基于Microwindows的嵌入式GUI分析及应用

　　摘　要:嵌入式图形用户界面( Embedded GUI) 是嵌入式计算机系统的技术之一。本文首先阐述Embedded GUI的应用现状,指出Microwindows (版本0. 9) 的优势所在;然后,分别从体系结构和应用编程接口的角度,结合源代码,深入分析了Microwindows ;,在Red Hat Linux8. 0 的仿真环境下演示了Microwindows 的应用。

关键词:Microwindows ;嵌入式GUI ;图形用户接口( GUI) ;嵌入式系统

  引言

　　嵌入式图形用户界面与存储安全、嵌入式JAVA 虚拟机并称为嵌入式系统中的三大关键技术。在嵌入式应用领域,伴随着硬件技术的发展,传统意义上的人机交互界面正趋于淡化,取而代之的是具有友好人机交互支持的嵌入式图形界面。

　　嵌入式计算机系统以其关键部件的高性能、低价格等优势为Embedded GUI 的发展奠定了坚实的市场和技术基础;而基于Linux 开放源代码、遵循不同授权条款的诸多Embedded GUI 软件及其自由开发者,又大大推进了Embedded GUI 的应用进程,起到推波助澜的作用,如Microwindows、MiniGUI 及QT/ Embedded 等。

　　嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的这一定义也就界定了嵌入式系统对Embedded GUI 的基本要求。这些要求如下: (1) 轻量级、占用系统资源少; (2) 性能高,友好的人机互动; (3) 可靠性高; (4) 模块架构,配置灵活,便于移植。

　　目前,在嵌入式应用领域比较成功的Embedded GUI主要有MiniGUI、Microwindows 和QT/ Embedded。

　　MiniGUI 和Microwindows 都是自由软件,只是前者遵循L GPL 条款,后者遵循MPL 条款。这两个系统的技术路线也有所不同。MiniGUI 的策略是首先建立在比较成熟的图形引擎之上,如Svgalib 和LibGGI ,开发的重点在窗口系统、图形接口上。

　　Microwindows 目前的开发重点则在底层的图形引擎上,它不需要其它图形系统的支持。在Linux 操作系统上,Microwindows 也可以充分利用Linux 提供的Framebuffer机制来显示图形。并且,Microwindows 还具有很强的移植性,能够在大多数微处理器上运行。

　　QT/ Embedded 由于移植了大量原来基于QT 的XWindows 程序,提供了非常完整的嵌入式GUI 解决方案,再加上Opera 浏览器,可以说是一个成熟的商业软件。然而,QT/ Embedded 不能运行在非QT 的软件中,其源代码也过于庞大。

　　作为一个开放源代码项目,Microwindows 将现代图形窗口技术的一些特性展现给了编程团体,而不需要诸如Microsof t Windows 或X Window 这样占用较大磁盘和RAM 空间的窗口的支持。它直接面向显示硬件本身,不需要任何操作系统或其它图形系统的支持,可以在Linux 2. 0 以上的Framebuffer 系统上很好地运行。Microwindows 本身就被设计成便于移植、能够在大多数硬件和软件环境下运行的Embedded GUI。

　　Microwindows 版本0. 9 有如下新特性:

　　(1) 支持新的NXL IB 项目,NXL IB 对X11 的二进制程序可以不加修改地直接在Microwindows 里运行,而无需X11 Server 支持;

　　(2) 支持Sharp Zaurus、Tuxscreen、TriMedia 及Cygnus X11 平台;

　　(3) 内建标准化校准(nxcal) 支持,如一个触摸屏驱动程序可以支持包含iPAQ、Zaurus、ADS 和Tuxscreen 在内的大多数ARM 平台;

　　(4) 增强了字符支持,包括BIG5 、GB2312 、EUCCN、EUCKR、EUCJ P 和J ISX0213 等;

　　(5) 大幅提高了X11 屏幕驱动程序和文本画图的速度;

　　(6) 32 位ARGB 硬件驱动支持单色Alpha ;

　　(7) 支持带有HAVI 键盘映射的L IRC 键盘;

　　(8) 从源代码中为html 和pdf 文档自动生成支持基于Doxygen 的文档。

　　总而言之,版本的Microwindows 在硬件驱动加速上、在图形引擎算法上以及代码质量上,都比原先的版本有较大的改进。

  Microwindows 的API

　　Microwindows 采用分层体系结构设计,提供了丰富的API 支持,支持Win32/ WinCE GDI 和Nano-X两种API 集。

　Microwindows 体系结构

　　Microwindows 的体系结构由下至上,分别为具体硬件、驱动层、图形引擎层和API 层,如图1 所示。用户可以根据具体应用需求对不同层的代码进行修改或重写。

 

