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嵌入式圖形用戶界面與存儲安全、嵌入式JAVA 虛擬機并稱為嵌入式系統中的三大關鍵技術。在嵌入式應用領域,伴隨著硬件技術的發展,傳統意義上的人機交互界面正趨于淡化,取而代之的是具有友好人機交互支持的嵌入式圖形界面。 嵌入式計算機系統以其關鍵部件的高性能、低價格等優勢為Embedded GUI 的發展奠定了堅實的市場和技術基礎;而基于Linux 開放源代碼、遵循不同授權條款的諸多Embedded GUI 軟件及其自由開發者,又大大推進了Embedded GUI 的應用進程,起到推波助瀾的作用,如Microwindows、MiniGUI 及QT/ Embedded 等。 嵌入式系統是以應用為中心、計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統的這一定義也就界定了嵌入式系統對Embedded GUI 的基本要求。這些要求如下: (1) 輕量級、占用系統資源少; (2) 性能高,友好的人機互動; (3) 可靠性高; (4) 模塊架構,配置靈活,便于移植。 目前,在嵌入式應用領域比較成功的Embedded GUI主要有MiniGUI、Microwindows 和QT/ Embedded。 MiniGUI 和Microwindows 都是自由軟件,只是前者遵循L GPL 條款,后者遵循MPL 條款。這兩個系統的技術路線也有所不同。MiniGUI 的策略是首先建立在比較成熟的圖形引擎之上,如Svgalib 和LibGGI ,開發的重點在窗口系統、圖形接口上。 Microwindows 目前的開發重點則在底層的圖形引擎上,它不需要其它圖形系統的支持。在Linux 操作系統上,Microwindows 也可以充分利用Linux 提供的Framebuffer機制來顯示圖形。并且,Microwindows 還具有很強的移植性,能夠在大多數微處理器上運行。 QT/ Embedded 由于移植了大量原來基于QT 的XWindows 程序,提供了非常完整的嵌入式GUI 解決方案,再加上Opera 瀏覽器,可以說是一個成熟的商業軟件。然而,QT/ Embedded 不能運行在非QT 的軟件中,其源代碼也過于龐大。 作為一個開放源代碼項目,Microwindows 將現代圖形窗口技術的一些特性展現給了編程團體,而不需要諸如Microsof t Windows 或X Window 這樣占用較大磁盤和RAM 空間的高級窗口的支持。它直接面向顯示硬件本身,不需要任何操作系統或其它圖形系統的支持,可以在Linux 2. 0 以上的Framebuffer 系統上很好地運行。Microwindows 本身就被設計成便于移植、能夠在大多數硬件和軟件環境下運行的Embedded GUI。 Microwindows 最新版本0. 9 有如下新特性: (1) 支持新的NXL IB 項目,NXL IB 對X11 的二進制程序可以不加修改地直接在Microwindows 里運行,而無需X11 Server 支持; (2) 支持Sharp Zaurus、Tuxscreen、TriMedia 及Cygnus X11 平臺; (3) 內建標準化校準(nxcal) 支持,如一個觸摸屏驅動程序可以支持包含iPAQ、Zaurus、ADS 和Tuxscreen 在內的大多數ARM 平臺; (4) 增強了字符支持,包括BIG5 、GB2312 、EUCCN、EUCKR、EUCJ P 和J ISX0213 等; (5) 大幅提高了X11 屏幕驅動程序和文本畫圖的速度; (6) 32 位ARGB 硬件驅動支持單色Alpha ; (7) 支持帶有HAVI 鍵盤映射的L IRC 鍵盤; (8) 從源代碼中為html 和pdf 文檔自動生成支持基于Doxygen 的文檔。 總而言之,最新版本的Microwindows 在硬件驅動加速上、在圖形引擎算法上以及代碼質量上,都比原先的版本有較大的改進。 Microwindows 的API Microwindows 采用分層體系結構設計,提供了豐富的API 支持,支持Win32/ WinCE GDI 和Nano-X兩種API 集。 Microwindows 體系結構 Microwindows 的體系結構由下至上,分別為具體硬件、驅動層、圖形引擎層和API 層,如圖1 所示。用戶可以根據具體應用需求對不同層的代碼進行修改或重寫。 (1) 設備驅動程序。 鍵盤驅動程序主要有兩個,分別是kbd _ tty. c 和kbd _ bios. c 。前者主要用于Linux 和EL KS 系統,而后者主要用于MSDOS 實模式。 鼠標驅動程序主要有三個:mou_gpm. c ,用于Linux 的一個GPM 驅動; mou _ ser. c ,用于Linux 和EL KS 系統;mou_gpm. c ,主要用于MSDOS 系統。 