Windows Mobile下的重力感应器(Gravitational Sensor)开发

2022-02-26 02:33:04

背景

重力感应器(Gravitational Sensor，简称为GSensor)，类似于Accelerometer和Tilt Sensor，用于测量倾斜度的感应器。严格定义来说，Accelerometer和Tilt Sensor是有区别的，Accelerometer可以测量三维，而Tilt Sensor只能测量二维。术语的定义见 Accelerometer 和 Tilt_sensor。

Accelerometer被广泛用于手机等移动设备上，同时用于Wii的手柄上，Wii游戏的移动就是根据Accelerometer测量的数据进行移动的。

简介

重力感应器(Gravitational Sensor, Accelerometer)已经被广泛应用于Windows Mobile设备上，可是由于MS没有官方定义和提供统一的API，为重力感应器的开发带来不便，本文讲述如何在HTC和Samsung设备上进行重力感应器的开发，实现统一访问了GSensor的类库，在实现过程中使用了Singleton，Simple Factory和Observer模式。

原理

根据设备的内在能力，Accelerometer能够测量一维，二维或者三维的重力加速度。关于 Accelerometer的原理可以参考wikipedia的文章Accelerometer，我不详细介绍了，我主要介绍一下软件开发相关的。

图1 源自于《Samsung Mobile Innovator Windows Mobile API Programming Guide》

从上图可以看出重力信息只是和设备本身有关，和设备在相对位置无关。例如设备平放在水平的桌面上，对这长的屏幕前后移动设备（如下图2），Y轴会发生变化。

图2 源自于 Windows Mobile Unified Sensor API

另外的情况，设备长的屏幕垂直放（如下图3），上下移动，也是Y轴在发生变化。

图3 源自于 Windows Mobile Unified Sensor API

Samsung 的手机可以输入 *#0*# 启动LCD Test 程序来测试Accelerometer的运行状况。

原罪

Windows Mobile 6.5及以下的设备，是没有统一的API操作GSensor，MS一直没有统一包括GSensor在内的所有Sensor的接口（其他Sensors包括Light Sensor，Stylus Sensor等等），甚至连WM7也没有官方答复，关于MS的答复可以参考下面链接 Windows Mobile finally getting a Unified Sensor API, support for capacitive screens? Update: Answer – No.

没有统一的API，各个手机硬件厂商都需要开发自己的API，其中以HTC和samsung最为出名。开始的时候，各个厂商都不公开自己的API，导致Windows Mobile的开发人员只能通过反向工程(Reverse Engineering)等非正当手段获取API，哪怕获取了厂商的API，开发的程序也不能同时支持多种硬件设备。幸运的是Koush 封装了一个托管版本的 Windows Mobile Unified Sensor API ，同时支持HTC和Samsung。下面我会介绍如何使用native c++分别调用HTC和Samsung的GSensor API。

Samsung GSensor API

Samsung已经公开了自己的API，可以在 Samsung Mobile Innovator Windows Mobile SDK 1.1 注册下载和安装。里面包含的Samsung官方的GSensor API。使用Samsung的API需要安装一个Cab。Cab在 C:\Program Files\Samsung Windows Mobile SDK\redist\smi_wm_sdk_redist_1_1_0.cab

GSensor API定义见 C:\Program Files\Samsung Windows Mobile SDK\inc\smiAccelerometer.h

取GVector信息

GVector SamsungGSensor::GetGVector()

{

SmiAccelerometerVector accel; 
if(SmiAccelerometerGetVector(&accel) == SMI_SUCCESS)

{

GVector gVector;

gVector.x = accel.x;

gVector.y = accel.y;

gVector.z = accel.z;

return gVector;    

}
throw;

}

调用SmiAccelerometerGetVector() API取出GVector信息。

订阅GVector信息

Samsung的API提供订阅功能。

void SamsungGSensor::Register()

{

SmiAccelerometerCapabilities cap; 
if( SmiAccelerometerGetCapabilities(&cap) != SMI_SUCCESS) 

{
throw;

}

SmiAccelerometerHandler h = &GetVectorHandler;

if(SmiAccelerometerRegisterHandler(1000, h) != SMI_SUCCESS)

{
throw;

}

//Execute the task every second.

