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嵌入式Linux系統(tǒng)中的GUI系統(tǒng)的研究與移植
來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：北京航空航天大學(xué) 徐廣毅 張曉林 崔迎煒 楊欣昕 吳小偉摘要：針對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)中幾種常見(jiàn)的GUI（Graphic User Interface）系統(tǒng)，討論嵌入式GUI實(shí)現(xiàn)的底層技術(shù)方式；詳細(xì)分析Microwindows、MiniGUI、Qt/Embedded等三種GUI的實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)、API接口。結(jié)合這三種嵌入式GUI在以Motorola i,MX1為核心的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中移植開(kāi)發(fā)的問(wèn)題，討論移植技術(shù)與中文化技術(shù)。
引言
嵌入式GUI為嵌入式系統(tǒng)提供了一種應(yīng)用于特殊場(chǎng)合的人們交互接口。嵌入式GUI要求簡(jiǎn)單、直觀、可靠、占用資源小且反應(yīng)快速，以適應(yīng)系統(tǒng)硬件資源有限的條件。另外，由于嵌入式系統(tǒng)硬件本身的特殊性，嵌入式GUI應(yīng)具備高度可移植性與可裁減性，以適應(yīng)不同的硬件條件和使用需求�？傮w來(lái)講，嵌入式GUI具備以下特點(diǎn)：
*體積��；
*運(yùn)行時(shí)耗用系統(tǒng)資源小；
*上層接口與硬件無(wú)關(guān)，高度可移植；
*高可靠性；
*在某些應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)具備實(shí)時(shí)性。
1 基于嵌入式Linux的GUI系統(tǒng)底層實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)
一個(gè)能夠移植到多種硬件平臺(tái)上的嵌入式GUI系統(tǒng)，應(yīng)用至少抽象出兩類設(shè)備：基于圖形顯示設(shè)備（如VGA卡）的圖形抽象層GAL（Graphic Abstract Layer），基于輸入設(shè)備（如鍵盤(pán)，觸摸層等）的輸入抽象層IAL（Input Abstract Layer）。GAL層完成系統(tǒng)對(duì)具體的顯示硬件設(shè)備的操作，極大程度上隱蔽各種不同硬件的技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，為誚程序開(kāi)發(fā)人員提供統(tǒng)一的圖形編程接口。IAL層則需要實(shí)現(xiàn)對(duì)于各類不同輸入設(shè)備的控制操作，提供統(tǒng)一的調(diào)用接口。GAL層與IAL層的設(shè)計(jì)概念，可以極大程序地提高嵌入式GUI的可移植性，如圖1所示。
目前應(yīng)用于嵌入式Linux系統(tǒng)中比較成熟，功能也比較強(qiáng)大的GUI系統(tǒng)底層支持庫(kù)有SVGA lib、LibGGI、Xwindow、framebuffer等。
2 三種嵌入式GUI系統(tǒng)的分析與比較
2．1 Microwindows
Microwindows是一個(gè)典型的基于Server/Clinent體系結(jié)構(gòu)的GUI系統(tǒng)，基本分為三層，如圖2所示。
最底層是面向圖形顯示和鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或觸摸屏的驅(qū)動(dòng)程序；中間層提供底層硬件的抽象接口，并進(jìn)行窗口管理；最高層分別提供兼容于X Window和ECMA APIW（Win32子集）的API。其中使用Nano-X接口的API與X接口兼容，但是該接口沒(méi)有提供窗口管理，如窗口移動(dòng)和窗口剪切等高級(jí)功能，系統(tǒng)中需要首先啟動(dòng)nano-X的Server程序nanoxserver和窗口管理程序nanowm。用戶程序連接nano-X的Server獲得自身的窗口繪制操作。使用ECMA APIW編寫(xiě)的應(yīng)用程序無(wú)需nanox-server和nanowm，可直接運(yùn)行。
Microwindows提供了相對(duì)完善的圖形功能和一些高級(jí)的特性，如Alpha混合、三維支持和TrueType字體支持等。該系統(tǒng)為了提高運(yùn)行速度，也改進(jìn)了基于Socket套接字的X實(shí)現(xiàn)模式，采用了基于消息機(jī)制的Server/Client傳輸機(jī)制。Microwindows也有一些通用的窗口控件，但其圖形引擎存在許多問(wèn)題，可以歸納如下：
*無(wú)任何硬件加速能力；
*圖形引擎中存在許多低效算法，如在圓弧圖函數(shù)的逐點(diǎn)判斷剪切的問(wèn)題。
由于該項(xiàng)目缺乏一個(gè)強(qiáng)有力的核心代碼維護(hù)人員，2003年Microwindows推出版本0.90后，該項(xiàng)目的發(fā)展開(kāi)始陷于停滯狀態(tài)。
2.2 MiniGUI
MiniGUI是由國(guó)內(nèi)自由軟件開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，目標(biāo)是為基于Linux的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)提供一個(gè)輕量級(jí)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。MiniGUI的體系架構(gòu)如圖3所示。
MiniGUI分為最底層的GAL層和IAL層，向上為基于標(biāo)準(zhǔn)POSIX接口中pthread庫(kù)的Mini-thread架構(gòu)和基于Server/Client的Mini-Lite架構(gòu)。其中前者受限于thread模式對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的可靠性影響——進(jìn)程中某個(gè)thread的意外錯(cuò)誤可能導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)程的崩潰，該架構(gòu)應(yīng)用于系統(tǒng)功能較為單一的場(chǎng)合。Mini-Lite應(yīng)用于多進(jìn)程的應(yīng)用場(chǎng)合，采用多進(jìn)程運(yùn)行方式設(shè)計(jì)的Server/Client架構(gòu)能夠較好地解決各個(gè)進(jìn)程之間的窗口管理、Z序剪切等問(wèn)題。MiniGUI還有一種從Mini-Lite衍生出的standalone運(yùn)行模式。與Lite架構(gòu)不同的是，standalone模式一次只能以窗口最大化的方式顯示一個(gè)窗口。這在顯示屏尺寸較小的應(yīng)用場(chǎng)合具有一定的應(yīng)用意義。
MiniGUI的GAL層技術(shù)SVGA lib、LibGGI、基于framebuffer的native圖形引擎以及啞圖形引擎等，對(duì)于Trolltech公司的QVFB在X Window下也有較好的支持。IAL層則支持Linux標(biāo)準(zhǔn)控制臺(tái)下的GPM鼠標(biāo)服務(wù)、觸摸屏、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)等。
MiniGUI下豐富的控件資源也是MiniGUI的特點(diǎn)之一。當(dāng)前MiniGUI的最新版本是1.3.3。該版本的控件中已經(jīng)添加了窗口皮膚、工具條等桌面GUI中的高級(jí)控件支持。
2．3 QT/Embedded
Qt/Embedded是著名的Qt庫(kù)開(kāi)發(fā)商Trolltech公司開(kāi)發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本。因?yàn)镼t是KDE等項(xiàng)目使用的GUI支持庫(kù)，許多基于Qt的X Window程序因此可以非常方便地移植到Qt/Embedded上。Qt/Embedded同樣是
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