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

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发布时间：2019-06-06

本文共 10399 字，大约阅读时间需要 34 分钟。

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。术语的定义见和。

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，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

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

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

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。幸运的是封装了一个托管版本的，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 
    
      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 ,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

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
    
     , 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
     
       {
   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。