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可移植的256色圖形用戶界面的設(shè)計(jì)
摘 要 該文從軟件可移植性的角度指出設(shè)計(jì)256色圖形用戶界面時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的問題，在對(duì)SuperVGA產(chǎn)品進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了基于表格驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)思想，并給出了范例。隨著各種超級(jí)VGA的出現(xiàn)，同時(shí)具有高分辨率和豐富色彩的圖形用戶界面已經(jīng)成為程序員和用戶共同追求的目標(biāo)。然而由于各制造商提供的VGA產(chǎn)品之間的差異，使得高分辨率256色圖形界面的兼容性受到影響，常常會(huì)出現(xiàn)這樣的情況:在一個(gè)顯示系統(tǒng)下運(yùn)行良好的程序，在另一種顯示系統(tǒng)下變得面目全非，甚至根本不顯示。這表明程序員對(duì)程序的可移植性重視不夠，或?qū)Ω鞣N顯示設(shè)備缺乏足夠的了解。
軟件的可移植性是指軟件產(chǎn)品從一個(gè)硬件/軟件環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)硬件/軟件環(huán)境的難易與繁簡(jiǎn)程度。它從軟件對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)性這一方面，反映了軟件的質(zhì)量。為了提高軟件的可移植性，應(yīng)盡量使軟件與具體的設(shè)備無關(guān)，即提高軟件的設(shè)備獨(dú)立性。對(duì)于256色圖形界面而言，就是要使程序不依賴于某種特定的顯示器。例如，程序員沒有任何理由假定用戶使用的是TVGA。為此，程序員必須提供顯示卡的常規(guī)檢測(cè)例程，并能根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果決定圖形算法的具體實(shí)現(xiàn)。
提高軟件設(shè)備獨(dú)立性的方法有很多，表格驅(qū)動(dòng)就是其中一種。所謂表格，就是根據(jù)需要設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。表格中的數(shù)據(jù)由檢測(cè)例程填寫。表格中包含哪些欄目，應(yīng)在對(duì)各制造商提供的SuperVGA產(chǎn)品足夠了解的基礎(chǔ)上取舍，欄目應(yīng)體現(xiàn)各產(chǎn)品之間的差異。
一、SuperVGA編程綜述
SuperVGA產(chǎn)品在體系結(jié)構(gòu)上和標(biāo)準(zhǔn)的IBM VGA有所不同。但編程思想基本上是一樣的，這些編程方法已有許多文章介紹，這里不再重復(fù)。
影響256色圖形界面可移植性的主要障礙來自各制造商提供的VGA產(chǎn)品的下面幾點(diǎn)差異。
1.顯示模式的定義不同。如5DH對(duì)TVGA而言，代表640×480
×256色模式，對(duì)PVGA而言卻代
表1024×768×16色模式。因此，直接用這種模式號(hào)初始化顯示系統(tǒng)是不可取的。和顯示模式密切相關(guān)的是水平分辨率和垂直分辨率。盡管各VGA的256色顯示模式定義迥異，但大都支持如下幾種流行的分辨率，現(xiàn)用統(tǒng)一的模式號(hào)定義見附表。
@@10A06500.GIF;附表@@
不同分辨率之間的區(qū)別，體現(xiàn)在編程上就是同一屏幕坐標(biāo)映射到顯存的地址不同，但映射機(jī)理卻是一樣的。具體地說，坐標(biāo)(x,y)對(duì)應(yīng)顯存的偏移地址(相對(duì)于A000)為Addr=-vga-width*y+x
2.分頁機(jī)制不同。SuperVGA使用256K、512K或1M
的顯示存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。為了使處理器可通過一個(gè)64K主窗口來存取這樣大的顯示存儲(chǔ)器，SuperVGA有一個(gè)存儲(chǔ)器分頁機(jī)制，使得只將顯示存儲(chǔ)器的一部分映射到處理器的地址空間。值得注意的是，不同的VGA產(chǎn)品，其頁的大小不同，頁起始地址的粒度也是可變的。具體的頁選擇算法請(qǐng)查閱制造商提供的資料。
不同的顯示模式，顯示一屏圖像所需的頁數(shù)是不同的。
除了可移植性外，效率也是一個(gè)不可忽視的因素。圖形系統(tǒng)的核心部分應(yīng)使用匯編語言編程。這不僅是因?yàn)閰R編語言的效率高，而且還因?yàn)閰R編語言子程序的可再用性和可協(xié)用性也很好。核心部分應(yīng)十分重視下面幾點(diǎn):(1)減少不必要的頁邊界檢查次數(shù)；(2)只有在必要時(shí)才進(jìn)行頁選擇；(3)選擇高效的機(jī)器指令�，F(xiàn)舉例說明。程序1是圖像顯示系統(tǒng)中常用的函數(shù)，其功能是將解包后的圖像數(shù)據(jù)送到顯存。為便于閱讀同時(shí)給出了C語言調(diào)用原型。程序在傳送每一行數(shù)據(jù)時(shí)，提前預(yù)測(cè)是否會(huì)遇到頁邊界，如果沒有，直接傳送；如果有，則將數(shù)據(jù)分成兩部分，分別傳送，中間插入頁選擇。所有的傳送均用字操作代替字節(jié)操作。頁邊界檢查只有一次，分頁操作只有在必要時(shí)才發(fā)生，圖像的顯示用最高效的指令REP MOVSW。
程度1:
；原型:void LineDump(int x,int y, int num, char far*ptr)
;參數(shù):
； x,y-屏幕坐標(biāo)
； num-本行的像素個(gè)數(shù)
； ptr-指向像素?cái)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)指針
LineDump proc far
push bp
mov bp,sp
sub sp,2;WORD Reserved for local var.
