可移植的256色图形用户界面的设计

摘要该文从软件可移植性的角度指出设计256色图形用户界面时应当注意的问题，在对SuperVGA产品进行分析的基础上，提出了基于表格驱动的程序设计思想，并给出了范例。
随着各种超级VGA的出现，同时具有高分辨率和丰富色彩的图形用户界面已经成为程序员和用户共同追求的目标。然而由于各制造商提供的VGA产品之间的差异，使得高分辨率256色图形界面的兼容性受到影响，常常会出现这样的情况:在一个显示系统下运行良好的程序，在另一种显示系统下变得面目全非，甚至根本不显示。这表明程序员对程序的可移植性重视不够，或对各种显示设备缺乏足够的了解。
软件的可移植性是指软件产品从一个硬件/软件环境转移到另一个硬件/软件环境的难易与繁简程度。它从软件对新环境的适应性这一方面，反映了软件的质量。为了提高软件的可移植性，应尽量使软件与具体的设备无关，即提高软件的设备独立性。对于256色图形界面而言，就是要使程序不依赖于某种特定的显示器。例如，程序员没有任何理由假定用户使用的是TVGA。为此，程序员必须提供显示卡的常规检测例程，并能根据检测的结果决定图形算法的具体实现。
提高软件设备独立性的方法有很多，表格驱动就是其中一种。所谓表格，就是根据需要设计的数据结构。表格中的数据由检测例程填写。表格中包含哪些栏目，应在对各制造商提供的SuperVGA产品足够了解的基础上取舍，栏目应体现各产品之间的差异。
一、SuperVGA编程综述
SuperVGA产品在体系结构上和标准的IBM VGA有所不同。但编程思想基本上是一样的，这些编程方法已有许多文章介绍，这里不再重复。
影响256色图形界面可移植性的主要障碍来自各制造商提供的VGA产品的下面几点差异。
1.显示模式的定义不同。如5DH对TVGA而言，代表640×480
×256色模式，对PVGA而言却代
表1024×768×16色模式。因此，直接用这种模式号初始化显示系统是不可取的。和显示模式密切相关的是水平分辨率和垂直分辨率。尽管各VGA的256色显示模式定义迥异，但大都支持如下几种流行的分辨率，现用统一的模式号定义见附表。
@@10A06500.GIF;附表@@
不同分辨率之间的区别，体现在编程上就是同一屏幕坐标映射到显存的地址不同，但映射机理却是一样的。具体地说，坐标(x,y)对应显存的偏移地址(相对于A000)为Addr=-vga-width*y+x
2.分页机制不同。SuperVGA使用256K、512K或1M
的显示存储器结构。为了使处理器可通过一个64K主窗口来存取这样大的显示存储器，SuperVGA有一个存储器分页机制，使得只将显示存储器的一部分映射到处理器的地址空间。值得注意的是，不同的VGA产品，其页的大小不同，页起始地址的粒度也是可变的。具体的页选择算法请查阅制造商提供的资料。
不同的显示模式，显示一屏图像所需的页数是不同的。
除了可移植性外，效率也是一个不可忽视的因素。图形系统的核心部分应使用汇编语言编程。这不仅是因为汇编语言的效率高，而且还因为汇编语言子程序的可再用性和可协用性也很好。核心部分应十分重视下面几点:(1)减少不必要的页边界检查次数；(2)只有在必要时才进行页选择；(3)选择高效的机器指令。现举例说明。程序1是图像显示系统中常用的函数，其功能是将解包后的图像数据送到显存。为便于阅读同时给出了C语言调用原型。程序在传送每一行数据时，提前预测是否会遇到页边界，如果没有，直接传送；如果有，则将数据分成两部分，分别传送，中间插入页选择。所有的传送均用字操作代替字节操作。页边界检查只有一次，分页操作只有在必要时才发生，图像的显示用最高效的指令REP MOVSW。
程度1:
；原型:void LineDump(int x,int y, int num, char far*ptr)
;参数:
； x,y-屏幕坐标
； num-本行的像素个数
； ptr-指向像素数据的远指针
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图像数据所在源地址
mov ax,0a000h;显存段址
mov es,ax ;ES:DI显存目的地址
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 ;进位部分(DL)=页号
call dword ptr cs:-PageSelect
mov cx, num ;本行要传送字节数
mov bx, cx
add bx,di ;检测传送是否在一个页内
jnc Dump-In-One-Page
sub cx,bx ;CX=本页字节数，BX=下页字节数
shr cx,1 ;CX/2=字数
rep movsw ;本页内的传送
adc cx,0
rep movsb ;处理可能的奇数字节数
inc ah ;调整页号
call dword ptr cs:-PageSelect
mov cx,bx ;新页内要写的字节数
jcxz Dump-Done
Dump-In-One-Page:
shr cx,1 ;CX/2=字数
rep movsw ;图像传送
adc cx,0
rep movsb ;处理可能的奇数字节数
Dump-Done:
pop di
pop si
pop es
pop ds
mov sp,bp
pop bp
ret
LineDump endp

