標(biāo)題：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks下電子海圖系統(tǒng)打印功能的實(shí)現(xiàn)
電子海圖系統(tǒng)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(shí)時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)，是地理信息系統(tǒng)在艦船組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的重要應(yīng)用，被認(rèn)為是繼雷達(dá)/ARPA之后在艦船導(dǎo)航方面又一項(xiàng)偉大的技術(shù)革命。與簡(jiǎn)單地用顏色顯示的紙海圖相比，電子海圖系統(tǒng)包括更多的使用簡(jiǎn)單、操作容易的地理和文字信息。作為一種自動(dòng)判定儀器，它能夠連續(xù)測(cè)定船舶相對(duì)于陸地、圖示物標(biāo)、導(dǎo)航標(biāo)志和不可見(jiàn)礙航物的位置，對(duì)海上航行、安全和商業(yè)都有重要意義。
VxWorks是一種嵌入式的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。將應(yīng)用較為廣泛的電子海圖系統(tǒng)移植到VxWorks操作系統(tǒng)下的主要原因有兩個(gè)：一是VxWorks系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，能夠很好的滿足導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求；二是基于信息安全方面的考慮，海圖系統(tǒng)要求一種保密性好、沒(méi)有漏洞的操作系統(tǒng)，使用VxWorks操作系統(tǒng)，程序開(kāi)發(fā)者可以進(jìn)行最底層的程序開(kāi)發(fā)，能夠完全控制系統(tǒng)的資源，確保海圖信息的安全。
2 電子海圖系統(tǒng)打印功能的總體設(shè)計(jì)思路
在VxWorks操作系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電子海圖信息打印功能設(shè)計(jì)的總體思路是：首先將打印內(nèi)容，包括圖像和報(bào)表，轉(zhuǎn)換成恰當(dāng)格式的圖像文件，如PostScript文件，而后對(duì)于沒(méi)有內(nèi)置PostScript語(yǔ)言解釋器的打印機(jī)，需要將PostScript語(yǔ)言解釋成打印機(jī)可以識(shí)別的語(yǔ)言，最后把圖像文件輸送到打印機(jī)。
本文介紹基于內(nèi)置有PostScript語(yǔ)言解釋器的HP LaserJet 1200打印機(jī)，在VxWorks操作系統(tǒng)下,完成電子海圖信息打印功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
3 打印驅(qū)動(dòng)
打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序中的各個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：
(1)基本的I/O函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)打印機(jī)并口的特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)程序中要實(shí)現(xiàn)的基本的I/O函數(shù)應(yīng)該是lptOpen(…)、lptRead(…)、lptWrite(…)和lptIoctl(…)。這4個(gè)基本函數(shù)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(jié)構(gòu)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(shè)備的頭結(jié)構(gòu)，是由VxWorks系統(tǒng)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(shè)備的硬件初始化函數(shù)xxDrv(…)的實(shí)現(xiàn)
該函數(shù)的聲明為：
STATUS lptDrv(int channels, LPT_RESOURCE ＊pResource)
其中，參數(shù)channels 為打印并口的通道號(hào)；參數(shù)pResource是指向結(jié)構(gòu)LPT_RESOURCE的指針，結(jié)構(gòu)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(shù)lptDrv(int channels, LPT_RESOURCE ＊pResource)完成了打印機(jī)并口的初始化，其中調(diào)用函數(shù)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(shè)備的創(chuàng)建函數(shù)xxDevCreate(…)的實(shí)現(xiàn)
該函數(shù)的聲明為：
STATUS lptDevCreate (char ＊name, int channel)
該函數(shù)將設(shè)備的創(chuàng)建標(biāo)志置為T(mén)RUE，然后調(diào)用函數(shù)iosDevAdd (＆lptDev[annel]，devHdr.name, lptDrvNum) 將創(chuàng)建的設(shè)備加入I/O系統(tǒng)中。
對(duì)于打印驅(qū)動(dòng)程序，重點(diǎn)在于函數(shù)lptWrite(…)的編寫(xiě)，這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)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(jī)每打印輸出一個(gè)字符后，立即向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，要求發(fā)送下一個(gè)字符；主機(jī)方面只要在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸即可，而不必循環(huán)查詢打印機(jī)的“忙”信號(hào)。另一種是查詢方式，用這種方式時(shí)，主機(jī)不停地測(cè)試打印機(jī)的“忙”信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到打印機(jī)不忙時(shí),便向其發(fā)送打印數(shù)據(jù)，若打印忙，則主機(jī)必須等待，直到打印機(jī)不忙。
根據(jù)編寫(xiě)打印機(jī)驅(qū)動(dòng)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(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado下，軟件包ZINC中的ZafPrinter類及ZafDisplay類提供的函數(shù)可完成PostScript文件的生成。ZafPrinter類繼承ZafDisplay 類而來(lái)，因此，在ZafPrinter 中除了繼承來(lái)的圖形顯示函數(shù)之外，還定義了與打印機(jī)接口相關(guān)的函數(shù)，如BeginJob()，EndJob()，BeginPage()，EndPage()等。
