Qt圖形編程基礎(chǔ)之：嵌入式GUI簡(jiǎn)介

目前的桌面機(jī)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(jì)算機(jī)與其使用者之間的對(duì)話接口，可以說(shuō)，GUI是當(dāng)今計(jì)算機(jī)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(lái)，可以通過(guò)窗口、菜單方便地進(jìn)行操作。

而在嵌入式系統(tǒng)中，GUI的地位也越來(lái)越重要，但是不同于桌面機(jī)系統(tǒng)，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)：

n 體積小；

n 運(yùn)行時(shí)耗用系統(tǒng)資源??；

n 上層接口與硬件無(wú)關(guān)，高度可移植；

n 高可靠性；

n 在某些應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)具備實(shí)時(shí)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(yùn)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(kù)）、Toolkits、WindowManager等幾大部分。其好處是具有可擴(kuò)展性、可移植性等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言無(wú)疑太過(guò)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(qiáng)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(diǎn)。

表12.1 Qt/Embedded分析

Qt/Embedded分析

優(yōu)點(diǎn)

以開發(fā)包形式提供

包括了圖形設(shè)計(jì)器、Makefile制作工具、字體國(guó)際化工具、Qt的C++類庫(kù)等

跨平臺(tái)

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

類庫(kù)支持跨平臺(tái)

Qt類庫(kù)封裝了適應(yīng)不同操作系統(tǒng)的訪問(wèn)細(xì)節(jié)，這正是Qt的魅力所在

模塊化

可以任意裁減

缺點(diǎn)

結(jié)構(gòu)也過(guò)于復(fù)雜臃腫，很難進(jìn)行底層的擴(kuò)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(shí)的Qt/Embedded庫(kù)已經(jīng)基本失去了使用價(jià)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(duì)高端嵌入式圖形領(lǐng)域的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的
·由于該庫(kù)的代碼追求面面俱到，以增加它對(duì)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(bǔ)丁較多的問(wèn)題

提起國(guó)內(nèi)的開源軟件，就肯定會(huì)提到MiniGUI，它由魏永明先生和眾多志愿者開發(fā)，是一個(gè)基于Linux的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的輕量級(jí)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(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——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(duì)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(tái)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(diǎn)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(jí)控件支持。對(duì)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(jī)頂盒、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、掌上電腦等諸多場(chǎng)合。

MicrowindowsOpenSourceProject成立的宗旨在于針對(duì)體積小的裝置，建立一套先進(jìn)的視窗環(huán)境，在Linux桌面上通過(guò)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(yùn)行，它能對(duì)裸顯示設(shè)備進(jìn)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(fèi)版本進(jìn)展一直很慢，幾乎處于停頓狀態(tài)，而且至今為止，國(guó)內(nèi)沒有任何一家對(duì)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(lái)的，而他本身就是XFree86專案的核心成員之一。一般的XServer都過(guò)于龐大，因此KeithPackard就以XFree86為基礎(chǔ)，精簡(jiǎn)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(lái)說(shuō)，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是具有很好的彈性開發(fā)機(jī)制，并能大大提高開發(fā)速度。因?yàn)榕c桌面的X架構(gòu)相同，因此相對(duì)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(guò)來(lái)。

雖然移植方便，但是卻有體積大的缺點(diǎn)，由于很多軟件本來(lái)是針對(duì)桌面環(huán)境開發(fā)的，因此無(wú)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(shí)候重新改寫可能比調(diào)校所需的時(shí)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(kù)的典型大小

300KB

300KB

600KB

移植性

很好

只支持x86平臺(tái)

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