嵌入式Linux系統(tǒng)的圖形用戶界面

當(dāng)今，在設(shè)計嵌入式產(chǎn)品的圖形用戶界面時，用到的工具主要有以下幾種：

1. Qt/Embedded

Qt是Trolltech公司發(fā)布的一個跨平臺的C++圖形界面應(yīng)用程序框架。它實際上是一個類庫，里面包括了大量的可重用的類，其中既有按鈕、窗口等這些可見類，也有定時器這樣的不可見類和一些抽象類。Qt是完全面向?qū)ο?，擁有良好的擴(kuò)展性與穩(wěn)定性，并支持模塊化編程。我們可以充分利用Qt高度面向?qū)ο蠛湍K化的特征，從繁瑣的X編程中解脫出來，專注于程序本身的內(nèi)容，使Linux下窗口程序設(shè)計成為一件非常輕松的事情。

在Qt中，對象之間進(jìn)行通信采用了一種被稱作信號與槽(Signal-Slot)的方式，這是Qt的重要特征之一。在MS-Windows中，程序通過消息隊列和消息循環(huán)的方式進(jìn)行消息的傳遞與事件的觸發(fā)，而Qt的信號與槽機(jī)制采取了這樣的方式：一個類可以定義多個信號和多個槽，信號就好像是事件，而槽則是響應(yīng)事件的方法，并且和一般的成員函數(shù)沒有太大的區(qū)別。如果需要實現(xiàn)它們之間的通信時，就將某個類的槽與某個類的信號連接起來，從而實現(xiàn)事件驅(qū)動。

Qt/Embedded是Qt的嵌入式版本。因為Qt是KDE等項目使用的GUI庫，所以有許多基于Qt的X Window程序可以非常方便地移植到Qt/Embedded版本上。因此，自從Qt/Embedded以GPL條款形式發(fā)布以來，就有大量的嵌入式Linux開發(fā)商轉(zhuǎn)到了Qt/Embedded系統(tǒng)上。但是Qt/Embedded的問題是過于龐大，盡管Qt/Embedded聲稱可以裁剪到最少630K，但這時的Qt/Embedded庫已經(jīng)基本上失去了使用價值。Qt/Embedded庫目前主要針對手持式信息終端。因為對硬件加速支持匱乏，很難應(yīng)用到對圖形速度、功能和效率要求較高的嵌入式系統(tǒng)中，比如機(jī)頂盒、游戲終端等。

2. MicroWindows/NanoX

MicroWindows是一個開源的項目，由美國Century Software公司主持開發(fā)。MicroWindows能夠在沒有任何操作系統(tǒng)或其他圖形系統(tǒng)支持的情況下運(yùn)行，它能對裸設(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。MicroWindows是分層設(shè)計的，這樣便于用戶按照自己的需求進(jìn)行修改、刪減和增加。它分為三層：最底層是screen、mouse/touchpad和keyboard驅(qū)動程序，它們直接與顯示和輸入硬件打交道;中間層是一個可移植的圖形引擎層，它使用最底層提供的功能完成對畫線、區(qū)域填充、文本、多邊形、區(qū)域裁剪、色彩等的支持;最上層是API，提供給圖形化程序調(diào)用。目前，這些API支持Win32和NanoX接口。這樣一來，它們就與Win32和X Window窗口系統(tǒng)保持了兼容，在這些系統(tǒng)間移植應(yīng)用軟件就要容易得多。

該項目的主要特色在于提供了類似X的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，并提供了相對完善的圖形功能。

3. MiniGUI

MiniGui是國內(nèi)的一個自由軟件項目，目前，MiniGui由北京飛漫軟件公司負(fù)責(zé)開發(fā)。MiniGui有兩個不同架構(gòu)的版本。最初的MiniGui運(yùn)行在PThread庫之上，這個版本適合于功能單一的嵌入式系統(tǒng)，但存在系統(tǒng)健壯性不夠的缺點(diǎn)。在0.9.98版本中，引入了MiniGui-Lite版本，這個版本允許在不同的進(jìn)程中創(chuàng)建應(yīng)用程序，但同時只能有一個進(jìn)程運(yùn)行。

MiniGui具有如下特點(diǎn)：

(1)微客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)：因為MiniGui客戶/服務(wù)器體系在一個進(jìn)程中實現(xiàn)，所以稱之為微客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在MiniGui中，有一個線程，即服務(wù)器線程負(fù)責(zé)維護(hù)全局的窗口列表，而其他線程不能直接修改這些全局的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。而是通過請求服務(wù)的模式來完成。例如，當(dāng)一個線程要求桌面線程創(chuàng)建一個窗口時，該線程通過向桌面線程發(fā)送消息，然后等待桌面線程的相應(yīng)，由桌面線程完成請求的任務(wù)后再通知請求線程這樣一種方式來實現(xiàn)。

(2)多線程多窗口：MiniGui的窗口包括：主窗口、子窗口、對話框、控件。MiniGui的主窗口與附屬主窗口對應(yīng)于一個單獨(dú)的線程，通過函數(shù)調(diào)用可建立主窗口以及對應(yīng)的線程，每個線程都有一個消息隊列，屬于同一線程的所有主窗口從這一消息隊列中獲取消息并由注冊的窗口過程進(jìn)行處理。

(3)消息與消息循環(huán)：MiniGui是典型的消息驅(qū)動的系統(tǒng)。擁有單獨(dú)線程與消息隊列的窗口自創(chuàng)建后就處于消息循環(huán)中，讀取消息隊列中的消息并處理消息，直到接收到特定的消息為止。

4. OpenGUI

OpenGui在Linux系統(tǒng)上已經(jīng)存在了很長的時間了。最初的名字叫FaSTGL，支持多種操作系統(tǒng)平臺，比如MS-DOS、QNX和Linux等，不過目前只支持x86硬件平臺。OpenGui也分為三層。最底層是由匯編編寫的快速圖形引擎;中間層提供了圖形繪制API，包括線條、矩形、圓弧等;第三層用C++編寫，提供了完整的GUI對象集。OpenGui比較適合于基于x86平臺的實時系統(tǒng)，可移植性稍差，目前的發(fā)展也基本停滯。

綜上所述，面向嵌入式Linux的GUI系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了很長時間，有些已經(jīng)是比較成熟的產(chǎn)品了，同時也得到了較為廣泛的利用，例如Qt/Embedded目前已使用到了PDA和手機(jī)產(chǎn)品中，Motorola公司于2003年推出的手機(jī)產(chǎn)品中就使用了Qt/Embedded。而MicorWindows等輕量級的GUI系統(tǒng)在工控機(jī)、機(jī)頂盒等產(chǎn)品中也得以發(fā)揮其價值。