在用ZINC自帶的程序生成PostScript文件時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：
(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(lái)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(shí)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(duì)原來(lái)海圖的畫(huà)圖程序做了一點(diǎn)改動(dòng)。在原程序中，多邊形的繪制是通過(guò)畫(huà)兩點(diǎn)線完成的，這樣，生成PostScript文件比較大，可將其改為直接調(diào)用畫(huà)多邊形的函數(shù)Polygon()。經(jīng)過(guò)這樣的改動(dòng)，生成的PostScript文件減小了很多，原來(lái)的一頁(yè)圖生成的PostScript文件為3.65M，改動(dòng)后不足1M。
5 PostScript 文件在VxWorks操作系統(tǒng)下的打印輸出
要使用打印驅(qū)動(dòng)程序，首先要調(diào)用函數(shù)lptDevCreate(char＊name,intchannel)為L(zhǎng)PT端口創(chuàng)建設(shè)備，其中端口號(hào)由參數(shù)channel指定，創(chuàng)建的設(shè)備的名稱為name。只能為一個(gè)端口號(hào)創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備。
創(chuàng)建設(shè)備成功之后，主機(jī)就可以向打印機(jī)發(fā)送PostScript文件了，其程序流程如圖2。
6 漢字打印輸出的實(shí)現(xiàn)
在VxWorks操作系統(tǒng)下，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)中的TrueType字庫(kù)，根據(jù)需要顯示漢字的Unicode編碼，在TrueType字庫(kù)中找到該漢字的相應(yīng)信息，按照TrueType字庫(kù)中存儲(chǔ)的信息，將漢字顯示或打印輸出。
TrueType字庫(kù)由很多表組成，它是用一些閉合的輪廓線來(lái)描述每個(gè)字符的。若能夠訪問(wèn)TrueType字庫(kù)獲得相應(yīng)漢字的描述信息，就能將漢字畫(huà)出來(lái)。對(duì)于TrueType字庫(kù)的訪問(wèn)，網(wǎng)上有開(kāi)放的資源可以實(shí)現(xiàn)，這就是FreeType2，它為應(yīng)用程序訪問(wèn)字庫(kù)文件提供了統(tǒng)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(yīng)的操作系統(tǒng)下對(duì)源代碼進(jìn)行編譯，生成一個(gè)庫(kù)文件，然后在應(yīng)用程序中調(diào)用相應(yīng)的API庫(kù)函數(shù)。
通過(guò)FreeType提供的庫(kù)函數(shù)，應(yīng)用程序可以訪問(wèn)TrueType字庫(kù)，根據(jù)所得到的TrueType漢字信息，就能實(shí)現(xiàn)TrueType字體的顯示或打印輸出。但是TrueType字庫(kù)的訪問(wèn)是通過(guò)Unicode編碼進(jìn)行的，也就是說(shuō)，只有獲得了字符的Unicode編碼，才能在TrueType字庫(kù)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(guò)查表實(shí)現(xiàn)的。所謂的查表，是指將國(guó)際漢字字符集中所有字符的Unicode編碼，存在一個(gè)數(shù)組unsigned long gb2312_uni_data[87][94],根據(jù)字符的區(qū)位碼就可以得到相應(yīng)的Unicode編碼。例如區(qū)號(hào)為qh，位號(hào)為wh的字符的Unicode編碼就是數(shù)組元素gb2312_uni_data[qh－1][wh－1]的值。
保存所有字符的Unicode編碼的數(shù)組gb2312_uni_data[87][94]是在Windows操作系統(tǒng)下轉(zhuǎn)換得到的。具體的做法是將國(guó)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(gè)字符，調(diào)用函數(shù)MultiByteToWideChar(…)將其轉(zhuǎn)換成Unicode編碼，并將其保存。
根據(jù)TrueType字庫(kù)中字符的信息，顯示或打印輸出字符有兩種途徑：一種是調(diào)用FreeType的API函數(shù)得到相應(yīng)字符的輪廓線，然后將其填充；另一種是調(diào)用FreeType的API函數(shù)直接得到字符的位圖，再調(diào)用相應(yīng)操作系統(tǒng)中的打點(diǎn)函數(shù)實(shí)現(xiàn)位圖的顯示。由于第二種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，并且海圖系統(tǒng)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(yīng)漢字的字形位圖信息的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)漢字打印輸出功能的關(guān)鍵是如何使用PostScript語(yǔ)言描述相應(yīng)漢字字形的位圖信息。在程序的設(shè)計(jì)中，通過(guò)畫(huà)1個(gè)像素長(zhǎng)度的直線來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)的輸出，然后用一系列的點(diǎn)輸出位圖信息。其中，點(diǎn)的輸出用PostScript語(yǔ)言表示為：
x y moveto
x＋1 y lineto
根據(jù)漢字橫多豎少的特點(diǎn)，可以對(duì)以上產(chǎn)生的PostScript文件進(jìn)行優(yōu)化，如果N點(diǎn)在一條橫線上，就直接畫(huà)N長(zhǎng)度的直線，用PostScript語(yǔ)言表示為：
x y moveto
x＋N y line to
這樣，就將原來(lái)的N條PostScript語(yǔ)句轉(zhuǎn)化為1條語(yǔ)句，從而減少了PostScript文件的長(zhǎng)度。
7 結(jié)束語(yǔ)
VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)決定了在此操作系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的重要性。根據(jù)需要配置相應(yīng)的設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)硬件的驅(qū)動(dòng)，是VxWorks系統(tǒng)中進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的前提。本文介紹的電子海圖系統(tǒng)打印功能的總體設(shè)計(jì)思想及實(shí)現(xiàn)方法，已在哈爾濱工程大學(xué)研制的某型電子海圖系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)中得到應(yīng)用。