幾種常用的嵌入式Linux GUI及其特點(diǎn)

　　隨著(zhù)Internet與網(wǎng)絡(luò )的迅速發(fā)展并向家庭領(lǐng)域不斷擴展，使消費電子、計算機、通信(3C)一體化趨勢日趨明顯，嵌入式系統再度成為研究與應用的熱點(diǎn)。嵌入式實(shí)時(shí)Linux操作系統以?xún)r(jià)格低廉、功能強大又易于移植而正在被廣泛采用，成為新興的力量，如今隨著(zhù)WAP手機、PDA、機頂盒、及DVD/VCD播放機已經(jīng)迅速普及，用戶(hù)對這些手持式設備的GUI提出了更高的要求，希望能看到像PC機才擁有的華麗美觀(guān)的GUI。GUI已經(jīng)成為了人與機器溝通的橋梁，嵌入式系統對GUI的需求越來(lái)越高，而這一切均要求有一個(gè)輕型、占用資源少、高性能、高可靠、可配置及美觀(guān)的GUI支持。

　　1 Java的圖形界面工具

　　Java技術(shù)對于服務(wù)器，個(gè)人電腦和嵌入式系統來(lái)說(shuō)是一項偉大的技術(shù)。由于其具有跨平臺等特性。Java在服務(wù)器和桌面電腦方面的應用是非常成功的。然而在GUI方面，Java只用非常有限的一些特征去構建圖形用戶(hù)界面。其思想就是采用平臺無(wú)關(guān)的Java應用程序接口打包到不同的操作系統來(lái)開(kāi)發(fā)本地圖形用戶(hù)界面，被稱(chēng)之為抽象的窗口工具(AWT)。僅有普通的部件如文件域、文本區、選擇框、單選按鈕、列表框和按鈕被AWT支持，圖形和圖像的特性支持非常有限，也就是說(shuō)，只足夠構建簡(jiǎn)單的applet程序。認識到需要更高級的圖形用戶(hù)界面組件和圖形能力，Sun公司開(kāi)發(fā)了Swing，Java 2D，Java3D，圖像的輸入/輸出，以及Java高級圖像(JAI)。Swing是用來(lái)構建Java圖形界面的標準API(應用程序接口)，一些AWT類(lèi)由Swing基礎而來(lái)。它有一套完全的組件從按鈕到文件域、表格、樹(shù)型和文件編輯器。這些組件不依賴(lài)于操作系統本地的部件，而是用原始的圖形像直線(xiàn)、矩形、文字畫(huà)出。這種畫(huà)代表感觀(guān)插件，它能夠模仿本地的感觀(guān)。SWT是基于Java開(kāi)發(fā)的，它的設計理念是最大化了操作系統的圖形構件的API，就是說(shuō)只要操作系統提供了相應圖形的構件，那么SWT只是簡(jiǎn)單應用JNI技術(shù)調用它們，只有那些操作系統中不提供的構件，SWT才自己去做一個(gè)模擬的實(shí)現。另外SWT還提供對操作系統本地圖形用戶(hù)界面的直接訪(fǎng)問(wèn)，因此，基于SWT的Java應用程序擁有本地的圖形用戶(hù)界面并且可以和本地別的應用程序和部件集成在一起。使用SWT開(kāi)發(fā)包，簡(jiǎn)單、跨平臺、可靠等這些Jaya語(yǔ)言本身所具有的優(yōu)點(diǎn)正漸漸融合到圖形界面的應用程序開(kāi)發(fā)中去。Java語(yǔ)言的另一扇成功之門(mén)正在逐漸打開(kāi)。

　　2 SWT+GtkFB圖形系統的體系結構

　　2.1 SWT+GtkFB圖形系統的體系結構

　　2.1.1 SWT

　　SWT處于體系機構的最上層，它與Java內的AwT和Swing同屬于設計圖形界面所需的高級函數庫。而且SWT針對AWT 以及Swing的一些問(wèn)題作了改善，如今它已發(fā)展成一套與作業(yè)系統無(wú)關(guān)的圖形元件函數庫。在元件的產(chǎn)生方面采用了適當的模擬，在基本的元件方面是采用原有作業(yè)系統的，對于較復雜的元件才用仿真的技術(shù)?；赟WT的Java應用程序擁有本地的圖形用戶(hù)界面，并且可以和本地別的應用程序，以及部件集成在一起。

