微機UNIX直接視頻圖形程序設(shè)計

UNIX操作系統(tǒng)提供了X-Window圖形窗口系統(tǒng)和OPENLOOK圖形用戶界面，這些系統(tǒng)不僅昂貴、龐大，而且不便于移植以前開發(fā)的DOS圖形應(yīng)用程序。本文介紹利用微機內(nèi)部硬件控制，針對EGA/VGA圖形適配器，進(jìn)行直接視頻圖形程序設(shè)計。對于比較熟悉PC-AT體系結(jié)構(gòu)和視頻程序設(shè)計知識的程序員來說，更喜歡后者，因為能有效地利用硬件特性，加快圖形處理速度。
進(jìn)行圖形程序設(shè)計時，還須考慮視頻接口的一個重要特性——虛擬終端功能，因為它允許控制幾個獨立的圖形應(yīng)用窗口，允許多個應(yīng)用程序在同一個終端上進(jìn)行切換。本文提供針對IBM標(biāo)準(zhǔn)終端對虛擬終端進(jìn)行有效管理的手段。
微機UNIX直接視頻圖形程序設(shè)計有兩種方法，一種是利用設(shè)備驅(qū)動程序(見參考文獻(xiàn)1)，另一種是針對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
1.檢測視頻適配器
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命令可以檢測到當(dāng)前的視頻適配器，即：
ioctl(0,CONS-CURRENT,NULL)
返回-1時表示出錯，即沒有相應(yīng)的視頻適配器硬件，如果檢測到VGA卡則返回值為VGA，如果檢測到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命令可以實現(xiàn)此功能，即：
char *scrnmem;
scrnmem=(char *)ioctl(0,MAPCONS,NULL)
所有實現(xiàn)基本圖素的操作都將針對scrnmem進(jìn)行，scrnmem就是EGA/VGA相應(yīng)的四個位平面的重疊地址，有關(guān)EGA/VGA的結(jié)構(gòu)可參閱[2]。
3.實現(xiàn)基本圖素
DOS操作系統(tǒng)下，對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言in和out指令進(jìn)行讀寫。然而，UNIX操作系統(tǒng)下，對物理硬件的訪問都是由UNIX系統(tǒng)核心和設(shè)備驅(qū)動程序管理的，要訪問EGA/VGA的各種I/O寄存器，必須獲得對其訪問的特權(quán)，為了實現(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寄存器的訪問特權(quán)
ioctl(0,EGA-IOPRIVL,1) 獲取EGA的各種I/O寄存器的訪問特權(quán)
UNIX操作系統(tǒng)基本上是采用C語言編寫的，只是在低層的系統(tǒng)內(nèi)核方面才使用低級的匯編語言，遵循這一原則，對EGA/VGA的I/O寄存器的訪問可以采用匯編語言，而實現(xiàn)圖形系統(tǒng)的基本圖素則采用C語言。
如果用戶的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各種I/O寄存器的讀寫，否則，必須編寫下列低級匯編語言例程：
/*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，對調(diào)色板的操作，畫點、線、弧、矩形、圓、橢圓、多邊形、畫扇形、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語言實現(xiàn)，細(xì)節(jié)問題可參閱[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,簡稱VT)加強了UNIX系統(tǒng)V/386的接口功能，它不僅允許單個用戶開發(fā)一個圖形應(yīng)用軟件，而且允許多用戶、多道程序在同一個物理終端上運行，在開始一個用戶的應(yīng)用程序之前不必停止另一個應(yīng)用程序，而且各個用戶之間可以互相切換。
虛擬終端有兩種操作方式[1]，一種是自動操作方式(VT-AUTO)，這是默認(rèn)情況，比較簡單，應(yīng)用程序并不了解終端用戶接受或放棄當(dāng)前VT的請求，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的過程，并以設(shè)備驅(qū)動程序方式介紹了接受和放棄對VT控制的信號處理例程。本文給出針對IBM標(biāo)準(zhǔn)終端編制VT的程序和相應(yīng)的信號處理例程。
/* 設(shè)置虛擬終端 */
void setvirtualterm(void)
{
struct vt-mode vtmode;
signal(SIGUSR1,release-disp); //release-disp為放棄VT的信號處理例程
signal(SIGUSR2,acquire-disp); //acquire-disp為接受VT的信號處理例程
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);//出錯即終止此進(jìn)程
}
/* 放棄VT的信號處理例程 */
void release-disp(void)
{
signal(SIGUSR1,release-disp);
保存整個圖形屏幕于內(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，如果此項為0，則表示拒絕放棄VT.
}
/* 接受VT的信號處理例程 */
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)整個圖形屏幕，并釋放videobuf;
ioctl(0,VT-RELDISP,VT-ACKACQ); //VT-ACKACQ表明接受VT
}
在微機UNIX操作系統(tǒng)下，針對EGA/VGA進(jìn)行直接視頻程序設(shè)計，獨立開發(fā)一個圖形程序包，不僅小巧方便，而且可以重用以前在DOS下開發(fā)的圖形應(yīng)用程序。筆者在SCO UNIX系統(tǒng)下開發(fā)了一個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。
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-集成軟件開發(fā)指南.北京：電子工業(yè)出版社，1992.8.
2 張福炎等.微型計算機IBM PC的原理與應(yīng)用(續(xù)二)-圖形顯示器及其程序設(shè)計.南京：南京大學(xué)出版社，1990.7.