//Start(1000);
}

SmiAccelerometerGetCapabilities()函数检查GSensor的情况，SmiAccelerometerRegisterHandler()注册GetVectorHandler处理函数定期取出GVector信息，SmiAccelerometerRegisterHandler()的第一个参数为interval（取数据的间隔），第二个为回调处理函数，该函数只能为static。

void SamsungGSensor::Unregister()

{

SmiAccelerometerUnregisterHandler();

//Stop();
}

上面是反注册函数。

void SamsungGSensor::GetVectorHandler(SmiAccelerometerVector accel)

{

GVector gVector;

gVector.x = accel.x;

gVector.y = accel.y;

gVector.z = accel.z;

SamsungGSensor::GetInstance()->GVectorChanged(gVector);

}

这是回调函数，定义如下：

private:
static void GetVectorHandler(SmiAccelerometerVector accel);

由于SmiAccelerometerRegisterHandler()注册的回调函数只能是static的，所以我在开发SamsungGSensor的时候不得不把这个类做成Singleton，否则static函数没法取出对象的实例指针了。

运行于Samsung机器的界面。

HTC GSensor API

目前为止（2009年7月），HTC还没有公开Sensor的APIs，所以这些API都是通过反向工程(Reverse Engineering)出来的，使用有风险，自己承担。

API的定义生成和清理

private:
// The following PInvokes were ported from the results of the reverse engineering done

// by Scott at scottandmichelle.net.

// Blog post: http://scottandmichelle.net/scott/comments.html?entry=784
typedef HANDLE (WINAPI * PFN_HTCSensorOpen)(DWORD);
typedef void (WINAPI * PFN_HTCSensorClose)(HANDLE);
typedef DWORD (WINAPI * PFN_HTCSensorGetDataOutput)(HANDLE, PSENSORDATA);


PFN_HTCSensorOpen           pfnHTCSensorOpen;

PFN_HTCSensorClose          pfnHTCSensorClose;

PFN_HTCSensorGetDataOutput  pfnHTCSensorGetDataOutput;

#define SENSOR_DLL      L"HTCSensorSDK.dll"

HTCGSensor::HTCGSensor(void)

{

HMODULE hSensorLib = LoadLibrary(SENSOR_DLL);

if (hSensorLib == NULL)

{

printf("Unable to load HTC Sensor DLL");
throw;

}


pfnHTCSensorOpen = (PFN_HTCSensorOpen)

GetProcAddress(hSensorLib, L"HTCSensorOpen");

pfnHTCSensorClose = (PFN_HTCSensorClose)

GetProcAddress(hSensorLib, L"HTCSensorClose");

pfnHTCSensorGetDataOutput = (PFN_HTCSensorGetDataOutput)

GetProcAddress(hSensorLib, L"HTCSensorGetDataOutput");

if (pfnHTCSensorOpen == NULL ||

pfnHTCSensorClose == NULL ||

pfnHTCSensorGetDataOutput == NULL)

{

printf("Unable to find entry point");
throw;

}


sensorHandle = NULL;

sensorHandle = pfnHTCSensorOpen(HTC_GSensor);

}


HTCGSensor* HTCGSensor::Create()

{

HANDLE hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, L"HTC_GSENSOR_SERVICESTART");
if (hEvent == NULL || GetLastError() != ERROR_ALREADY_EXISTS)

{

printf("Unable to create Sensor Event");
throw;

}

SetEvent(hEvent);

CloseHandle(hEvent);

return new HTCGSensor();

}


HTCGSensor::~HTCGSensor(void)

{
if(sensorHandle != NULL)