　　SWT是基于Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出來(lái)的高級圖形元件庫，如圖2所示SWT在Java端通過(guò)JNI(Java Native InteRFace)技術(shù)直接調用native端的GtkFB來(lái)使用操作系統的資源，JNI技術(shù)使得SWT程序可以與其他語(yǔ)言編寫(xiě)的Native端的代碼互相協(xié)作，將它們整合在一起;另一方面可使運行在JVM(JAava虛擬機)中的SWT代碼調用GtkFB庫函數或其他程序;此外利用InvocatiON API，可將Java虛擬機嵌入到native端的應用中。JNI這個(gè)接口是雙向的，相當于橋梁和紐帶，它將SWT代碼和native端的GtkFB代碼連接起來(lái)。

　　2.1.2 Gtk庫

　　如圖1所示，GTK會(huì )用到幾個(gè)連接庫，如基本數據類(lèi)型用的Glib庫，它是由基礎類(lèi)、核心應用支持類(lèi)、實(shí)用功能類(lèi)、數據類(lèi)和對象系統類(lèi)五個(gè)部分組成的。

　　Pango是用于國際化文本的布局和顯示的全功能框架。Pango可以處理以非從左到右方向排列的文本，并且可以容易地管理復雜語(yǔ)言，甚至還可以處理根據使用環(huán)境而采用不同形式的信函。例如它支持雙向文本，用戶(hù)可以將從左到右的文本和從右到左的文本混合編排;還可有用于確定各種復雜文本(如阿拉伯語(yǔ)和泰米爾語(yǔ))形狀的插件。Pango不僅僅是國際化，而且Pango庫在Xft和XRender的支持下能很好地處理抗鋸齒字體文本的顯示。

　　Pango還支持各種圖形格式如libpng，libjpeg，libtiff和Framebuffer port用的FreeType等。實(shí)際上GTK提供gdk-pixbuf，gdk和gtk三個(gè)連接庫，其中Gdk-pixbuf讓我們可做相關(guān)的圖像工作，gdk是窗口繪圖系統的抽象層，framebuffer相關(guān)的工作大部分在此完成，而gtk則是高層的應用程序接口。

　　Atk(Accessibility Toolkit)可訪(fǎng)問(wèn)性工具箱。GTK充分利用ATK使殘障人士(如視力低下或行動(dòng)不便)與GTK應用程序交互成為可能。

　　2.1.3 GtkFB的工作原理

　　DirectFB訪(fǎng)問(wèn)圖形硬件設備依賴(lài)于操作系統提供的內核接口，即幀緩沖設備(FrameBuffer)。FrameBuffer實(shí)際上是用一塊硬件來(lái)做顯卡和軟件之間的橋梁，Linux的內核將其開(kāi)放出來(lái)，使用戶(hù)的程序可以通過(guò)塊內存來(lái)存取顯卡。例如設定顯示分辨率和色彩數、存取顯示內存區等。不同的Linux需要提供針對不同顯示硬件FrameBuffer的驅動(dòng)程序，這就是說(shuō)DirectFB需要運行于FramBuffer之上，然而Linux內核提供了常見(jiàn)芯片的FrameBuffer驅動(dòng)。

　　當一個(gè)應用程序連接到GtkFB時(shí)會(huì )調用gtk_init()，如圖3所示，此時(shí)GtkFB 啟動(dòng)Linux的Framebiffer，設定分辨率和色彩數，接下來(lái)打開(kāi)鍵盤(pán)和鼠標等外設(PDA打開(kāi)按鍵和觸控屏幕).然后到特定目錄去讀取字型，最后對窗口和事件管理作初始化操作。GtkFB可以支持8、16、24、32bpp的framebuffer。

　　為了執行一個(gè)特定的圖形操作，DirectFB芯片驅動(dòng)程序將訪(fǎng)問(wèn)圖形設備內存映射的I/O端口，并且把命令傳遞到圖形設備卡的加速引擎。實(shí)際的硬件加速是完全在用戶(hù)空間內完成的。

　　2.2 SWT+GtkFB圖形系統的優(yōu)點(diǎn)

　　2.2.1 內存消耗小、運行速度快特別適合嵌入式產(chǎn)品

　　由于GtkFB直接運行在FrameBufer之上，跳過(guò)X系統，這樣省下了X Server這一部分資源，這使得在內存消耗、運行速度上得到顯著(zhù)提高。另外采用的JNI技術(shù)使得程序運行速度、事件的響應有較高的提高，能滿(mǎn)足時(shí)間要求較為嚴格的實(shí)時(shí)應用場(chǎng)合。