push ds
push es
push si
push di
reserved equ [bp-2];Local var.save seg(DGROUP)
x equ [bp+6];Large Model
y equ [bp+8]
num equ [bp+10]
offs equ [bp+12]
pseg equ [bp+14]
mov reserved,ds
mov ds,pseg
mov si,offs ;DS:SI圖像數(shù)據(jù)所在源地址
mov ax,0a000h;顯存段址
mov es,ax ;ES:DI顯存目的地址
mov ax,y
push ds
mov ds,reserved
mul word ptr DGROUP:-vga-width
pop ds
add ax,x
adc dx,0
mov di,ax ;DI=-vga-width*y+x
mov ah,dl ;進(jìn)位部分(DL)=頁號(hào)
call dword ptr cs:-PageSelect
mov cx, num ;本行要傳送字節(jié)數(shù)
mov bx, cx
add bx,di ;檢測(cè)傳送是否在一個(gè)頁內(nèi)
jnc Dump-In-One-Page
sub cx,bx ;CX=本頁字節(jié)數(shù)，BX=下頁字節(jié)數(shù)
shr cx,1 ;CX/2=字?jǐn)?shù)
rep movsw ;本頁內(nèi)的傳送
adc cx,0
rep movsb ;處理可能的奇數(shù)字節(jié)數(shù)
inc ah ;調(diào)整頁號(hào)
call dword ptr cs:-PageSelect
mov cx,bx ;新頁內(nèi)要寫的字節(jié)數(shù)
jcxz Dump-Done
Dump-In-One-Page:
shr cx,1 ;CX/2=字?jǐn)?shù)
rep movsw ;圖像傳送
adc cx,0
rep movsb ;處理可能的奇數(shù)字節(jié)數(shù)
Dump-Done:
pop di
pop si
pop es
pop ds
mov sp,bp
pop bp
ret
LineDump endp
二、表格驅(qū)動(dòng)的基本思想
根據(jù)上面的分析，用以驅(qū)動(dòng)顯示系統(tǒng)的表格，至少應(yīng)當(dāng)包含下列項(xiàng)目:
(1)實(shí)際顯示模式:vga-mode
(2)水平分辨率:vga-width
(3)垂直分辨率:vga-depth
(4)頁選擇例程的入口地址:PageSelect
(5)當(dāng)前顯示方式所使用的最大頁號(hào):vga-pages
這個(gè)表格由圖形初始化例程來填寫。圖形初始化例
程接收的顯示模式是統(tǒng)一的模式號(hào)，這樣可以撇開具體的設(shè)備，如InitVGA(TVGA800×600)。該例程調(diào)用顯示設(shè)備檢測(cè)程序DetectVGA來判斷顯示器的類型，從而填寫表格中的各欄目，并初始化圖形系統(tǒng)為所需的圖形方式。所有圖形算法都要查此表。
除了用上述方法來實(shí)現(xiàn)兼容外，視頻電子學(xué)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(VESA)為我們提供了另一種方法。
VESA
提供了一組附加的BIOS功能，這組功能以標(biāo)準(zhǔn)的方式訪問SuperVGA擴(kuò)充的模式。VESA的附加功能都是通過BIOS中斷10H的4FH功能來實(shí)現(xiàn)的。VESA的子功能01能返回非常有用的SuperVGA模式信息，包括分頁例程的地址。
因此，程序員可以按照VESA的標(biāo)準(zhǔn)來編寫圖形系統(tǒng)，這樣的程序可以在所有支持VESA的顯示器上運(yùn)行。由于VESA包括了世界上的主要VGA供應(yīng)商，寫出來的程序可移植性是很好的。但是，其效率卻可能是最低的。所以最好采用一種折衷的辦法，對(duì)于熟悉的產(chǎn)品，可以不用VESA的功能，對(duì)于不熟悉(資料不全)或檢測(cè)不出來的顯示器嘗試用VESA提供的手段來編程，當(dāng)然要檢測(cè)顯示設(shè)備是否支持VESA。
有時(shí)出于某種考慮，不希望支持所有顯示設(shè)備的代碼集中在一個(gè)程序中，可以為每個(gè)顯示設(shè)備分別提供驅(qū)動(dòng)模塊，主程序根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果選擇一個(gè)合適的模塊加載。Borland的C++就是這樣，它有一套BGI驅(qū)動(dòng)程序，各驅(qū)動(dòng)程序提供統(tǒng)一的圖形函數(shù)接口。筆者在實(shí)際工作中，為每一種顯示設(shè)備編寫了一個(gè)256色的BGI格式的驅(qū)動(dòng)程序，這樣，在編寫圖形系統(tǒng)時(shí)，再也沒有必要考慮用戶的實(shí)際顯示設(shè)備了。
三、范 例
