基于嵌入式 Qt 的車(chē)載 GUI 平臺的設計

　　1 引言

　　隨著(zhù)經(jīng)濟社會(huì )的不斷發(fā)展汽車(chē)已進(jìn)入普通家庭，汽車(chē)用戶(hù)對車(chē)載娛樂(lè )系統的要求不斷地提高，希望汽車(chē)載娛樂(lè )系統的功能更加強大娛樂(lè )設施更加完美。嵌入式GUI(Graphical User InteRFace)可以滿(mǎn)足用戶(hù)需求，人機交互好，作為車(chē)載娛樂(lè )系統中人機交互界面的開(kāi)發(fā)平臺，對整個(gè)系統的設計起著(zhù)決定性作用，越來(lái)越受到開(kāi)發(fā)者的青睞。目前比較流行的GUI平臺有Qt／Embedded、緊縮的X Windows系統、MicroWindows以及MiniGUI系統。

　　X Window系統是一個(gè)基于客戶(hù)／服務(wù)器(Client／Server)結構的視窗系統，基于X的終端(服務(wù)器)上顯示出來(lái)。此系統配置在大多數的UNIX系統、DEC的VAX／VMS操作系統以及Linux系統中，可以自由拷貝以及傳播，但是系統龐大，占用內核資源較多。MicroWindows是一個(gè)完全開(kāi)放源碼、分層設計的經(jīng)典GUI系統，可以替代X Window系統，但是某些關(guān)鍵性代碼使用了匯編語(yǔ)言。MiniGUI系統適應于中小型企業(yè)的嵌入式GUI平臺，采用分層結構，并在核心層采用hash表的方式。本文采用的Qt／Embedded也是分層體系結構，在功能提供方面采用C++類(lèi)方式。

　　2 嵌入式GUI的實(shí)現平臺

　　GUI是圖形用戶(hù)接口，一般用于PC機上人機交互界面的設計。而對于嵌入式GUI來(lái)說(shuō)，由于嵌入式設備對資源的要求很?chē)栏?，不同的嵌入式設備需要定制不同的嵌入式系統，那么對GUI的要求也就不一樣，因此，對于不同的嵌入式系統來(lái)說(shuō)GUI也必須是可定制的。對于嵌入式的硬件來(lái)說(shuō)，要求定制的嵌入式GUI應具有輕型、占用資源少、性能高、可靠性高、可配置等特點(diǎn)。由于Linux操作系統具有源碼公開(kāi)性、可移植性、可裁剪性和靈活性等優(yōu)點(diǎn)，所以嵌入式GUI的開(kāi)發(fā)常在Linux環(huán)境下進(jìn)行。

　　Qt／Embedded是著(zhù)名的Qt庫開(kāi)發(fā)商正在進(jìn)行的面向嵌入式系統的Qt版本。它是專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統設計圖形用戶(hù)界面的工具包，包括一個(gè)完整的窗口系統。它的特點(diǎn)是可移植性比較好，設計者能輕易的加入各種顯示設備和硬件輸入設備，很多基于Qt的XWindow都可以非常方便的移植到嵌入式版本。

　　Qt／Embedded為開(kāi)發(fā)者提供了豐富的API調用功能，并公開(kāi)源代碼。Qt／Embedded提供了非常豐富的窗口小部件(Widgets)，并且還支持窗口部件的定制，因此它可以為用戶(hù)提供漂亮的圖形界面，但同時(shí)豐富的窗口對象也增大了軟件的體積，所以，Qt／Embedded一般用于對運行環(huán)境不太苛刻的嵌入式設備中。

　　3 嵌入式Qt系統的特點(diǎn)

　　Qt／Embedded移植了大量的原來(lái)基于Qt的XWindows程序，并提供了非常完整的嵌入式GUI解決方案，是一個(gè)成熟的GUI平臺，具有如下特點(diǎn)：

　　(1)Qt遵循GPL協(xié)議，開(kāi)放主要的源代碼，用戶(hù)可以在GPL的規定下自由添加新特性。

　　(2)與其他嵌入式GUI相比，嵌入式Qt不僅是一個(gè)完整的窗口系統，而且也是一個(gè)應用程序框架，這更有利于應用程序的開(kāi)發(fā)。

　　(3)Qt具有豐富的API，包括多達250個(gè)以上的C++類(lèi)，支持諸如對圖形、網(wǎng)絡(luò )、數據庫、I／O操作、各種控件和XMI等眾多功能，可滿(mǎn)足大多數嵌入式應用系統開(kāi)發(fā)的需要。