　　2.2.2 系統穩定性好

　　SWT 的穩定性，關(guān)鍵是源于SWT 的設計理念。SWT最大化了操作系統的圖形構件API，就是說(shuō)只要操作系統提供了相應圖形的構件，那么SWT只是應用JNI技術(shù)調用它們，只有那些操作系統中不提供的構件，SWT才自己去做一個(gè)模擬的實(shí)現?？梢钥闯鯯WT性能上的穩定很大程度上取決于相應操作系統圖形構件的穩定性。

　　2.2.3 易于移植和共享

　　SWT的API和桌面版完全相同，因而代碼可以很容易地在桌面和嵌入式設備之間移植與共享。

　　2.2.4 小巧可配置

　　SWT采用了LGPL授權方式，用戶(hù)可以自由地甚至是鼓勵修改源代碼使其更加滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，很容易根據用戶(hù)的需求來(lái)裁減特定的SWT+GtkFB，依據LGPL許可證，用戶(hù)需要公布修改的源代碼，但用戶(hù)不必公布自給應用程序的源代碼。

　　2.2.5 易于開(kāi)發(fā)

　　SWT是基于Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，具有平臺獨立性、面向對象、可移植、安全等Java語(yǔ)言所擁有特點(diǎn)。用戶(hù)可以很容易的基于SWT提供的Widget(構件)開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足自己需要的Widget，而且很容易地使用這些Widget去構建應用程序。

　　3 SWT+GtkFB圖形系統的實(shí)現

　　3.1 前期準備

　　在Linux編譯和安裝SWT+GtkFB，首先到http://www.gtk.org/download下載如下的包：pkg-config、glib2.x;atk、pango、DirectFB、gtk+2.x。其次到http://www.eclipse.org/download下載swt.tgr.gz。

　　下一步就是在/home/XXX/目錄下創(chuàng )建SWT 和GTK兩個(gè)目錄并且設置環(huán)境變量。如下：

　　export SWT_HOME=/home/XXX/SWTexport SWT_HOME=/home/XXX/GTKexport PKG_CONFIG_PATH=$GTK_HOME /lib/pkgconfigexport LD_LIBRARY_PATH=$GTK_HOME/lib;$LD_LIBRARY_PATH此外增加“/home/XXX/GTK/bin”到系統的環(huán)境變量PATH下。

　　3.2 編譯和安裝Gtk+2.0

　　3.2.1 編譯和安裝pkg-config

　　tar zxvf glib-2.0.6.tar.gz -C $GTK_HOME/src

　　cd $GTK HOME/src/glib-2.0.6

　　。/configure --prefix=$GTK_HOME

　　make

　　make inSTall

　　3.2.2 編譯和安裝atk

　　tar zxvf atk-1.0.1.tar.gz -C $GTK_HOME/src

　　cd $GTK_HOME/src/atk-1.0.1

　　。/configure --prefix=$GTK_HOME

　　make

　　make install

　　3.2.3 編譯和安裝pango、Direct FB、gtk+2.0 、swt-forgtk2.2

　　步驟類(lèi)似atk的安裝。

　　4 嵌入式Linux GUI的應用前景展望

　　嵌入式Linux GUI的應用領(lǐng)域很多，既可以用于家電市場(chǎng)，還可以用于商業(yè)市場(chǎng)、工業(yè)及自動(dòng)化市場(chǎng)、國防市場(chǎng)、通訊市場(chǎng)等。例如，在通訊市場(chǎng)，手機、可視電話(huà)、機頂盒等可能成為嵌入式Linu.x的運行平臺，一個(gè)人性化的用戶(hù)界面是贏(yíng)得消費者關(guān)鍵因素。因此嵌入式Linux圖形系統將擔任著(zhù)更加重要的角色。

　　未來(lái)幾年，嵌入式Linux GUI將朝以下方向發(fā)展：第一，輕型、占用資源少，不希望建立在龐大累贅的、非常消耗系統資源的操作系統和GUI之上。第二，高性能、高可靠性，特別是工業(yè)實(shí)時(shí)控制系統，對實(shí)時(shí)性的要求非常高，并且比起嵌入式系統來(lái)說(shuō)，對GUI的要求也更高。第三，可配置，我們必須清楚的意識到，嵌入式系統是一種定制設備，它們對GUI的需求各不相同，有的系統只要求一些圖形功能，而有些系統要求完備的GUI支持，因此，GUI也必須是可定制的。