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嵌入式Linux系統(tǒng)中的GUI系統(tǒng)的研究與移植
來源：單片機及嵌入式系統(tǒng)應用 作者：北京航空航天大學 徐廣毅 張曉林 崔迎煒 楊欣昕 吳小偉摘要：針對嵌入式Linux系統(tǒng)中幾種常見的GUI（Graphic User Interface）系統(tǒng)，討論嵌入式GUI實現(xiàn)的底層技術方式；詳細分析Microwindows、MiniGUI、Qt/Embedded等三種GUI的實現(xiàn)特點、體系結構、API接口。結合這三種嵌入式GUI在以Motorola i,MX1為核心的實際應用系統(tǒng)中移植開發(fā)的問題，討論移植技術與中文化技術。
引言
嵌入式GUI為嵌入式系統(tǒng)提供了一種應用于特殊場合的人們交互接口。嵌入式GUI要求簡單、直觀、可靠、占用資源小且反應快速，以適應系統(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應具備高度可移植性與可裁減性，以適應不同的硬件條件和使用需求。總體來講，嵌入式GUI具備以下特點：
*體積小；
*運行時耗用系統(tǒng)資源小；
*上層接口與硬件無關，高度可移植；
*高可靠性；
*在某些應用場合應具備實時性。
1 基于嵌入式Linux的GUI系統(tǒng)底層實現(xiàn)基礎
一個能夠移植到多種硬件平臺上的嵌入式GUI系統(tǒng)，應用至少抽象出兩類設備：基于圖形顯示設備（如VGA卡）的圖形抽象層GAL（Graphic Abstract Layer），基于輸入設備（如鍵盤，觸摸層等）的輸入抽象層IAL（Input Abstract Layer）。GAL層完成系統(tǒng)對具體的顯示硬件設備的操作，極大程度上隱蔽各種不同硬件的技術實現(xiàn)細節(jié)，為誚程序開發(fā)人員提供統(tǒng)一的圖形編程接口。IAL層則需要實現(xiàn)對于各類不同輸入設備的控制操作，提供統(tǒng)一的調(diào)用接口。GAL層與IAL層的設計概念，可以極大程序地提高嵌入式GUI的可移植性，如圖1所示。
目前應用于嵌入式Linux系統(tǒng)中比較成熟，功能也比較強大的GUI系統(tǒng)底層支持庫有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是一個典型的基于Server/Clinent體系結構的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、鼠標或觸摸屏的驅(qū)動程序；中間層提供底層硬件的抽象接口，并進行窗口管理；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，但是該接口沒有提供窗口管理，如窗口移動和窗口剪切等高級功能，系統(tǒng)中需要首先啟動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編寫的應用程序無需nanox-server和nanowm，可直接運行。
Microwindows提供了相對完善的圖形功能和一些高級的特性，如Alpha混合、三維支持和TrueType字體支持等。該系統(tǒng)為了提高運行速度，也改進了基于Socket套接字的X實現(xiàn)模式，采用了基于消息機制的Server/Client傳輸機制。Microwindows也有一些通用的窗口控件，但其圖形引擎存在許多問題，可以歸納如下：
*無任何硬件加速能力；
*圖形引擎中存在許多低效算法，如在圓弧圖函數(shù)的逐點判斷剪切的問題。
由于該項目缺乏一個強有力的核心代碼維護人員，2003年Microwindows推出版本0.90后，該項目的發(fā)展開始陷于停滯狀態(tài)。
2.2 MiniGUI
MiniGUI是由國內(nèi)自由軟件開發(fā)人員設計開發(fā)的，目標是為基于Linux的實時嵌入式系統(tǒng)提供一個輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。MiniGUI的體系架構如圖3所示。
MiniGUI分為最底層的GAL層和IAL層，向上為基于標準POSIX接口中pthread庫的Mini-thread架構和基于Server/Client的Mini-Lite架構。其中前者受限于thread模式對于整個系統(tǒng)的可靠性影響——進程中某個thread的意外錯誤可能導致整個進程的崩潰，該架構應用于系統(tǒng)功能較為單一的場合。Mini-Lite應用于多進程的應用場合，采用多進程運行方式設計的Server/Client架構能夠較好地解決各個進程之間的窗口管理、Z序剪切等問題。MiniGUI還有一種從Mini-Lite衍生出的standalone運行模式。與Lite架構不同的是，standalone模式一次只能以窗口最大化的方式顯示一個窗口。這在顯示屏尺寸較小的應用場合具有一定的應用意義。
MiniGUI的GAL層技術SVGA lib、LibGGI、基于framebuffer的native圖形引擎以及啞圖形引擎等，對于Trolltech公司的QVFB在X Window下也有較好的支持。IAL層則支持Linux標準控制臺下的GPM鼠標服務、觸摸屏、標準鍵盤等。
MiniGUI下豐富的控件資源也是MiniGUI的特點之一。當前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中的高級控件支持。
2．3 QT/Embedded
Qt/Embedded是著名的Qt庫開發(fā)商Trolltech公司開發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本。因為Qt是KDE等項目使用的GUI支持庫，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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