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嵌入式Linux系统中的GUI系统的研究与移植

嵌入式Linux系统中的GUI系统的研究与移植

点击数:7826 次   录入时间:03-04 11:39:27   整理:http://www.55dianzi.com   嵌入式系统-技术
   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。

    关键词:嵌入式Linux GUI 应用与移植 中文化

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。

MiniGUI分为最底层的GAL层和IAL层,向上为基于标准POSIX接口中pthread库的Mini-thread架构和基于Server/Client的Mini-Lite架构。其中前者受限于thread模式对于整个系统的可靠性影响——进程中某个thread的意外错误可能导致整个进程的崩溃,该架构应用于系统功能较为单一的场合。Mini-Lite应用于多进程的应用场合,采用多进程运行方式设计的Server/Client架构能够较好地解决各个进程之间的窗口管理、Z序剪切等问题。MiniGUI还有一种从Mini-Lite衍生出的standalone运行模式。与Lite架构不同的是,standalone模式一次只能以窗口最大化的方式显示一个窗口。这在显示屏尺寸较小的应用场合具有一定的应用意义。

MiniGUI的GAL层技术SVGA lib、LibGGI、基于framebuffer的native图形引擎以及哑图形引擎等,对于TrolLTEch公司的QVFB在X Window下也有较好的支持。IAL层则支持Linux标准控制台下的GPM鼠标服务、触摸屏、标准键盘等。

MiniGUI下丰富的控件资源也是MiniGUI的特点之一。当前MiniGUI的最新版本是1.3.3。该版本的控件中已经添加了窗口皮肤、工具条等桌面GUI中的高级控件支持。

2.3 QT/Embedded

Qt/Embedded是著名的Qt库开发商Trolltech公司开发的面向嵌入式系统的Qt版本。因为Qt是KDE等项目使用的GUI支持库,许多基于Qt的X Window程序因此可以非常方便地移植到Qt/Embedded上。Qt/Embedded同样是Server/Client结构。

Qt/Embedded延续了Qt在X上的强大功能,在底层摒弃了X lib,仅采用framebuffer作为底层图形接口。同时,将外部输入设备抽象为keyboard和mouse输入事件,底层接口支持键盘、GPM鼠标、触摸屏以及用户自定义的设备等。

Qt/Embedded类库完全采用C++封装。丰富的控件资源和较好的可移植性是Qt/Embedded最为优秀的一方面。它的类库接口完全兼容于同版本的Qt-X11,使用X下的开发工具可以直接开发基于Qt/Embedded的应用程序QUI界面。

与前两种GUI系统不同的是,Qt/Embedded的底层图形引擎只能采用framebuffer。这就注定了它是针对高端嵌入式图形领域的应用而设计的。由于该库的代码追求面面俱到,以增加它对多种硬件设备的支持,造成了其底层代码比较凌乱,各种补丁较多的问题。Qt/Embedded的结构也过于复杂臃肿,很难进行底层的扩充、定制和移植,尤其是用来实现signal/slot机制的moc文件。

Qt/Embedded当前的最新版本为3.3.2,能够支持Trolltech的手持应用套件Qtopia的Qt/Embedded最高版本为2.3.8。Trolltech公司将于2004年末推出的Qt/Embedded 3为基础的Qtopia 2应用套件。

3 三种嵌入式GUI的移植与中文化

在进行以上三种嵌入式GUI的研究和移植过程中,硬件平台采用自行设计的以Motorola MC9328 MX1为核心的开发系统。该系统采用CPU内部LCD控制器和320×240分辨率的16bpp TFT LCD作为显示设备,使用I2C总线扩展出16按键的键盘,同时配置了9位A/D量化精度的电阻触摸屏作为鼠标类输入设备;同时移植了ARM Linux作为操作系统。以下分别讨论这三种嵌入式GUI的底层移植和中文化技术。

移植以上三种嵌入式GUI系统,需要首先实现Linux内核中的framebuffer驱动。对应于开发系统为MC9328中的LCD控制器,该部分驱动程序必须以静态方式编译进内核,在系统启动时由传递进内核的启动参数激活该设备。I2C键盘的驱动程序和触摸屏的驱动程序实现后,作为Linux内核模块在使用时动态加载。

3.1 Microwindows的移植

Microwindows驱动层相应的源码目录为SRC/drivers/。其中以scr*开头的源码是针对显示设备的驱动接口,以mou*开头的源码文件为鼠标设备(包括触摸屏)的驱动接口,以kbd*开头的源码文件针对键盘设备的驱动接口。移植过程中需要实现自己的设备驱动接口提供给Microwindows使用,就必须按照指定的接口格式编写相应的scr、mou、kbd的底层支持。这种方式实现简单,条理也很清晰。

显示设备驱动接口:Microwindows的图形发生引擎支持framebuffer,修改src/中的config文件指定使用framebuffer作为底层图形支持引擎;但需要注意嵌入式Linux的framebuffer较少支持控制台字符模式,需要修改Microwindows中对framebuffer的操作部分以关闭显示模式的转换。

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