　　(4)Qt是一個(gè)GUI仿真工具包，它使用各自平臺上的低級繪圖函數仿真MS Windows和Motif(商用Llnix的標準GUI庫)，因此程序運行速度快。

　　(5)Qt良好的封裝機制使得Qt的模塊化程度非常高，可靠性好，易于程序開(kāi)發(fā)。

　　基于Qt的這些特點(diǎn)，在本車(chē)載嵌入式娛樂(lè )系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，本文采用了嵌入式Qt作為圖形用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)的GUl支持平臺，有效提高了應用程序的開(kāi)發(fā)速度。

　　4 基于嵌入式Qt的車(chē)載GUI的設計

　　4．1 基于嵌入式Qt的車(chē)載GUI的總體設計

　　基于Linux的車(chē)載娛樂(lè )系統運行環(huán)境如表l所示，底層由Linux內核和驅動(dòng)程序構成。該內核是經(jīng)過(guò)裁減過(guò)的嵌入式Linux2．4，其中包括電源管理系統；驅動(dòng)程序提供對各種接口硬件的支持；中間層是基于QT／Embedded的嵌入式Qt庫。它精簡(jiǎn)和優(yōu)化了各種圖形操作，程序運行時(shí)無(wú)需額外系統的支持，可以有效減少內存消耗和CPU負擔。QT／Embedded本身是可擴展的，并能不斷地升級。開(kāi)發(fā)人員可以根據自己所面對的嵌入式設備的實(shí)際需要，對其進(jìn)行適當的裁減，經(jīng)過(guò)裁減所得到的QT／Embedded可以大約節約800k到3MB的內存空間，這樣也就意味著(zhù)用Qt開(kāi)發(fā)比用其他工具包開(kāi)發(fā)相同的應用程序，在生成可執行文件后，代碼所占用的內存空間要小。最頂層是整個(gè)車(chē)載娛樂(lè )應用系統，它是實(shí)現車(chē)載娛樂(lè )具體功能的應用集合。

　　基于嵌入式Qt的車(chē)載嵌入式娛樂(lè )系統軟件，最大限度的滿(mǎn)足了車(chē)載視聽(tīng)娛樂(lè )的要求。提供視頻播放、音頻播放等多媒體軟件，個(gè)人信息管理軟件，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)等。其系統架構如圖l所示。

　　4．2 基于嵌入式Qt的窗口系統結構設計

　　本文設計的上層GUI窗口系統采用了客戶(hù)／服務(wù)器系統結構。該窗口系統包括：一個(gè)服務(wù)器進(jìn)程、一個(gè)或者多個(gè)客戶(hù)進(jìn)程。服務(wù)器負責為客戶(hù)和本身分配顯示區域，生成鼠標、鍵盤(pán)或者觸摸屏事件，它通常包含那些啟動(dòng)客戶(hù)的用戶(hù)界面。而客戶(hù)則通過(guò)與服務(wù)器通信來(lái)申請顯示區域，接受鼠標或觸摸屏事件?？蛻?hù)可以直接訪(fǎng)問(wèn)所分配的顯示區域，以便為用戶(hù)提供GUI服務(wù)。服務(wù)器和客戶(hù)通過(guò)共享內存的方式來(lái)傳遞所分配顯示區域上的信息。窗口系統體系結構如圖2所示。

　　服務(wù)器(進(jìn)程)維護著(zhù)一組區域，當窗口被創(chuàng )建、移動(dòng)、改變大小和破壞時(shí)，通過(guò)這組區域來(lái)改變每個(gè)客戶(hù)的申請。該區域存放在共享內存中，在執行繪圖操作時(shí)，客戶(hù)可以從中讀取信息；服務(wù)器連接著(zhù)一些系統設備，如鼠標、鍵盤(pán)或者觸摸屏，服務(wù)器負責將這些設備所產(chǎn)生的事件發(fā)送到適當的客戶(hù)進(jìn)程。服務(wù)器能夠生成一個(gè)設備獨立的鼠標或鍵盤(pán)事件，并將其發(fā)送到相應的客戶(hù)進(jìn)程。觸筆設備通常沒(méi)有鼠標光標，但是觸筆操作能轉化為設備獨立的鼠標事件，然后由客戶(hù)以標準事件進(jìn)行處理。

