微機(jī)UNIX直接視頻圖形程序設(shè)計(jì)

UNIX操作系統(tǒng)提供了X-Window圖形窗口系統(tǒng)和OPENLOOK圖形用戶(hù)界面，這些系統(tǒng)不僅昂貴、龐大，而且不便于移植以前開(kāi)發(fā)的DOS圖形應(yīng)用程序。本文介紹利用微機(jī)內(nèi)部硬件控制，針對(duì)EGA/VGA圖形適配器，進(jìn)行直接視頻圖形程序設(shè)計(jì)。對(duì)于比較熟悉PC-AT體系結(jié)構(gòu)和視頻程序設(shè)計(jì)知識(shí)的程序員來(lái)說(shuō)，更喜歡后者，因?yàn)槟苡行У乩糜布匦?，加快圖形處理速度。
進(jìn)行圖形程序設(shè)計(jì)時(shí)，還須考慮視頻接口的一個(gè)重要特性——虛擬終端功能，因?yàn)樗试S控制幾個(gè)獨(dú)立的圖形應(yīng)用窗口，允許多個(gè)應(yīng)用程序在同一個(gè)終端上進(jìn)行切換。本文提供針對(duì)IBM標(biāo)準(zhǔn)終端對(duì)虛擬終端進(jìn)行有效管理的手段。
微機(jī)UNIX直接視頻圖形程序設(shè)計(jì)有兩種方法，一種是利用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(見(jiàn)參考文獻(xiàn)1)，另一種是針對(duì)IBM標(biāo)準(zhǔn)終端進(jìn)行編程，本文介紹后者。
一、圖形程序設(shè)計(jì)
1.檢測(cè)視頻適配器
視頻顯示器是由視頻適配器硬件控制的，視頻適配器決定了圖形方式下顯示圖形的分辨率及可能的顏色[2]。利用系統(tǒng)調(diào)用ioctl中的CONS-CURRENT命令可以檢測(cè)到當(dāng)前的視頻適配器，即：
ioctl(0,CONS-CURRENT,NULL)
返回-1時(shí)表示出錯(cuò)，即沒(méi)有相應(yīng)的視頻適配器硬件，如果檢測(cè)到VGA卡則返回值為VGA，如果檢測(cè)到EGA卡則返回值為EGA，……。
2.初始化圖形系統(tǒng)
初始化圖形必須完成下列任務(wù)。
(1) 獲取當(dāng)前的視頻顯示方式
ioctl的CONS-GET命令用來(lái)判斷當(dāng)前適配器的顯示方式，即：
ioctl(0,CONS-GET,NULL)
它返回顯示方式的值，這些值在包含文件vtkd.h中均有定義，如：SW-VAG640x480C為VGA適配器設(shè)置成640x480分辨率彩色圖形模式。
(2) 設(shè)置圖形模式
直接將圖形模式值放入ioctl中的命令項(xiàng)即可設(shè)置相應(yīng)的圖形模式，如ioctl(0,SW-VGA640x480C,NULL)
將VGA適配器設(shè)置成640x480分辨率的彩色圖形模式。
(3) 獲取圖形模式下視頻緩沖區(qū)物理地址
利用ioctl的MAPCONS命令可以實(shí)現(xiàn)此功能，即：
char *scrnmem;
scrnmem=(char *)ioctl(0,MAPCONS,NULL)
所有實(shí)現(xiàn)基本圖素的操作都將針對(duì)scrnmem進(jìn)行，scrnmem就是EGA/VGA相應(yīng)的四個(gè)位平面的重疊地址，有關(guān)EGA/VGA的結(jié)構(gòu)可參閱[2]。
3.實(shí)現(xiàn)基本圖素
DOS操作系統(tǒng)下，對(duì)EGA/VGA的各種視頻I/O寄存器進(jìn)行操作是很方便的，可以直接使用匯編語(yǔ)言in和out指令進(jìn)行讀寫(xiě)。然而，UNIX操作系統(tǒng)下，對(duì)物理硬件的訪問(wèn)都是由UNIX系統(tǒng)核心和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序管理的，要訪問(wèn)EGA/VGA的各種I/O寄存器，必須獲得對(duì)其訪問(wèn)的特權(quán)，為了實(shí)現(xiàn)這種功能要求，可以使用下列ioctl系統(tǒng)調(diào)用方式：
ioctl(0,VGA-IOPRIVL,1) 獲取VGA的各種I/O寄存器的訪問(wèn)特權(quán)
ioctl(0,EGA-IOPRIVL,1) 獲取EGA的各種I/O寄存器的訪問(wèn)特權(quán)
UNIX操作系統(tǒng)基本上是采用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，只是在低層的系統(tǒng)內(nèi)核方面才使用低級(jí)的匯編語(yǔ)言，遵循這一原則，對(duì)EGA/VGA的I/O寄存器的訪問(wèn)可以采用匯編語(yǔ)言，而實(shí)現(xiàn)圖形系統(tǒng)的基本圖素則采用C語(yǔ)言。
如果用戶(hù)的UNIX系統(tǒng)中已有inb()和outb()函數(shù)(嵌入在/usr/include/sys/inline.h中)，則可以直接使用它們完成對(duì)各種I/O寄存器的讀寫(xiě)，否則，必須編寫(xiě)下列低級(jí)匯編語(yǔ)言例程：
/*向一端口輸出一字節(jié)*/
/*從一端口輸入一字節(jié) */
void outb(int port,uchar value)
{
-asm push edx
-asm mov edx,port
-asm mov al,value
-asm out dx,al
-asm pop edx
}
uchar inb(int port)
{
-asm push edx
-asm mov edx,port
-asm in al,dx
-asm pop edx
}
