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嵌入式Linux系统中的GUI系统的研究与移植

2017-08-27 01:53 来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：北京航空航天大学 徐广毅 张晓林 崔迎炜 杨欣昕 吴小伟
摘要：针对嵌入式Linux系统中几种常见的GUI（Graphic User Interface）系统，讨论嵌入式GUI实现的底层技术方式；详细分析Microwindows、MiniGUI、Qt/Embedded等三种GUI的实现特点、体系结构、API接口。结合这三种嵌入式GUI在以Motorola i,MX1为核心的实际应用系统中移植开发的问题，讨论移植技术与中文化技术。

引言

嵌入式GUI为嵌入式系统提供了一种应用于特殊场合的人们交互接口。嵌入式GUI要求简单、直观、可靠、占用资源小且反应快速，以适应系统硬件资源有限的条件。另外，由于嵌入式系统硬件本身的特殊性，嵌入式GUI应具备高度可移植性与可裁减性，以适应不同的硬件条件和使用需求。总体来讲，嵌入式GUI具备以下特点：

*体积小；

*运行时耗用系统资源小；

*上层接口与硬件无关，高度可移植；

*高可靠性；

*在某些应用场合应具备实时性。

1 基于嵌入式Linux的GUI系统底层实现基础

一个能够移植到多种硬件平台上的嵌入式GUI系统，应用至少抽象出两类设备：基于图形显示设备（如VGA卡）的图形抽象层GAL（Graphic Abstract Layer），基于输入设备（如键盘，触摸层等）的输入抽象层IAL（Input Abstract Layer）。GAL层完成系统对具体的显示硬件设备的操作，极大程度上隐蔽各种不同硬件的技术实现细节，为诮程序开发人员提供统一的图形编程接口。IAL层则需要实现对于各类不同输入设备的控制操作，提供统一的调用接口。GAL层与IAL层的设计概念，可以极大程序地提高嵌入式GUI的可移植性，如图1所示。

目前应用于嵌入式Linux系统中比较成熟，功能也比较强大的GUI系统底层支持库有SVGA lib、LibGGI、Xwindow、framebuffer等。

2 三种嵌入式GUI系统的分析与比较

2．1 Microwindows

Microwindows是一个典型的基于Server/Clinent体系结构的GUI系统，基本分为三层，如图2所示。

最底层是面向图形显示和键盘、鼠标或触摸屏的驱动程序；中间层提供底层硬件的抽象接口，并进行窗口管理；最高层分别提供兼容于X Window和ECMA APIW（Win32子集）的API。其中使用Nano-X接口的API与X接口兼容，但是该接口没有提供窗口管理，如窗口移动和窗口剪切等高级功能，系统中需要首先启动nano-X的Server程序nanoxserver和窗口管理程序nanowm。用户程序连接nano-X的Server获得自身的窗口绘制操作。使用ECMA APIW编写的应用程序无需nanox-server和nanowm，可直接运行。

Microwindows提供了相对完善的图形功能和一些高级的特性，如Alpha混合、三维支持和TrueType字体支持等。该系统为了提高运行速度，也改进了基于Socket套接字的X实现模式，采用了基于消息机制的Server/Client传输机制。Microwindows也有一些通用的窗口控件，但其图形引擎存在许多问题，可以归纳如下：

*无任何硬件加速能力；

*图形引擎中存在许多低效算法，如在圆弧图函数的逐点判断剪切的问题。

由于该项目缺乏一个强有力的核心代码维护人员，2003年Microwindows推出版本0.90后，该项目的发展开始陷于停滞状态。

2.2 MiniGUI

MiniGUI是由国内自由软件开发人员设计开发的，目标是为基于Linux的实时嵌入式系统提供一个轻量级的图形用户界面支持系统。MiniGUI的体系架构如图3所示。