基于Qt/E的嵌入式GUI的研究及其移植

1 引言

圖形用戶界面系統(tǒng)(GUI)是系統(tǒng)級(jí)的底層軟件，它可以和文件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)內(nèi)核等一起構(gòu)成一個(gè)完整的操作系統(tǒng)。GUI 為用戶提供了與應(yīng)用系統(tǒng)交互的可視化通道，同時(shí)GUI為程序員提供了一種編程模式，即GUI負(fù)責(zé)系統(tǒng)的可視化界面的生成、管理以及系統(tǒng)與用戶之間的信息交互，而程序員只需專注于對(duì)實(shí)際應(yīng)用的分析。

嵌入式GUI除了以上特點(diǎn)，還要求簡單、直觀、可靠、占用資源小且反應(yīng)快速，以適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)硬件資源有限的條件。另外，由于嵌入式硬件本身的特殊性，嵌入式GUI應(yīng)具備高度可移植性和可裁剪性，以適應(yīng)不同硬件平臺(tái)的需求。

2 國內(nèi)外幾種嵌入式GUI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式與特點(diǎn)

為了適應(yīng)日益擴(kuò)大的嵌入式Linux市場的需求，國內(nèi)外的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和開發(fā)商已經(jīng)或者正在開發(fā)一大批嵌入式圖形系統(tǒng)項(xiàng)目和原型產(chǎn)品。其中較為著名的開放源碼項(xiàng)目有Tiny X（小型的X窗口系統(tǒng)）、Microwindows、MiniGUI、Qt/Embedded等。

Tiny X：是標(biāo)準(zhǔn)X-windows在嵌入式系統(tǒng)的小巧實(shí)現(xiàn)，作為一個(gè)圖形環(huán)境，X-window是成功的，但由于在體系接口上的原因，限制了它對(duì)游戲、多媒體的支持能力。

Microwindows：典型的基于Server/Clinent體系結(jié)構(gòu)的GUI系統(tǒng)，提供了相對(duì)完善的圖形功能和一些高級(jí)的特性，如 Alpha混合、三維支持等。該系統(tǒng)為了提高運(yùn)行速度，也改進(jìn)了基于Socket套接字的X實(shí)現(xiàn)模式，采用了基于消息機(jī)制的Server/Client傳輸機(jī)制。

MiniGUI：由國內(nèi)自由軟件開發(fā)人員設(shè)計(jì)開發(fā)，是一種面向嵌入式系統(tǒng)或者實(shí)時(shí)系統(tǒng)的圖形界面支持系統(tǒng)。MiniGUI具有資源消耗小、速度快、效率高的特點(diǎn)，但目前還不是很成熟，主要表現(xiàn)在：體系結(jié)構(gòu)不完善，自有圖形引擎的功能較弱，控件的可定制性不好，基于線程機(jī)制的系統(tǒng)脆弱性在復(fù)雜應(yīng)用中更為突出，尤其是缺少一個(gè)方便的圖形開發(fā)環(huán)境。

Qt/Embedded：縮寫為Qt/E，Qt是Trolltech公司的產(chǎn)品，是一個(gè)多平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，它注重于給用戶提供精美的圖形用戶界面所需要的所有元素。而且它是基于一種面向?qū)ο蟮乃枷?，所以用戶?duì)其對(duì)象的擴(kuò)展是相當(dāng)容易的，并且他還支持真正的組件編程[1]。這也是本文將要重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。

3 Qt/E的介紹及開發(fā)環(huán)境的建立

3.1 Qt/E體系結(jié)構(gòu)

3.1.1 交叉開發(fā)平臺(tái)

Qt是用于本地化跨平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)的領(lǐng)先性框架。Qt所有平臺(tái)的API是一致的。這就意味著在一種平臺(tái)上寫的應(yīng)用程序，在新的平臺(tái)上經(jīng)過重新編譯和連接便能運(yùn)行于該新平臺(tái)上。因此，軟件開發(fā)者通過開發(fā)和維護(hù)一種平臺(tái)的應(yīng)用源碼來用于多種平臺(tái)的開發(fā)。同樣，嵌入式Qt也可以移植基于Qt的軟件到嵌入式 Linux中。Qt可提供的平臺(tái)，如圖1：

圖1 Qt可提供平臺(tái)

Qt/Windows：用于Microsoft Windows xp、2000、NT4、Me/98。Qt庫使用Windows的GDI API來實(shí)現(xiàn)，并且使用微軟的窗口系統(tǒng)；Qt/X11：包括Linux、HP-UX、Sun Solaris、Digital UNIX、SGI Irix、IBM AIX等。Qt庫使用X11庫來實(shí)現(xiàn)，并且使用X窗口系統(tǒng)；Qt/E：包括一個(gè)完整的窗口系統(tǒng)，并允許設(shè)計(jì)者輕易地加入各種顯示設(shè)備和硬件輸入設(shè)備（如鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏等）；Qt/Mac：用于Mac OS X平臺(tái)。Qt對(duì)不同平臺(tái)的專門API進(jìn)行了封裝，如文件處理、網(wǎng)絡(luò)（操作，協(xié)議）、進(jìn)程處理、線程、數(shù)據(jù)庫訪問等。

3.1.2 Qt/E的窗口系統(tǒng)

Qt/E的窗口系統(tǒng)采用一種客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。一個(gè)典型的嵌入式Qt窗口系統(tǒng)一般包括一個(gè)服務(wù)器進(jìn)程、一個(gè)或多個(gè)客戶進(jìn)程(簡稱服務(wù)器和客戶)。服務(wù)器負(fù)責(zé)為客戶和其本身分配顯示區(qū)域、生成鼠標(biāo)和鍵盤事件。而客戶則通過與服務(wù)器通信來申請(qǐng)顯示區(qū)域，接收鼠標(biāo)和鍵盤事件?？蛻艨梢灾苯釉L問所分配的顯示區(qū)域，以便為用戶提供GUI服務(wù)。服務(wù)器和客戶通過共享內(nèi)存的方式來傳遞所有分配顯示區(qū)域上的信息。

圖2 Qt/Embedded窗口系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)