2022年博創(chuàng)嵌入式培訓(xùn)嵌入式linux圖形用戶接口

第六章嵌入式linux圖形用戶接口本章主要講述嵌入式Linux圖形用戶界面（GUI，GraphicUserInterface）的有關(guān)內(nèi)容，即嵌入式GUI。本章首先簡(jiǎn)單介紹嵌入式GUI的相關(guān)內(nèi)容；之后以Qt為例詳細(xì)介紹其移植和編程操作；最后詳細(xì)介紹基于QTE的Qtopia平臺(tái)的移植和編程操作。GUI編程能夠提高操作的人性化，優(yōu)化產(chǎn)品性能，減輕用戶認(rèn)知負(fù)擔(dān)，使程序更適合用戶的操作需求。主要內(nèi)容

第一節(jié)嵌入式GUI簡(jiǎn)介

第二節(jié)嵌入式GUI——Qt

第三節(jié)基于Qt技術(shù)的Qtopia1內(nèi)容：隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，PDA、機(jī)頂盒、DVD/VCD播放機(jī)及WAP手機(jī)等嵌入式設(shè)備已經(jīng)迅速普及，這些設(shè)備同時(shí)應(yīng)該擁有華麗美觀、易于操作的圖形用戶界面。因此，在嵌入式系統(tǒng)中，特別是在一些消費(fèi)類產(chǎn)品中，也逐漸出現(xiàn)了圖形用戶界面(GUI)

一、嵌入式GUI的特點(diǎn)

二、嵌入式GUI的種類第一節(jié)嵌入式GUI簡(jiǎn)介

2嵌入式系統(tǒng)一般不會(huì)建立在龐大的操作系統(tǒng)以及GUI之上，比如Windows或XWindow，它們對(duì)實(shí)時(shí)性的要求非常高，對(duì)GUI的要求也更高。而且，嵌入式系統(tǒng)往往是一種定制設(shè)備，對(duì)GUI的需求各不相同，有些系統(tǒng)只要求一些圖形功能，而有些系統(tǒng)則要求完備的GUI支持，因此，GUI也必須是可定制的。由于受到當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)本身特點(diǎn)的影響，并受其發(fā)展限制，所以嵌入式系統(tǒng)中的GUI應(yīng)該有如下特點(diǎn)：占用的存儲(chǔ)空間以及運(yùn)行時(shí)占用資源少。運(yùn)行速度以及響應(yīng)速度快。可靠性高。便于移植和定制。

第一節(jié)嵌入式GUI簡(jiǎn)介——一、嵌入式GUI的特點(diǎn)

