基于雅馬哈圖像處理芯片實現(xiàn)車載影音導航系統(tǒng)圖形界面的應(yīng)用方案

嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在通信終端、車載設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，對嵌入式系統(tǒng)圖形用戶界面（Graphic User Interface，GUI）的要求逐步提高。GUI是用戶和嵌入式設(shè)備之間的接口，是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，它通過窗口和菜單等圖形化操作方式，極大地方便了用戶對嵌入式產(chǎn)品的使用。GUI的好壞將直接影響嵌入式產(chǎn)品的普及和使用。GUI簡潔、方便、美觀的嵌入式產(chǎn)品具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

嵌入式系統(tǒng)的資源是比較緊張的，多數(shù)嵌入式系統(tǒng)沒有個人電腦所具有的硬件資源和圖形顯示處理資源。一個嵌入式系統(tǒng)能夠顯示何種風格的界面，是由嵌入式系統(tǒng)的功能需求和本身的圖形顯示處理機制決定的。因此不同嵌入式系統(tǒng)的GUI設(shè)計是不同的，它綜合了硬件和軟件兩方面的考慮，而不像在個人電腦上開發(fā)界面時多數(shù)情況下只需考慮軟件設(shè)計。

本文以車載影音導航系統(tǒng)為例，介紹了一種嵌入式系統(tǒng)圖形用戶界面的設(shè)計方法。首先介紹了系統(tǒng)對圖形界面的需求，然后給出了實現(xiàn)系統(tǒng)圖形界面的硬件和軟件設(shè)計方案。

1 功能需求

文中的車載影音導航系統(tǒng)集導航、DVD播放、收音、倒車雷達顯示、倒車后視等多功能于一體，采用圖形化界面顯示。為了方便用戶使用，系統(tǒng)采用按鍵和觸摸屏結(jié)合的操作方式。

本系統(tǒng)對圖形界面的功能需求主要分為兩大類。

一類是單純的用戶界面操作，如圖1所示。這一類界面總體上是由窗口和按鈕組成，整個操作界面可以看成是一個窗口，窗口上有可供用戶操作的各種按鈕。從實現(xiàn)上看，圖形界面的窗口實際上是一個背景圖片，每個按鈕則至少由兩張圖片組成的：一張圖片用于表示正常顯示的按鈕，一張圖片用于表示選中時的按鈕顯示。那么整個界面就是由窗口圖片和按鈕圖片組合而成，最終送到顯示終端上的是一副完整拼接的圖片。圖1中，“設(shè)置”按鈕顯示當前用戶點中了該按鈕。

另一類圖形界面是在有播放視頻（如DVD播放）時，疊加在播放視頻上的按鈕，如圖2所示。從實現(xiàn)上看，這類圖形界面上的每個按鈕仍然至少由兩張圖片組成。但是不同的是，這類圖形界面最終送到顯示終端上的內(nèi)容由圖片和DVD視頻兩部分疊加而成。大多數(shù)DVD機芯輸出的視頻信號是CVBS（復合視頻信號）或 YC，而圖片信息在系統(tǒng)中是以RGB的形式出現(xiàn)的，那么要實現(xiàn)這類圖形界面就需要對DVD視頻進行解碼，解碼后和圖片的RGB信息進行疊加再輸出到顯示終端。圖2所示為DVD播放時，提供給用戶的操作按鈕。

2 硬件設(shè)計方案

為了實現(xiàn)本系統(tǒng)中的圖形用戶界面，采用雅馬哈公司的圖像處理芯片YGV629。同時為了滿足圖像處理的要求，系統(tǒng)的MCU使用意法半導體公司基于 ARM7TDMI-S的32位RISC CPU STR750，STR750主頻最高可達60 MHz，具有16 KB的RAM，最大片內(nèi)Flash為256 KB。

2．1 YGV629

YGV629是一款圖像處理芯片，通過MCU控制其讀取存儲在Flash或ROM中的圖片數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理成RGB信號輸出。有兩種RGB信號輸出：模擬 RGB和數(shù)字RGB。輸出的行場時序有兩種方式，一種是YGV629自身產(chǎn)生的時序關(guān)系，此時芯片工作在內(nèi)同步模式下；另一種是根據(jù)外部輸入的視頻時序來生成輸出的視頻時序關(guān)系，此時芯片工作在外同步模式下。YGV629可以產(chǎn)生的終端顯示時序包括NTSC、PAL、VGA、QVGA、SVGA等，因此可以支持多種顯示終端設(shè)備。

YGV629對圖形界面中圖片的管理是通過圖層的方式，每個圖片占用1個圖層，最多可以有341個圖層，輸出圖片的RGB由這341個圖層疊加而成。每個圖層在整屏上的顯示由12字節(jié)的屬性數(shù)據(jù)確定，這些屬性數(shù)據(jù)決定每個圖層在整屏上的顯示位置、透明色、縮放比例、Alpha通道等。

YGV629支持8位色和16位色的BMP圖片以及PNG圖片。對于8位色，YGV629內(nèi)部有調(diào)色板機制，并有2 KB的調(diào)色板存儲空間。對于16位色，不使用調(diào)色板，圖片直接存儲為顏色數(shù)據(jù)。

