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

￡神魔★判官ぃ 2021-11-22 04:24 332阅读 0赞

# 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][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。

[![acc3][]][acc3 1]

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。

[![acc2][]][acc2 1]

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。

[![acc1][]][acc1 1]

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.][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。

[![acc5][]][acc5 1]

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)][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][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][http_mobilesensor.codeplex.com_SourceControl_ListDownloadableCommits.aspx]

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

转载于:https://www.cnblogs.com/procoder/archive/2009/07/28/1532592.html

[Accelerometer]: http://en.wikipedia.org/wiki/Accelerometer
[Tilt_sensor]: http://en.wikipedia.org/wiki/Tilt_sensor
[acc3]: /images/20211122/fd2d15c994ba446ea8504df9aa53fe04.png
[acc3 1]: http://images.cnblogs.com/cnblogs_com/procoder/WindowsLiveWriter/Sensor_9B74/acc3_2.png
[acc2]: /images/20211122/a4e594b6b5884ca5808c3eb821d0e274.png
[acc2 1]: http://images.cnblogs.com/cnblogs_com/procoder/WindowsLiveWriter/Sensor_9B74/acc2_2.jpg
[Windows Mobile Unified Sensor API]: http://sensorapi.codeplex.com/
[acc1]: /images/20211122/ad815d642ec04d4c97b779a7830ffb16.png
[acc1 1]: http://images.cnblogs.com/cnblogs_com/procoder/WindowsLiveWriter/Sensor_9B74/acc1_2.jpg
[Windows Mobile finally getting a Unified Sensor API_ support for capacitive screens_ Update_ Answer _ No.]: http://wmpoweruser.com/?p=4132
[Koush]: http://www.codeplex.com/site/users/view/Koush
[Samsung Mobile Innovator Windows Mobile SDK 1.1]: http://innovator.samsungmobile.com/down/cnts/toolSDK.detail.view.do?platformId=2&cntsId=2483
[acc5]: /images/20211122/c3b2de17feee46a7952edce058734db1.png
[acc5 1]: http://images.cnblogs.com/cnblogs_com/procoder/WindowsLiveWriter/Sensor_9B74/acc5_2.png
[Experiences of Implementing the Observer Design Pattern _Part 3]: http://accu.org/index.php/journals/464
[http_tse3.sourceforge.net_doc_api_TSE3_Notifier.html]: http://tse3.sourceforge.net/doc/api/TSE3__Notifier.html
[Mobile Sensors API - Native unified APIs for Windows Mobile Sensors]: http://mobilesensor.codeplex.com/
[http_mobilesensor.codeplex.com_SourceControl_ListDownloadableCommits.aspx]: http://files.cnblogs.com/procoder/SensorTester.rar