{

pfnHTCSensorClose(sensorHandle);

sensorHandle = NULL;

}


HANDLE hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, L"HTC_GSENSOR_SERVICESTOP");
if (hEvent == NULL || GetLastError() != ERROR_ALREADY_EXISTS)

{

printf("Unable to stop Sensor Event");
throw;

}


SetEvent(hEvent);

CloseHandle(hEvent);

}

HTCGSensor()构造函数加载DLL和生成函数调用的入口指针。Create()函数启动Sensor。~HTCGSensor()释放资源。

取GVector信息

GVector HTCGSensor::GetGVector()

{

GVector gVector;

SENSORDATA data;

pfnHTCSensorGetDataOutput(sensorHandle, &data);

// HTC's Sensor returns a vector which is around 1000 in length on average..

// but it really depends on how the device is oriented.

// When simply face up, my Diamond returns a vector of around 840 in length.

// While face down, it returns a vector of around 1200 in length.

// The vector direction is fairly accurate, however, the length is clearly not extremely precise.
float htcScaleFactor = 1.0 / 1000.0 * 9.8;

gVector.x = data.TiltX * htcScaleFactor;

gVector.y = data.TiltY * htcScaleFactor;

gVector.z = data.Orientation * htcScaleFactor;
return gVector;

}

订阅GVector信息

由于HTC的API不提供订阅功能，所以我封装了一个ThreadTask(线程任务)类，负责生成一个线程，该线程定期执行任务，在这个场景下定期任务用于取GVector信息。

#include <Windows.h>

class ThreadTask

{
public:

ThreadTask();

~ThreadTask(void);

private:

HANDLE    mProcEvent;


HANDLE    mThreadHnd;

DWORD    mThreadId;
bool    mThreadHalt;
int     mInterval;
bool    mStarted;

public:
void ProcessTask();
void Start(int interval);
void Stop();
virtual void Process() {};

};

//    Thread methods
DWORD WINAPI ProcessThread(void *param)

{
if (param)

{

ThreadTask* thread = (ThreadTask*)param;

thread->ProcessTask();

}
return 0;

}



ThreadTask::ThreadTask() :

mProcEvent(INVALID_HANDLE_VALUE),

mThreadHnd(NULL),

mThreadId(0),

mThreadHalt(false),

mInterval(0),

mStarted(false)

{


}


ThreadTask::~ThreadTask(void)

{

Stop();

}

void ThreadTask::Start(int interval)

{
if(!mStarted)

{

mStarted = true;

mInterval = interval;

mProcEvent = CreateEvent(NULL, true, false, NULL);            //    manual reset, initial state reset
mThreadHnd = CreateThread(NULL, 0, &ProcessThread, this, CREATE_SUSPENDED, &mThreadId);

if (mThreadHnd)

{

SetThreadPriority(mThreadHnd,THREAD_PRIORITY_NORMAL);

ResumeThread(mThreadHnd);

}

}

}

void ThreadTask::Stop()

{
if(mStarted)

{

mThreadHalt = true;

// Signal the event
SetEvent(mProcEvent);

// Wait for the Thread to Die
WaitForSingleObject(mThreadHnd, INFINITE);

CloseHandle(mThreadHnd);


CloseHandle(mProcEvent);

mStarted = false;

}

}

void ThreadTask::ProcessTask()

{
while (!mThreadHalt)

{

WaitForSingleObject(mProcEvent, mInterval); //INFINITE
ResetEvent(mProcEvent);

//process by subclass
Process();

}

}

作为ThreadTask的子类只需要知道interval来启动Thread，然后重写处理定时任务函数(Override Process() )。ThreadTask可以用于Windows Mobile开发下的很多场景下。

void HTCGSensor::Register()

{

Start(1000);

}

void HTCGSensor::Unregister()

{

Stop();

}

void HTCGSensor::Process()

{

GVectorChanged(GetGVector());

}

Sensors工厂

Client不需要知道具体那个厂家(HTC or Samsung)的Sensor，只需要调用工厂类生成Sensor类。

class GSensorFactory

{
public:
static IGSensor* CreateGSensor();

};

IGSensor* GSensorFactory::CreateGSensor()

{
try
{
return SamsungGSensor::GetInstance();

}
catch(...)

