FreeType提供的庫函數，應用程序可以訪問TrueType字庫，根據所得到的TrueType漢字信息，就能實現TrueType字體的顯示或打印輸出。但是TrueType字庫的訪問是通過Unicode編碼進行的，也就是說，只有獲得了字符的Unicode編碼，才能在TrueType字庫中得到該字符的描述信息。在電子海圖程序中，字符的Unicode編碼的獲得是通過查表實現的。所謂的查表，是指將國際漢字字符集中所有字符的Unicode編碼，存在一個數組unsigned long gb2312_uni_data[87][94],根據字符的區位碼就可以得到相應的Unicode編碼。例如區號為qh，位號為wh的字符的Unicode編碼就是數組元素gb2312_uni_data[qh－1][wh－1]的值。
保存所有字符的Unicode編碼的數組gb2312_uni_data[87][94]是在Windows操作系統下轉換得到的。具體的做法是將國際漢字字符集中的所有字符按照一定的格式保存成文本文件，然后從文件中讀出每個字符，調用函數MultiByteToWideChar(…)將其轉換成Unicode編碼，并將其保存。
根據TrueType字庫中字符的信息，顯示或打印輸出字符有兩種途徑：一種是調用FreeType的API函數得到相應字符的輪廓線，然后將其填充；另一種是調用FreeType的API函數直接得到字符的位圖，再調用相應操作系統中的打點函數實現位圖的顯示。由于第二種方法實現起來比較簡單，并且海圖系統中的漢字不是很多，所以在海圖程序中使用的是第二種方法。
在獲得相應漢字的字形位圖信息的基礎上，實現漢字打印輸出功能的關鍵是如何使用PostScript語言描述相應漢字字形的位圖信息。在程序的設計中，通過畫1個像素長度的直線來實現點的輸出，然后用一系列的點輸出位圖信息。其中，點的輸出用PostScript語言表示為：
x y moveto
x＋1 y lineto
根據漢字橫多豎少的特點，可以對以上產生的PostScript文件進行優化，如果N點在一條橫線上，就直接畫N長度的直線，用PostScript語言表示為：
x y moveto
x＋N y line to
這樣，就將原來的N條PostScript語句轉化為1條語句，從而減少了PostScript文件的長度。
7 結束語
VxWorks實時操作系統的特點決定了在此操作系統中開發驅動程序的重要性。根據需要配置相應的設備，并實現硬件的驅動，是VxWorks系統中進行軟件設計與開發的前提。本文介紹的電子海圖系統打印功能的總體設計思想及實現方法，已在哈爾濱工程大學研制的某型電子海圖系統的二次開發中得到應用。