本文附有兩個(gè)圖形顯示的例子。ShowGif能顯示16/256色GIF格式圖像，能以任何256色模式啟動(dòng)，支持多種顯示器。圖像可以漫游，并可隨時(shí)通過按鍵切換顯示方式。Main則是一個(gè)BGI驅(qū)動(dòng)的鼠標(biāo)/鍵盤控制的256色漢字圖形菜單。它自己會(huì)挑選一個(gè)合適的BGI，也可以從命令行指定一個(gè)BGI(比如指定VESA256給TVGA顯示器)。
限于篇幅，這里僅給出有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和部分函數(shù)的說明(程序2)。然后給出一個(gè)初始化顯
示系統(tǒng)的C語言片斷(程序3)。
程序2(TVGA256.H):
/* 統(tǒng)一的模式集 */
enum TVGA-MODE
TVGA320x200=0,
TVGA640x400=1,
TVGA640x480=2,
TVGA800x600=3,
TVGA1024x768=4,
;
void TVGA256-driver(void);
void PVGA256-driver(void);
void AVGA256-driver(void);
...
void VESA256-driver(void);
extern int far-Cdecl TVGA256-driver-far[];
extern int far-Cdecl PVGA256-driver-far[];
extern int far-Cdecl AVGA256-driver-far[];
...
extern int far-Cdecl VESA256-driver-far[];
/* 支持的VGA集合 */
enum VGAs{
UnKnownVGA,
TridentVGA,
ParadiseVGA,
AheadVGA,
...
VesaVGA
};
/* 對(duì)應(yīng)的BGI驅(qū)動(dòng)程序名 */
unsigned char *Drivers[]={
"TVGA256",
"TVGA256",
"AVGA256",
...
"VESA256",
};
extern int DetectVGA(void);
/* 功 能:檢測(cè)顯示卡的型號(hào)
返回值:0-Unknowm1-Trident VGA2-Paradise VGA
...
x-不能檢測(cè)出的VGA，但支持VESA
返回值同時(shí)寫入全局變量vga-type */
extern int VesaFound(void);
/* 功 能:檢測(cè)VESA BIOS的存在性
返 回:0-不支持VESA；
其它-VESA版本號(hào)(0x0102即1.02版)；
返回值同時(shí)寫入全程變量vesa-found. */
extern void InitVesa(void);
/* 功 能:初始化VESA.根據(jù)-vga-mode模式號(hào)換算成VESA的標(biāo)準(zhǔn)模式號(hào)填寫頁粒度(WinGranularity)，頁大小(WinSize),
和分頁例程的入口地址(WinFuncPtr)
VESA的標(biāo)準(zhǔn)模式解釋如下:
100h-640x400 256
101h-640x480 256
102h-800x600 16
103h-800x600 256
104h-1024x768 16
105h-1024x768 256 etc.
InitVesa供給InitVGA調(diào)用 */
extern void InitVGA(int mode);
/* 功 能:初始化顯示系統(tǒng)(自動(dòng)調(diào)用DetectVGA檢測(cè)顯示卡)
參 數(shù):mode=TVGA320x200(0)
TVGA640x400(1)
TVGA640x480(2)
TVGA800x600(3)
TVGA1024x768(4)
返 回:InitVGA沒有顯式的返回值，但它初始化下列全程變量:
vga-mode,vga-width,vga-depth,vga-pages,PageSelect
必要時(shí)自動(dòng)調(diào)用InitVesa
*/
extern int vga-type;
extern int vga-mode;
extern int vga-width;
extern int vga-depth;
extern int vga-pages;
extern int vga-pages;
extern char page-number;
extern int vesa-found;
...
程序3(初始化顯示系統(tǒng)的程序片斷):
...
int GraphDriver, GraphMode;
unsigned char *bgiDriver="PVGA256";
bgiDriver=Drivers[DetectVGA()];
GraphDriver=installuserdriver(bgiDriver,NULL);
GraphMode=TVGA800x600;
initgraph(&GraphDriver, &GraphMode," ");...
參考文獻(xiàn)
1 來文占等編譯.S
uper VGA高級(jí)編程指南.北京:北京科海培訓(xùn)中心，1991.5.
2 張一波編譯.Super VGA與VESA編程指南.北京:海洋出版社，1992.
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