2．2 硬件方案

圖3是本文中車載影音導航系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案。圖形界面使用到的圖片數(shù)據(jù)保存在圖片存儲Flash中，YGV629通過并口讀取圖片數(shù)據(jù)。

對于前文提到的第一類用戶界面，此時整個顯示終端的輸入都是由YGV629輸出的，YGV629工作在內(nèi)同步模式下。MCU通過SPI控制YGV629，設(shè)置其工作模式、顯示圖層屬性、輸出視頻格式等。YGV629通過并口讀取存儲在Flash中的圖片數(shù)據(jù)，然后生成輸出的圖片模擬RGB以及行場同步信號 HCSYNC和VSYNC，YS信號是YGV629輸出的對模擬開關(guān)的控制信號。對于這一類用戶界面，YS控制模擬開關(guān)全部輸出圖片模擬RGB。這樣 L_R、L_G、L_B、HCSYNC和VSYNC構(gòu)成了對顯示終端的輸出。

對于第二類用戶界面，由MCU控制視頻通道選擇開關(guān)來選擇要播放的視頻源。視頻源可以是DVD視頻、導航視頻或后視視頻。例如，若MCU選擇的是DVD視頻通路，那么DVD視頻輸出到視頻解碼芯片，視頻解碼芯片輸出DVD視頻解碼后的模擬RGB和行場同步。其中模擬RGB輸出到模擬開關(guān)，視頻行場同步信號輸出到Y(jié)GV629。MCU設(shè)置YGV629工作在外同步模式下，即YGV629使用DVD視頻的行場同步作為輸出圖形界面的行場同步。YGV629讀取 Flash中的圖片數(shù)據(jù)，根據(jù)MCU設(shè)置的圖層屬性，在適當時候輸出相應(yīng)的圖片模擬RGB和通道切換控制信號YS。高速模擬開關(guān)根據(jù)通道切換控制信號YS 的高低電平，在每個像素點的輸出時刻，從DVD視頻RGB和圖形界面圖片RGB這兩路RGB信號中選擇一路輸出，通過“像素點插入”的方式將圖形界面嵌入到DVD視頻中，從而實現(xiàn)了DVD視頻和圖形界面的疊加。

3 軟件設(shè)計方案

車載影音導航系統(tǒng)圖形用戶界面軟件模塊的設(shè)計分為兩部分：應(yīng)用軟件模塊設(shè)計和YGV629驅(qū)動模塊設(shè)計。硬件驅(qū)動模塊由MCU和YGV629間通信、圖層屬性設(shè)置、工作模式設(shè)置、顯示輸出設(shè)置等組成。為了提高顯示質(zhì)量，防止在界面切換時出現(xiàn)屏幕抖動，YGV629采用雙緩沖機制，將341個圖層劃分成兩幀，每幀占用170個圖層。一幀用于當前顯示界面。另一幀用于準備下一個顯示界面，在準備好下一個顯示界面后，再將顯示輸出從當前幀切換到下一幀?？紤]到系統(tǒng)每個界面使用的圖層數(shù)都遠遠小于170，所以這樣的機制是可行的。根據(jù)需求，硬件驅(qū)動模塊主要設(shè)計了以下幾組函數(shù)：VC_Write_XXX（）和 VC_Read_XXX（），用于MCU和YGV629進行串口通信，設(shè)置和讀取YGV629內(nèi)部寄存器、圖層屬性數(shù)據(jù)、調(diào)色板數(shù)據(jù)等；VC_Layer_SetXXX（），用于設(shè)置YGV629的圖層屬性；VC_Palette_XXX（），用于對調(diào)色板進行管理；VC_Display_Set（），用于設(shè)置YGV629的顯示輸出；VC_ModeSet（），用于在內(nèi)同步和外同步工作模式之間進行切換。應(yīng)用軟件模塊主要對不同圖形用戶界面進行封裝管理，不同界面包含多個按鈕，每個按鈕對應(yīng)按下和抬起兩個動作。MMI_Open（）函數(shù)用于打開不同的界面，這個函數(shù)通過調(diào)用硬件驅(qū)動模塊，準備要打開界面的圖層屬性數(shù)據(jù)、調(diào)色板數(shù)據(jù)，并寫入YGV629中，最后根據(jù)要顯示的界面進行顯示輸出設(shè)置和工作模式的切換。對于按鈕，設(shè)計了函數(shù)MMI_Button_Down（）和MMI_Button_Up（），用于處理當某個按鈕按下和抬起時的界面變化。此外對不同界面，另需定制專門的處理函數(shù)，比如界面上某些焦點閃爍、音量調(diào)節(jié)進度條的變化等。

4 總結(jié)

本文主要介紹了一種基于雅馬哈圖像處理芯片YGV629的嵌入式系統(tǒng)圖形用戶界面的設(shè)計方法。對于嵌入式系統(tǒng)，大多數(shù)顯示處理芯片提供OSD顯示，只是簡單的圖形顯示和字符顯示，顏色比較單調(diào)，不能顯示顏色豐富、美觀炫麗的圖片界面。YGV629提供了顯示8位色、16位色圖片的功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)圖形界面和DVD等視頻源的疊加，給嵌入式系統(tǒng)界面設(shè)計帶來很大空間。本文以車載影音導航系統(tǒng)為例，詳細介紹了使用YGV629芯片的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計方案。

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