二、表格驱动的基本思想
根据上面的分析，用以驱动显示系统的表格，至少应当包含下列项目:
(1)实际显示模式:vga-mode
(2)水平分辨率:vga-width
(3)垂直分辨率:vga-depth
(4)页选择例程的入口地址:PageSelect
(5)当前显示方式所使用的最大页号:vga-pages
这个表格由图形初始化例程来填写。图形初始化例程接收的显示模式是统一的模式号，这样可以撇开具体的设备，如InitVGA(TVGA800×600)。该例程调用显示设备检测程序DetectVGA来判断显示器的类型，从而填写表格中的各栏目，并初始化图形系统为所需的图形方式。所有图形算法都要查此表。
除了用上述方法来实现兼容外，视频电子学标准协会(VESA)为我们提供了另一种方法。
VESA
提供了一组附加的BIOS功能，这组功能以标准的方式访问SuperVGA扩充的模式。VESA的附加功能都是通过BIOS中断10H的4FH功能来实现的。VESA的子功能01能返回非常有用的SuperVGA模式信息，包括分页例程的地址。
因此，程序员可以按照VESA的标准来编写图形系统，这样的程序可以在所有支持VESA的显示器上运行。由于VESA包括了世界上的主要VGA供应商，写出来的程序可移植性是很好的。但是，其效率却可能是最低的。所以最好采用一种折衷的办法，对于熟悉的产品，可以不用VESA的功能，对于不熟悉(资料不全)或检测不出来的显示器尝试用VESA提供的手段来编程，当然要检测显示设备是否支持VESA。
有时出于某种考虑，不希望支持所有显示设备的代码集中在一个程序中，可以为每个显示设备分别提供驱动模块，主程序根据检测的结果选择一个合适的模块加载。Borland的C++就是这样，它有一套BGI驱动程序，各驱动程序提供统一的图形函数接口。笔者在实际工作中，为每一种显示设备编写了一个256色的BGI格式的驱动程序，这样，在编写图形系统时，再也没有必要考虑用户的实际显示设备了。
三、范例
本文附有两个图形显示的例子。ShowGif能显示16/256色GIF格式图像，能以任何256色模式启动，支持多种显示器。图像可以漫游，并可随时通过按键切换显示方式。Main则是一个BGI驱动的鼠标/键盘控制的256色汉字图形菜单。它自己会挑选一个合适的BGI，也可以从命令行指定一个BGI(比如指定VESA256给TVGA显示器)。
限于篇幅，这里仅给出有关的数据结构和部分函数的说明(程序2)。然后给出一个初始化显
示系统的C语言片断(程序3)。
程序2(TVGA256.H):
/* 统一的模式集 */
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
};
/* 对应的BGI驱动程序名 */
unsigned char *Drivers[]={
"TVGA256",
"TVGA256",
"AVGA256",
...
"VESA256",
};
extern int DetectVGA(void);
/* 功能:检测显示卡的型号
返回值:0-Unknowm1-Trident VGA2-Paradise VGA
...
x-不能检测出的VGA，但支持VESA
返回值同时写入全局变量vga-type */
extern int VesaFound(void);
/* 功能:检测VESA BIOS的存在性
返回:0-不支持VESA；
其它-VESA版本号(0x0102即1.02版)；
返回值同时写入全程变量vesa-found. */
extern void InitVesa(void);
/* 功能:初始化VESA.根据-vga-mode模式号换算成VESA的标准模式号填写页粒度(WinGranularity)，页大小(WinSize),
和分页例程的入口地址(WinFuncPtr)
VESA的标准模式解释如下:
100h-640x400 256
101h-640x480 256
102h-800x600 16
103h-800x600 256
104h-1024x768 16
105h-1024x768 256 etc.
InitVesa供给InitVGA调用 */
extern void InitVGA(int mode);
/* 功能:初始化显示系统(自动调用DetectVGA检测显示卡)
参数:mode=TVGA320x200(0)
TVGA640x400(1)
TVGA640x480(2)
TVGA800x600(3)
TVGA1024x768(4)
返回:InitVGA没有显式的返回值，但它初始化下列全程变量:
vga-mode,vga-width,vga-depth,vga-pages,PageSelect
必要时自动调用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(初始化显示系统的程序片断):
...
int GraphDriver, GraphMode;
unsigned char *bgiDriver="PVGA256";
bgiDriver=Drivers[DetectVGA()];
GraphDriver=installuserdriver(bgiDriver,NULL);
GraphMode=TVGA800x600;
initgraph(&GraphDriver, &GraphMode," ");...

参考文献
1 来文占等编译.Super VGA高级编程指南.北京:北京科海培训中心，1991.5.
2 张一波编译.Super VGA与VESA编程指南.北京:海洋出版社，1992