屏幕驅動程序有面向16 位EL KS、MSDOS 實模式的V GA 驅動( scr_bios. c、vgaplan4. c、memp14. c 、scr_here. c)和面向Linux 的Framebuffer ( scr_fb. c、fb. c 等) 兩種。這部分驅動程序最復雜,在設計時可以參考scr_fb. c 來設計自己的屏幕驅動程序。 (2) 設備獨立的圖形引擎。 Microwindows 的圖形引擎是設備獨立的。引擎的每一例程都接受SCREENDEVICE 結構的指針( PSD) 來作為第一個參數。PSD 說明了底層的顯示細節,如屏幕大小的x 、y 值,屏幕顏色ncolors ,以及諸如打開、關閉、畫線等函數指針。PSD 結構定義如下: Microwindows 的API Microwindows 提供兩個應用程序接口:一是Win32 接口,這種API 不是很成熟;二是Nano-X ,這種API 比較好,結構上清晰,功能上也完全。 在Microwindows 上的API 接口函數的基本模型都是用來初始化屏幕、鍵盤和鼠標的驅動程序,然后一直等待select () 消息循環。當事件發生時,這條信息將送到用戶程序。如果是用戶請求圖形操作,那參數將被編碼后送到適當的GdXXX 核心程序上。與原始圖形操作相對的窗口概念是被該層所控制的,也就是說該層的API 函數定義了窗口及其對應系統的概念。這樣,系統坐標就能被轉成屏幕上顯示的坐標,并且可將數據傳給GdXXX 核心程序,由它進行實際操作。該層亦定義圖形/ 顯示文件,并且會將此信息(包括裁減信息) 送到核心程序上。 Microwindows 的API 支持大多數圖形繪制、裁減、窗口工具條繪制及拖拉窗口等程序。Nano-X 最先是由Davin Bell 為minix 設計的,它被設計為C/ S 模式,一般是通過Unix Domain socket 在客戶與服務器端進行通信的,但沒有實現窗口管理,所以對窗口的處理需要使用系統提供的一個插件集,或者完全由應用程序員自已開發。另外,Nano-X 不是消息驅動的,而是基于X 協議模式。在這種模式下,驅動整個系統運行的可以說是請求與事件。 請求就是客戶端為了完成某一動作而對服務器端所發出的申請,并且為每一個請求都定義了一個標識數。每個請求的結構都是不同的,但類似如下結構: 事件是每個窗口系統必不可少的部分,它反映系統運行的狀態,一共有22 種。對于每個事件都要提供有關它的結構,但沒有必要提供22 種事件結構,有一些事件所需要的數據是一樣的,如所有鼠標的事件都使用一個事件結構表示,如下所示: Microwindows 在仿真環境下的應用 Microwindows 最為顯著的優勢在于它可以在桌面計算機上仿真運行目標平臺的GUI 及其支撐軟件。這就意味著面向Linux 的Microwindows 應用軟件可以在桌面計算機的Linux 環境下編制和調試,而沒有必要建立跨平臺交叉編譯環境,并在目標平臺上對軟件進行編制和調試。這一點對于Embedded GUI 移植和開發而言,意義非同尋常。這完全歸功于Microwindows 的X Screen Driver ,而非Linux 的Framebuffer 。 我們在桌面計算機上的Linux 8. 0 仿真環境下運行Microwindows ,并通過一個簡單實例演示仿真環境下的Microwindows 應用編程。顯然,我們應采用Nano-X API。 仿真環境下Microwindows 主要的安裝步驟: (1) 下載并安裝最新源代碼Microwindows20. 90. tar和最新字體microwindows2font s20. 90. tar。 (2) 修改安裝目錄下的配置文件,如mirowin/ src 下的config file ,主要包括以下幾項: ARCH = LINUX-NATIVE; / / 高速系統為主機LINUX 建立應用程序 … HAVE_FREETYPE_SUPPORT = Y; / / 設置對Free Type 和T1lib 字體的支持 HAVE_ T1LIB_SUPPORT = Y; HAVE_HZK_SUPPORT = Y; … X11 = Y; SCREEN_WIDTH = 640 ; SCREEN_HEIGHT = 480 ; SCREEN_PIXTYPE = MWPF_TRUECOLOR0888 ; Microwindows 在桌面Linux 8. 0環境下的運行效果如圖2 所示。 結束語 嵌入式相關研究和應用正在以前所未有的速度發展著,而作為嵌入式系統核心內容之一的Embedded GUI 一定會隨著嵌入式系統的發展處于舉足輕重的地位。具有高可移植性、豐富API 支持、開放源代碼及可仿真運行的Microwindows ,在諸多Embedded GUI 技術中必將脫穎而出。 |