　　嵌入式Qt為客戶(hù)(進(jìn)程)提供API，當客戶(hù)使用Qt API畫(huà)線(xiàn)時(shí)，QT/Embedded庫能直接訪(fǎng)問(wèn)顯存，完成畫(huà)線(xiàn)工作；在一些情況下嵌入式Qt客戶(hù)庫需要與服務(wù)器進(jìn)程建立連接，如在客戶(hù)進(jìn)程啟動(dòng)時(shí)，發(fā)生了會(huì )影響到全局后果的操作而與服務(wù)器通信時(shí)。例如，當客戶(hù)進(jìn)行了拖放操作后，由于窗口覆蓋而導致顯示區域的變化，則從用戶(hù)那里接收到鼠標和鍵盤(pán)事件時(shí)就需要建立這樣的連接；嵌入式Qt客戶(hù)庫負責處理所有的繪畫(huà)操作，包括文本顯示和字體處理等。

　　4．3 基于嵌入式Qt的事件響應設計

　　在前述的客戶(hù)／服務(wù)器系統結構中，每個(gè)鍵的按下、釋放都以QWSKeyEvent事件發(fā)出。一個(gè)QWSKeyEvent事件通常包括以下各域：

• 　　Unicode：Unicode值。
• 　　Keycode：Qt鍵碼值，定義在qnamespace．h頭文件中。
• 　　Modifier：位域， 包括Qt：：ShiftButton，Qt：：ControlButton和Qt：：AltButton。
• 　　Is press：鍵按下時(shí)為真，釋放時(shí)為假。
• 　　Is auto repeat：鍵處于自動(dòng)重復狀態(tài)時(shí)為真。

　　嵌入式Qt處理鍵事件的過(guò)程為：鍵盤(pán)驅動(dòng)程序負責從設備中讀取數據，并將鍵事件發(fā)送到服務(wù)器中。當服務(wù)器從鍵盤(pán)驅動(dòng)程序接收到一個(gè)鍵事件時(shí)，它首先要經(jīng)過(guò)一個(gè)事件過(guò)濾器，然后再將其發(fā)送至每個(gè)客戶(hù)進(jìn)程，最后由客戶(hù)進(jìn)程負責處理鍵事件，并將其發(fā)送到適當的窗口。具體流程如圖3所示。

　　這里，鍵事件未必都來(lái)自鍵盤(pán)設備，包括觸摸屏，觸筆都可以產(chǎn)生鍵事件。服務(wù)器在任何時(shí)候都可以調用函數QWSServer：：sendKeyEvent()產(chǎn)生鍵事件。根據這個(gè)特點(diǎn)，再結合事件過(guò)濾器的特性，便可構造出所需的輸入服務(wù)器平臺。

　　在Qt中，一個(gè)事件通過(guò)調用QObject：：event()被發(fā)送到繼承自QObject的對象。事件發(fā)送就是一個(gè)事件已經(jīng)產(chǎn)生，由QEvent正好去表達，且QObject需要去回應。多數事件來(lái)自窗口系統類(lèi)QWidget，如QMouseEvent，QkeyEvent事件。某些事件來(lái)自其他源頭，如QTimerEvent，而某些來(lái)自應用程序，Qt會(huì )一視同仁的處理。

　　事件過(guò)濾器在目標對象處理之前去處理事件。過(guò)濾器通過(guò)調用QObject：：eventFilter()實(shí)現，它可以接受或丟棄過(guò)濾，也可容許或拒絕進(jìn)一步去處理事件。如果所有的事件過(guò)濾器允許進(jìn)一步的處理事件，事件自己就被送達目標對象。本文在服務(wù)器進(jìn)程中安排事件過(guò)濾器，接收鍵事件，經(jīng)過(guò)處理后，將結果發(fā)送到客戶(hù)進(jìn)程。在客戶(hù)進(jìn)程中，處理鍵事件，并發(fā)送到適當的窗口中。

　　5 結語(yǔ)

　　嵌入式Linux是目前流行的嵌入式系統解決方案，而嵌入式GUI是嵌入式Linux不可缺少的組成部分。本文通過(guò)分析、比較目前流行的幾種嵌入式GUI，選擇了嵌入式Qt作為研究對象并對其進(jìn)行了深入討論，在此基礎上完成了基于嵌入式Qt的車(chē)載GUI的設計和實(shí)現，具有較高的經(jīng)濟價(jià)值，并可為其他嵌入式娛樂(lè )系統提供參考價(jià)值。