{

}
try
{
return HTCGSensor::Create();

}
catch(...)

{

}
return NULL;

}

自动生产相应的Sensor的对象。

LRESULT CSensorTesterView::OnInitDialog(UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam, BOOL& bHandled)

{

gSensor = GSensorFactory::CreateGSensor();
if(NULL == gSensor)

{

MessageBox(L"Can not Initialise GSensor.");

}
return TRUE;

}

Client只是调用工厂类生产Sensor对象。

Observer模式

为Client提供一个当GVector发生改变时自动通知更新的功能，这里使用了Observer模式，我使用了一个开源的类 Experiences of Implementing the Observer Design Pattern (Part 3) ,这个类具有很多优点，类型安全(type safe)，泛型(generic)，任意参数类型和任意参数数量，回传Sender的指针等等，代码在这里下载http://tse3.sourceforge.net/doc/api/TSE3__Notifier.html

class IGSensor;
/**

*  Oberver interface for Gravitation Sensor.

*

*/
class IGSensorListener

{
public:
typedef IGSensor notifier_type;

virtual void IGSensor_GVectorChanged(IGSensor* gSensor, GVector gVector) {};

};

这是Listener，也就是我们常说的Abstract Observer。需要定义notifier_type和定义回调接口。

/**

*  Interface of Gravitation Sensor.

*

*/
class IGSensor : 
public Notifier<IGSensorListener>,
public ThreadTask

{
public:

IGSensor(void);

~IGSensor(void);

public:
virtual GVector GetGVector() = 0;
virtual void Register() = 0;
virtual void Unregister() = 0;

protected:
void GVectorChanged(GVector gVector);

};

这是Notifier也就是Subject，需要继承 Notifier<IGSensorListener>。

class CSensorTesterView : 
public Listener<IGSensorListener>

{
public:
virtual void IGSensor_GVectorChanged(IGSensor* gSensor, GVector gVector) override;

LRESULT OnInitDialog(UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam, BOOL& bHandled);

};

LRESULT CSensorTesterView::OnInitDialog(UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam, BOOL& bHandled)

{  

gSensor->Register();

attachTo(gSensor);
return TRUE;

}

上面显示的是client类，为了演示把一些Observer模式无关的代码删除掉，完整代码可以下载源代码。client类需要继承public Listener<IGSensorListener>，重写IGSensor_GVectorChanged()函数和调用attachTo()函数进行注册。

一个统一访问GSensor的类库和实例代码就完成了。由于没有HTC的机器，如果谁能为我提供一个测试，我会衷心感谢他。

关于Mobile Sensors API项目

这个项目还是在起步阶段，当前实现了samsung的重力感应器，我把项目host到 Mobile Sensors API - Native unified APIs for Windows Mobile Sensors 了，我会持续改进，把各种sensors的实现到这个项目中。

由于我手头上没有HTC的机器，如果谁有兴趣可以加入到项目中帮我测试HTC设备，由于加入了Unit Test，测试变得很简单，只需要执行程序，参考测试输出文件就可以了，不需要调试。当然这个测试过程是一个不断迭代的过程，只是Unit Test把子过程简单化了。

源代码：http://mobilesensor.codeplex.com/SourceControl/ListDownloadableCommits.aspx

环境：VS2008 + WM 6 professional SDK + Samsung Windows Mobile SDK

本文转自Jake Lin博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/procoder/archive/2009/07/28/1532592.html，如需转载请自行联系原作者

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API的定义生成和清理

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订阅GVector信息

Sensors工厂

Observer模式

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