Qt圖形編程基礎(chǔ)之：嵌入式GUI簡介

目前的桌面機操作系統(tǒng)大多有著美觀、操作方便、功能齊全的GUI（圖形用戶界面），例如KDE或者GNOME。GUI（圖形用戶界面）是指計算機與其使用者之間的對話接口，可以說，GUI是當(dāng)今計算機技術(shù)的重大成就。它的存在為使用者提供了友好便利的界面，并大大地方便了非專業(yè)用戶的使用，使得人們從繁瑣的命令中解脫出來，可以通過窗口、菜單方便地進行操作。

而在嵌入式系統(tǒng)中，GUI的地位也越來越重要，但是不同于桌面機系統(tǒng)，嵌入式GUI要求簡單、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來講，嵌入式GUI具備以下特點：

n 體積??；

n 運行時耗用系統(tǒng)資源??；

n 上層接口與硬件無關(guān)，高度可移植；

n 高可靠性；

n 在某些應(yīng)用場合應(yīng)具備實時性。

UNIX環(huán)境下的圖形視窗標(biāo)準(zhǔn)為XWindowSystem，Linux是類UNIX系統(tǒng)，所以頂層運行的GUI系統(tǒng)是兼容X標(biāo)準(zhǔn)的XFree86系統(tǒng)。X標(biāo)準(zhǔn)大致可以劃分XServer、GraphicLibrary（底層繪圖函數(shù)庫）、Toolkits、WindowManager等幾大部分。其好處是具有可擴展性、可移植性等優(yōu)點，但對于嵌入式系統(tǒng)而言無疑太過龐大、累贅、低效。目前流行的嵌入式GUI與X思路不同，這些GUI一般不局限于X標(biāo)準(zhǔn)，更強調(diào)系統(tǒng)的空間和效率。

表12.1歸納了Qt/Embedded的一些優(yōu)缺點。

表12.1 Qt/Embedded分析

Qt/Embedded分析

優(yōu)點

以開發(fā)包形式提供

包括了圖形設(shè)計器、Makefile制作工具、字體國際化工具、Qt的C++類庫等

跨平臺

支持MicrosoftWindows95/98/2000、MicrosoftWindowsNT、MacOSX、Linux、Solaris、HP-UX、Tru64(DigitalUNIX)、Irix、FreeBSD、BSD/OS、SCO、AIX等眾多平臺

類庫支持跨平臺

Qt類庫封裝了適應(yīng)不同操作系統(tǒng)的訪問細節(jié)，這正是Qt的魅力所在

模塊化

可以任意裁減

缺點

結(jié)構(gòu)也過于復(fù)雜臃腫，很難進行底層的擴充、定制和移植

例如：
·盡管Qt/Embedded聲稱，它最小可以裁剪到幾百KＢ，但這時的Qt/Embedded庫已經(jīng)基本失去了使用價值
·它提供的控件集沿用了PC風(fēng)格，并不太適合許多手持設(shè)備的操作要求
·Qt/Embedded的底層圖形引擎只能采用framebuffer，只是針對高端嵌入式圖形領(lǐng)域的應(yīng)用而設(shè)計的
·由于該庫的代碼追求面面俱到，以增加它對多種硬件設(shè)備的支持，造成了其底層代碼比較凌亂，各種補丁較多的問題

提起國內(nèi)的開源軟件，就肯定會提到MiniGUI，它由魏永明先生和眾多志愿者開發(fā)，是一個基于Linux的實時嵌入式系統(tǒng)的輕量級圖形用戶界面支持系統(tǒng)。

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模式對于整個系統(tǒng)的可靠性——進程中某個thread的意外錯誤可能導(dǎo)致整個進程的崩潰，該架構(gòu)應(yīng)用于系統(tǒng)功能較為單一的場合。Mini-Lite應(yīng)用于多進程的應(yīng)用場合，采用多進程運行方式設(shè)計的Server/Client架構(gòu)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(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窗口。這在顯示屏尺寸較小的應(yīng)用場合具有一定的應(yīng)用意義。

MiniGUI的IAL層技術(shù)SVGAlib、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XWindow下也有較好的支持。IAL層則支持Linux標(biāo)準(zhǔn)控制臺下的GPM鼠標(biāo)服務(wù)、觸摸屏、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤等。

MiniGUI下豐富的控件資源也是MiniGUI的特點之一。當(dāng)前MiniGUI的最新版本是1.3.3。在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。對比其他系統(tǒng)，“Mini”是MiniGUI的特色，輕量、高性能和高效率的MiniGUI已經(jīng)應(yīng)用在電視機頂盒、實時控制系統(tǒng)、掌上電腦等諸多場合。

MicrowindowsOpenSourceProject成立的宗旨在于針對體積小的裝置，建立一套先進的視窗環(huán)境，在Linux桌面上通過交叉編譯可以很容易地制作出Microwindows的程序。Microwindows能夠在沒有任何操作系統(tǒng)或其他圖形系統(tǒng)的支持下運行，它能對裸顯示設(shè)備進行直接操作。這樣，Microwindows就顯得十分小巧，便于移植到各種硬件和軟件系統(tǒng)上。

然而Microwindows的免費版本進展一直很慢，幾乎處于停頓狀態(tài)，而且至今為止，國內(nèi)沒有任何一家對Microwindows提供全面技術(shù)支持、服務(wù)和擔(dān)保的專業(yè)公司。

TinyXServer是XFree86Project的一部分，由KeithPachard發(fā)展起來的，而他本身就是XFree86專案的核心成員之一。一般的XServer都過于龐大，因此KeithPackard就以XFree86為基礎(chǔ)，精簡而成TinyXServer，它的體積可以小到幾百KB，非常適合應(yīng)用于嵌入式環(huán)境。

就純XWindowSystem搭配TinyXServer架構(gòu)來說，其最大的優(yōu)點就是具有很好的彈性開發(fā)機制，并能大大提高開發(fā)速度。因為與桌面的X架構(gòu)相同，因此相對于很多以Qt、GTK+、FLTK等為基礎(chǔ)開發(fā)的軟件可以很容易地移植過來。

雖然移植方便，但是卻有體積大的缺點，由于很多軟件本來是針對桌面環(huán)境開發(fā)的，因此無形之中具備了桌面環(huán)境中很多復(fù)雜的功能。因此“調(diào)校”變成采用此架構(gòu)最大的課題，有時候重新改寫可能比調(diào)校所需的時間還短。

表12.2總結(jié)了常見GUI的參數(shù)比較。

表12.2 常見GUI參數(shù)比較

名稱
參數(shù)

MiniGUI

OpenGUI

Qt/Embedded

API（完備性）

Win32（很完備）

私有（很完備）

Qt（C＋＋）（很完備）

函數(shù)庫的典型大小

300KB

300KB

600KB

移植性

很好

只支持x86平臺

較好

授權(quán)條款

LGPL

LGPL

QPL/GPL

系統(tǒng)消耗

小

最小

最大

操作系統(tǒng)支持

Linux

Linux，DOS，QNX

Linux