【IT168技术文档】
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。
作者：Jake.NET
