嵌入式Linux系統(tǒng)的圖形用戶界面

當(dāng)今，在設(shè)計(jì)嵌入式產(chǎn)品的圖形用戶界面時(shí)，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(gè)跨平臺(tái)的C++圖形界面應(yīng)用程序框架。它實(shí)際上是一個(gè)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(shí)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(jì)成為一件非常輕松的事情。

在Qt中，對(duì)象之間進(jìn)行通信采用了一種被稱作信號(hào)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(duì)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(hào)與槽機(jī)制采取了這樣的方式：一個(gè)類可以定義多個(gè)信號(hào)和多個(gè)槽，信號(hào)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(shí)現(xiàn)它們之間的通信時(shí)，就將某個(gè)類的槽與某個(gè)類的信號(hào)連接起來，從而實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)。

Qt/Embedded是Qt的嵌入式版本。因?yàn)镼t是KDE等項(xiàng)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(shí)的Qt/Embedded庫已經(jīng)基本上失去了使用價(jià)值。Qt/Embedded庫目前主要針對(duì)手持式信息終端。因?yàn)閷?duì)硬件加速支持匱乏，很難應(yīng)用到對(duì)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(gè)開源的項(xiàng)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(duì)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(jì)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(dòng)程序，它們直接與顯示和輸入硬件打交道;中間層是一個(gè)可移植的圖形引擎層，它使用最底層提供的功能完成對(duì)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(xiàng)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(duì)完善的圖形功能。

3. MiniGUI

MiniGui是國內(nèi)的一個(gè)自由軟件項(xiàng)目，目前，MiniGui由北京飛漫軟件公司負(fù)責(zé)開發(fā)。MiniGui有兩個(gè)不同架構(gòu)的版本。最初的MiniGui運(yùn)行在PThread庫之上，這個(gè)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(gè)版本允許在不同的進(jìn)程中創(chuàng)建應(yīng)用程序，但同時(shí)只能有一個(gè)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?yàn)镸iniGui客戶/服務(wù)器體系在一個(gè)進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)，所以稱之為微客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在MiniGui中，有一個(gè)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(qǐng)求服務(wù)的模式來完成。例如，當(dāng)一個(gè)線程要求桌面線程創(chuàng)建一個(gè)窗口時(shí)，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(qǐng)求的任務(wù)后再通知請(qǐng)求線程這樣一種方式來實(shí)現(xiàn)。

(2)多線程多窗口：MiniGui的窗口包括：主窗口、子窗口、對(duì)話框、控件。MiniGui的主窗口與附屬主窗口對(duì)應(yīng)于一個(gè)單獨(dú)的線程，通過函數(shù)調(diào)用可建立主窗口以及對(duì)應(yīng)的線程，每個(gè)線程都有一個(gè)消息隊(duì)列，屬于同一線程的所有主窗口從這一消息隊(duì)列中獲取消息并由注冊(cè)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(dòng)的系統(tǒng)。擁有單獨(dú)線程與消息隊(duì)列的窗口自創(chuàng)建后就處于消息循環(huán)中，讀取消息隊(duì)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(shí)間了。最初的名字叫FaSTGL，支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，比如MS-DOS、QNX和Linux等，不過目前只支持x86硬件平臺(tái)。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(duì)象集。OpenGui比較適合于基于x86平臺(tái)的實(shí)時(shí)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(shí)間，有些已經(jīng)是比較成熟的產(chǎn)品了，同時(shí)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(jí)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(jià)值。