基本圖素一般包括：設(shè)置顏色，對(duì)調(diào)色板的操作，畫(huà)點(diǎn)、線、弧、矩形、圓、橢圓、多邊形、畫(huà)扇形、餅圖，任意圖形填充，多邊形填充，保存屏幕，恢復(fù)屏幕等，這些操作均可用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，細(xì)節(jié)問(wèn)題可參閱[2]。
4.關(guān)閉圖形系統(tǒng)
退出圖形系統(tǒng)之前必須恢復(fù)EGA/VGA各I/O寄存器的值，并將顯示模式恢復(fù)到進(jìn)入圖形模式之前的模式。采用下列ioctl調(diào)用實(shí)現(xiàn)：
ioctl(0,MODESWITCH | oldmode,NULL)
oldmode是進(jìn)入圖形方式之前獲取的方式，UNIX系統(tǒng)中，獲取的方式和設(shè)置的方式之間的關(guān)系為：
設(shè)置方式值=獲取方式值|MODESWITCH
二、虛擬終端的使用
虛擬終端(Virtual Terminal,簡(jiǎn)稱(chēng)VT)加強(qiáng)了UNIX系統(tǒng)V/386的接口功能，它不僅允許單個(gè)用戶(hù)開(kāi)發(fā)一個(gè)圖形應(yīng)用軟件，而且允許多用戶(hù)、多道程序在同一個(gè)物理終端上運(yùn)行，在開(kāi)始一個(gè)用戶(hù)的應(yīng)用程序之前不必停止另一個(gè)應(yīng)用程序，而且各個(gè)用戶(hù)之間可以互相切換。
虛擬終端有兩種操作方式[1]，一種是自動(dòng)操作方式(VT-AUTO)，這是默認(rèn)情況，比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用程序并不了解終端用戶(hù)接受或放棄當(dāng)前VT的請(qǐng)求，這意味著被切換掉的進(jìn)程的任何輸入輸出都可能丟失。另一種方式是進(jìn)程控制方式(VT-PROCESS)，該方式支持應(yīng)用程序與其它正在使用VT的進(jìn)程之間同步，應(yīng)用程序可以負(fù)責(zé)接受或放棄使用VT。
[1]中介紹了以進(jìn)程方式控制VT的過(guò)程，并以設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序方式介紹了接受和放棄對(duì)VT控制的信號(hào)處理例程。本文給出針對(duì)IBM標(biāo)準(zhǔn)終端編制VT的程序和相應(yīng)的信號(hào)處理例程。
/* 設(shè)置虛擬終端 */
void setvirtualterm(void)
{
struct vt-mode vtmode;
signal(SIGUSR1,release-disp); //release-disp為放棄VT的信號(hào)處理例程
signal(SIGUSR2,acquire-disp); //acquire-disp為接受VT的信號(hào)處理例程
vtmode.mode=VT_PROCESS; //設(shè)置進(jìn)程控制方式
vtmode.relsig=SIGUSR1;
vtmode.acqsig=SIGUSR2;
if (ioctl(0,VT-SETMODE，&vtmode)==-1) exit(1);//出錯(cuò)即終止此進(jìn)程
}
/* 放棄VT的信號(hào)處理例程 */
void release-disp(void)
{
signal(SIGUSR1,release-disp);
保存整個(gè)圖形屏幕于內(nèi)部緩沖區(qū)videobuf中；
ioctl(0),MODESWITCH | oldmode,NULL);
//oldmode為進(jìn)入圖形模式之前的顯示方式
ioctl(0,VT-RELDISP，VT-TRUE);
//VT-TRUE表明同意放棄VT，如果此項(xiàng)為0，則表示拒絕放棄VT.
}
/* 接受VT的信號(hào)處理例程 */
void acquire-disp(void)
{
signal(SIGUSR2,acquire-disp)；
ioctl(0,newmode,NULL);//newmode為應(yīng)用程序所處的圖形模式
scrnmem=(char *)ioctl(0,MAPCONS,NULL);
//重新獲取圖形緩沖區(qū)的物理地址
從videobuf中恢復(fù)整個(gè)圖形屏幕，并釋放videobuf;
ioctl(0,VT-RELDISP,VT-ACKACQ); //VT-ACKACQ表明接受VT
}
在微機(jī)UNIX操作系統(tǒng)下，針對(duì)EGA/VGA進(jìn)行直接視頻程序設(shè)計(jì)，獨(dú)立開(kāi)發(fā)一個(gè)圖形程序包，不僅小巧方便，而且可以重用以前在DOS下開(kāi)發(fā)的圖形應(yīng)用程序。筆者在SCO UNIX系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)了一個(gè)小的低層圖形軟件包，許多以前的DOS圖形應(yīng)用程序都可以移植到UNIX系統(tǒng)下來(lái)。
另外，本文介紹的程序在使用前還應(yīng)包含下列文件，即：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/console.h>
#include<sys/vtkd.h>
#include<termio.h>
#include<sys/signal.h>
分配空間時(shí)還應(yīng)加上#include<malloc.h>

參考文獻(xiàn)
1 仲萃豪等.UNIX系統(tǒng)V/386第4版-集成軟件開(kāi)發(fā)指南.北京：電子工業(yè)出版社，1992.8.
2 張福炎等.微型計(jì)算機(jī)IBM PC的原理與應(yīng)用(續(xù)二)-圖形顯示器及其程序設(shè)計(jì).南京：南京大學(xué)出版社，1990.7.