(1) 设备驱动程序。

　　键盘驱动程序主要有两个,分别是kbd _ tty. c 和kbd _ bios. c 。前者主要用于Linux 和EL KS 系统,而后者主要用于MSDOS 实模式。

　　鼠标驱动程序主要有三个:mou_gpm. c ,用于Linux 的一个GPM 驱动; mou _ ser. c ,用于Linux 和EL KS 系统;mou_gpm. c ,主要用于MSDOS 系统。

　　屏幕驱动程序有面向16 位EL KS、MSDOS 实模式的V GA 驱动( scr_bios. c、vgaplan4. c、memp14. c 、scr_here. c)和面向Linux 的Framebuffer ( scr_fb. c、fb. c 等) 两种。这部分驱动程序复杂,在设计时可以参考scr_fb. c 来设计自己的屏幕驱动程序。

(2) 设备独立的图形引擎。

　　Microwindows 的图形引擎是设备独立的。引擎的每一例程都接受SCREENDEVICE 结构的指针( PSD) 来作为个参数。PSD 说明了底层的显示细节,如屏幕大小的x 、y 值,屏幕颜色ncolors ,以及诸如打开、关闭、画线等函数指针。PSD 结构定义如下:

 

 

 　 Microwindows 的API

　　Microwindows 提供两个应用程序接口:一是Win32 接口,这种API 不是很成熟;二是Nano-X ,这种API 比较好,结构上清晰,功能上也完全。

　　在Microwindows 上的API 接口函数的基本模型都是用来初始化屏幕、键盘和鼠标的驱动程序,然后一直等待select () 消息循环。当事件发生时,这条信息将送到用户程序。如果是用户请求图形操作,那参数将被编码后送到适当的GdXXX 程序上。与原始图形操作相对的窗口概念是被该层所控制的,也就是说该层的API 函数定义了窗口及其对应系统的概念。这样,系统坐标就能被转成屏幕上显示的坐标,并且可将数据传给GdXXX 程序,由它进行实际操作。该层亦定义图形/ 显示文件,并且会将此信息(包括裁减信息) 送到程序上。

　　Microwindows 的API 支持大多数图形绘制、裁减、窗口工具条绘制及拖拉窗口等程序。Nano-X 是由Davin Bell 为minix 设计的,它被设计为C/ S 模式,一般是通过Unix Domain socket 在客户与服务器端进行通信的,但没有实现窗口管理,所以对窗口的处理需要使用系统提供的一个插件集,或者完全由应用程序员自已开发。另外,Nano-X 不是消息驱动的,而是基于X 协议模式。在这种模式下,驱动整个系统运行的可以说是请求与事件。

　　请求就是客户端为了完成某一动作而对服务器端所发出的申请,并且为每一个请求都定义了一个标识数。每个请求的结构都是不同的,但类似如下结构:

 

 

　　事件是每个窗口系统必不可少的部分,它反映系统运行的状态,一共有22 种。对于每个事件都要提供有关它的结构,但没有必要提供22 种事件结构,有一些事件所需要的数据是一样的,如所有鼠标的事件都使用一个事件结构表示,如下所示:

 

 

　Microwindows 在仿真环境下的应用

　　Microwindows 为显著的优势在于它可以在桌面计算机上仿真运行目标平台的GUI 及其支撑软件。这就意味着面向Linux 的Microwindows 应用软件可以在桌面计算机的Linux 环境下编制和调试,而没有必要建立跨平台交叉编译环境,并在目标平台上对软件进行编制和调试。这一点对于Embedded GUI 移植和开发而言,意义非同寻常。这完全归功于Microwindows 的X Screen Driver ,而非Linux 的Framebuffer 。

　　我们在桌面计算机上的Linux 8. 0 仿真环境下运行Microwindows ,并通过一个简单实例演示仿真环境下的Microwindows 应用编程。显然,我们应采用Nano-X API。

仿真环境下Microwindows 主要的安装步骤:

　　(1) 并安装源代码Microwindows20. 90. tar和字体microwindows2font s20. 90. tar。

　　(2) 修改安装目录下的配置文件,如mirowin/ src 下的config file ,主要包括以下几项:

ARCH = LINUX-NATIVE; 　　

/ / 高速系统为主机LINUX 建立应用程序

…

HAVE_FREETYPE_SUPPORT = Y; 　

    / / 设置对Free Type 和T1lib 字体的支持

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环境下的运行效果如图2 所示。

 

 

 　结束语

　　嵌入式相关研究和应用正在以前所未有的速度发展着,而作为嵌入式系统内容之一的Embedded GUI 一定会随着嵌入式系统的发展处于举足轻重的地位。具有高可移植性、丰富API 支持、开放源代码及可仿真运行的Microwindows ,在诸多Embedded GUI 技术中必将脱颖而出。