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

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

posted @ 2009-07-28 08:23 Jake Lin 阅读(9317) 评论(40) 编辑收藏举报

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Samsung GSensor API

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HTC GSensor API

API的定义生成和清理

取GVector信息

订阅GVector信息

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Observer模式

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