嵌入式Linux系統的圖形用戶(hù)界面

當今，在設計嵌入式產(chǎn)品的圖形用戶(hù)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)跨平臺的C++圖形界面應用程序框架。它實(shí)際上是一個(gè)類(lèi)庫，里面包括了大量的可重用的類(lèi)，其中既有按鈕、窗口等這些可見(jiàn)類(lèi)，也有定時(shí)器這樣的不可見(jiàn)類(lèi)和一些抽象類(lèi)。Qt是完全面向對象，擁有良好的擴展性與穩定性，并支持模塊化編程。我們可以充分利用Qt高度面向對象和模塊化的特征，從繁瑣的X編程中解脫出來(lái)，專(zhuān)注于程序本身的內容，使Linux下窗口程序設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(chēng)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(guò)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的信號與槽機制采取了這樣的方式：一個(gè)類(lèi)可以定義多個(gè)信號和多個(gè)槽，信號就好像是事件，而槽則是響應事件的方法，并且和一般的成員函數沒(méi)有太大的區別。如果需要實(shí)現它們之間的通信時(shí)，就將某個(gè)類(lèi)的槽與某個(gè)類(lèi)的信號連接起來(lái)，從而實(shí)現事件驅動(dòng)。

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(lái)，就有大量的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)商轉到了Qt/Embedded系統上。但是Qt/Embedded的問(wèn)題是過(guò)于龐大，盡管Qt/Embedded聲稱(chēng)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庫目前主要針對手持式信息終端。因為對硬件加速支持匱乏，很難應用到對圖形速度、功能和效率要求較高的嵌入式系統中，比如機頂盒、游戲終端等。

2. MicroWindows/NanoX

MicroWindows是一個(gè)開(kāi)源的項目，由美國Century Software公司主持開(kāi)發(fā)。MicroWindows能夠在沒(méi)有任何操作系統或其他圖形系統支持的情況下運行，它能對裸設備進(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上。MicroWindows是分層設計的，這樣便于用戶(hù)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畫(huà)線(xiàn)、區域填充、文本、多邊形、區域裁剪、色彩等的支持;最上層是API，提供給圖形化程序調用。目前，這些API支持Win32和NanoX接口。這樣一來(lái)，它們就與Win32和X Window窗口系統保持了兼容，在這些系統間移植應用軟件就要容易得多。

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

3. MiniGUI

MiniGui是國內的一個(gè)自由軟件項目，目前，MiniGui由北京飛漫軟件公司負責開(kāi)發(fā)。MiniGui有兩個(gè)不同架構的版本。最初的MiniGui運行在PThread庫之上，這個(gè)版本適合于功能單一的嵌入式系統，但存在系統健壯性不夠的缺點(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 )建應用程序，但同時(shí)只能有一個(gè)進(jìn)程運行。

MiniGui具有如下特點(diǎn)：

(1)微客戶(hù)/服務(wù)器結構：因為MiniGui客戶(hù)/服務(wù)器體系在一個(gè)進(jìn)程中實(shí)現，所以稱(chēng)之為微客戶(hù)/服務(wù)器結構。在MiniGui中，有一個(gè)線(xiàn)程，即服務(wù)器線(xiàn)程負責維護全局的窗口列表，而其他線(xiàn)程不能直接修改這些全局的數據結構。而是通過(guò)請求服務(wù)的模式來(lái)完成。例如，當一個(gè)線(xiàn)程要求桌面線(xiàn)程創(chuàng )建一個(gè)窗口時(shí)，該線(xiàn)程通過(guò)向桌面線(xiàn)程發(fā)送消息，然后等待桌面線(xiàn)程的相應，由桌面線(xiàn)程完成請求的任務(wù)后再通知請求線(xiàn)程這樣一種方式來(lái)實(shí)現。

(2)多線(xiàn)程多窗口：MiniGui的窗口包括：主窗口、子窗口、對話(huà)框、控件。MiniGui的主窗口與附屬主窗口對應于一個(gè)單獨的線(xiàn)程，通過(guò)函數調用可建立主窗口以及對應的線(xiàn)程，每個(gè)線(xiàn)程都有一個(gè)消息隊列，屬于同一線(xiàn)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(guò)程進(jìn)行處理。

(3)消息與消息循環(huán)：MiniGui是典型的消息驅動(dòng)的系統。擁有單獨線(xiàn)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系統上已經(jīng)存在了很長(cháng)的時(shí)間了。最初的名字叫FaSTGL，支持多種操作系統平臺，比如MS-DOS、QNX和Linux等，不過(guò)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(xiě)的快速圖形引擎;中間層提供了圖形繪制API，包括線(xiàn)條、矩形、圓弧等;第三層用C++編寫(xiě)，提供了完整的GUI對象集。OpenGui比較適合于基于x86平臺的實(shí)時(shí)系統，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系統已經(jīng)發(fā)展了很長(cháng)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和手機產(chǎn)品中，Motorola公司于2003年推出的手機產(chǎn)品中就使用了Qt/Embedded。而MicorWindows等輕量級的GUI系統在工控機、機頂盒等產(chǎn)品中也得以發(fā)揮其價(jià)值。