嵌入式Linux系统的图形用户界面

作者：穆煜，华清远见嵌入式学院讲师。

当今，在设计嵌入式产品的图形用户界面时，用到的工具主要有以下几种：

1. Qt/Embedded

Qt是Trolltech公司发布的一个跨平台的C++图形界面应用程序框架。它实际上是一个类库，里面包括了大量的可重用的类，其中既有按钮、窗口等这些可见类，也有定时器这样的不可见类和一些抽象类。Qt是完全面向对象，拥有良好的扩展性与稳定性，并支持模块化编程。我们可以充分利用Qt高度面向对象和模块化的特征，从繁琐的X编程中解脱出来，专注于程序本身的内容，使Linux下窗口程序设计成为一件非常轻松的事情。

在Qt中，对象之间进行通信采用了一种被称作信号与槽（Signal-Slot）的方式，这是Qt的重要特征之一。在MS-Windows中，程序通过消息队列和消息循环的方式进行消息的传递与事件的触发，而Qt的信号与槽机制采取了这样的方式：一个类可以定义多个信号和多个槽，信号就好像是事件，而槽则是响应事件的方法，并且和一般的成员函数没有太大的区别。如果需要实现它们之间的通信时，就将某个类的槽与某个类的信号连接起来，从而实现事件驱动。

Qt/Embedded是Qt的嵌入式版本。因为Qt是KDE等项目使用的GUI库，所以有许多基于Qt的X Window程序可以非常方便地移植到Qt/Embedded版本上。因此，自从Qt/Embedded以GPL条款形式发布以来，就有大量的嵌入式Linux开发商转到了Qt/Embedded系统上。但是Qt/Embedded的问题是过于庞大，尽管Qt/Embedded声称可以裁剪到最少630K，但这时的Qt/Embedded库已经基本上失去了使用价值。Qt/Embedded库目前主要针对手持式信息终端。因为对硬件加速支持匮乏，很难应用到对图形速度、功能和效率要求较高的嵌入式系统中，比如机顶盒、游戏终端等。

2. MicroWindows/NanoX

MicroWindows是一个开源的项目，由美国Century Software公司主持开发。MicroWindows能够在没有任何操作系统或其他图形系统支持的情况下运行，它能对裸设备进行直接操作。这样MicroWindows就显得十分小巧，便于移植到各种硬件和软件系统上。MicroWindows是分层设计的，这样便于用户按照自己的需求进行修改、删减和增加。它分为三层：最底层是screen、mouse/touchpad和keyboard驱动程序，它们直接与显示和输入硬件打交道；中间层是一个可移植的图形引擎层，它使用最底层提供的功能完成对画线、区域填充、文本、多边形、区域裁剪、色彩等的支持；最上层是API，提供给图形化程序调用。目前，这些API支持Win32和NanoX接口。这样一来，它们就与Win32和X Window窗口系统保持了兼容，在这些系统间移植应用软件就要容易得多。

该项目的主要特色在于提供了类似X的客户/服务器体系结构，并提供了相对完善的图形功能。

3. MiniGUI

MiniGui是国内的一个自由软件项目，目前，MiniGui由北京飞漫软件公司负责开发。MiniGui有两个不同架构的版本。最初的MiniGui运行在PThread库之上，这个版本适合于功能单一的嵌入式系统，但存在系统健壮性不够的缺点。在0.9.98版本中，引入了MiniGui-Lite版本，这个版本允许在不同的进程中创建应用程序，但同时只能有一个进程运行。

MiniGui具有如下特点：

（1）微客户/服务器结构：因为MiniGui客户/服务器体系在一个进程中实现，所以称之为微客户/服务器结构。在MiniGui中，有一个线程，即服务器线程负责维护全局的窗口列表，而其他线程不能直接修改这些全局的数据结构。而是通过请求服务的模式来完成。例如，当一个线程要求桌面线程创建一个窗口时，该线程通过向桌面线程发送消息，然后等待桌面线程的相应，由桌面线程完成请求的任务后再通知请求线程这样一种方式来实现。

（2）多线程多窗口：MiniGui的窗口包括：主窗口、子窗口、对话框、控件。MiniGui的主窗口与附属主窗口对应于一个单独的线程，通过函数调用可建立主窗口以及对应的线程，每个线程都有一个消息队列，属于同一线程的所有主窗口从这一消息队列中获取消息并由注册的窗口过程进行处理。

（3）消息与消息循环：MiniGui是典型的消息驱动的系统。拥有单独线程与消息队列的窗口自创建后就处于消息循环中，读取消息队列中的消息并处理消息，直到接收到特定的消息为止。

4. OpenGUI

OpenGui在Linux系统上已经存在了很长的时间了。最初的名字叫FastGL，支持多种操作系统平台，比如MS-DOS、QNX和Linux等，不过目前只支持x86硬件平台。OpenGui也分为三层。最底层是由汇编编写的快速图形引擎；中间层提供了图形绘制API，包括线条、矩形、圆弧等；第三层用C++编写，提供了完整的GUI对象集。OpenGui比较适合于基于x86平台的实时系统，可移植性稍差，目前的发展也基本停滞。

综上所述，面向嵌入式Linux的GUI系统已经发展了很长时间，有些已经是比较成熟的产品了，同时也得到了较为广泛的利用，例如Qt/Embedded目前已使用到了PDA和手机产品中，Motorola公司于2003年推出的手机产品中就使用了Qt/Embedded。而MicorWindows等轻量级的GUI系统在工控机、机顶盒等产品中也得以发挥其价值。