3目前，常用的嵌入式GUI系統(tǒng)有QT/Embedded、MicroWindows、MiniGUI和OenGUI等。下面對(duì)這幾種常用的系統(tǒng)做一下簡(jiǎn)單介紹。1.QT/EmbeddedQT/Embedded是著名的QT庫開發(fā)商TrollTech開發(fā)的基于FrameBuffer、面向嵌入式系統(tǒng)的QT版本。它的主要特點(diǎn)是界面美觀、色彩配比好，使用與QT/Windows和QT/X11完全一致的API接口，許多基于QT的程序可以非常方便地移植到嵌入式系統(tǒng)；同時(shí)它具有豐富的模塊，用戶可以根據(jù)需要選擇QT/Embedded的特性集合。QT/Embedded實(shí)現(xiàn)了對(duì)下層輸入設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和底層圖形接口以及各基類和API。不過，QT/Embedded對(duì)于系統(tǒng)資源的要求非常高，運(yùn)行時(shí)需要較大的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行空間；而且它是基于C++實(shí)現(xiàn)的，而這種C++接口對(duì)于嵌入式系統(tǒng)中的某些應(yīng)用來說顯得比較臃腫。第一節(jié)嵌入式GUI簡(jiǎn)介——二、嵌入式GUI的種類32.MicroWindowsMicrowindows是由美國CenturySoftware公司開發(fā)的開放源碼的嵌入式GUI項(xiàng)目。它不需要其他圖形系統(tǒng)的支持，可以充分利用Linux提供的Framebuffer機(jī)制來進(jìn)行圖形顯示。同時(shí)在底層提供了對(duì)多種芯片的支持，并基本上用C語言實(shí)現(xiàn)，因此移植性較強(qiáng)。Microwindows支持兩種API：ECMAAPIW(類Win32API)和Nano-XAPIs。這些API對(duì)Win32和XWindow系統(tǒng)有很好的兼容性，使程序可以很容易地從其他系統(tǒng)上移植過來。由于MicroWindows為了與XWindow的兼容，采用了傳統(tǒng)的基于UNIXSocket的客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。此是，客戶端的畫圖、窗口建立等操作都是通過套接字與服務(wù)器通信。在這種情況下，系統(tǒng)就非常依賴于UNIXSocket，而UNIXSocket的傳遞需要通過內(nèi)核，這在一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高的系統(tǒng)里就不太有利。而且,Microwindows基本上是用C語言實(shí)現(xiàn)的，雖然增強(qiáng)了可移植性，但也導(dǎo)致了系統(tǒng)的運(yùn)行效率不高。第一節(jié)嵌入式GUI簡(jiǎn)介——二、嵌入式GUI的種類53.MiniGUIMiniGUI是我國國內(nèi)自主開發(fā)、比較成熟的一個(gè)圖形用戶界面系統(tǒng)，面向基于Linux的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)，使用現(xiàn)有成熟的圖形引擎(SV2GALib/LibGGI)，采用類似WinCE的線程機(jī)制(目前MiniGUILite版本改用微客戶端/服務(wù)器模式來提供對(duì)多進(jìn)程的支持)，集成了多字體和多字符集，支持硬件加速能力，充分利用顯示內(nèi)存。MiniGUI利用線程之間的同步操作，實(shí)現(xiàn)了客戶線程和服務(wù)線程之間的微客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗目蛻艉头?wù)器是同一進(jìn)程的兩個(gè)不同線程。它的核心實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在消息隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用上。4.OpenGUIOpenGUI在Linux系統(tǒng)上已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了。這個(gè)庫是用C++編寫的，只提供C++接口。OpenGUI基于一個(gè)用匯編語言實(shí)現(xiàn)的x86圖形內(nèi)核，提供了一個(gè)高層的C/C++圖形接口。OpenGUI提供了二維繪圖函數(shù)原型、消息驅(qū)動(dòng)的API及BMP文件格式支持。OpenGUI功能強(qiáng)大，使用方便，支持鼠標(biāo)和鍵盤事件，在Linux上基于FrameBuffer實(shí)現(xiàn)繪圖。由于OpenGUI基于匯編實(shí)現(xiàn)內(nèi)核并利用MMX指令進(jìn)行了優(yōu)化，因此運(yùn)行速度非?？?，但是可移植性受到了影響。

第一節(jié)嵌入式GUI簡(jiǎn)介——二、嵌入式GUI的種類6一、Qt與Qt/Embedded簡(jiǎn)介二、Qt的特點(diǎn)三、Qt的執(zhí)行過程四、Qt的插槽機(jī)制五、一個(gè)完整的Qt程序六、QtDesigner介紹第二節(jié)嵌入式GUI——Qt

7Qt是Trolltech公司的標(biāo)志性產(chǎn)品，是一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面（GUI）工具包。Qt的最大特點(diǎn)就是支持多平臺(tái)處理，因?yàn)镼t對(duì)不同平臺(tái)的專門API進(jìn)行了封裝。Qt/Embedded是在嵌入式環(huán)境下所使用的Qt，具有Qt在桌面系統(tǒng)的所有功能，是Trolltech公司為嵌入式設(shè)備上的圖形用戶界面和應(yīng)用開發(fā)而定制的工具開發(fā)包第二節(jié)嵌入式GUI——Qt——一、Qt與Qt/Embedded簡(jiǎn)介

8而且，嵌入式系統(tǒng)往往是一種定制設(shè)備，對(duì)GUI的需求各不相同，有些系統(tǒng)只要求一些圖形功能，而有些系統(tǒng)則要求完備的GUI支持，因此，GUI也必須是可定制的。對(duì)于初學(xué)者，其中的指南將一步步地介紹如何進(jìn)行Qt編程。第一節(jié)嵌入式GUI簡(jiǎn)介——二、嵌入式GUI的種類OpenGUI在Linux系統(tǒng)上已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了。豐富的API函數(shù)：Qt為專業(yè)應(yīng)用提供了大量的函數(shù)，在Qt的API中含有大約250個(gè)C++類，大多數(shù)類都是GUI專有的。QT/EmbeddedMicrowindows是由美國CenturySoftware公司開發(fā)的開放源碼的嵌入式GUI項(xiàng)目。一、Qtopia簡(jiǎn)介它不需要其他圖形系統(tǒng)的支持，可以充分利用Linux提供的Framebuffer機(jī)制來進(jìn)行圖形顯示。二、嵌入式GUI的種類Qt/e與qtopia程序設(shè)計(jì)是本章的重點(diǎn)與難點(diǎn)。整個(gè)章節(jié)總共包括三個(gè)部分：首先簡(jiǎn)單介紹了嵌入式GUI的相關(guān)內(nèi)容；廣泛的國際化支持：包括擴(kuò)展的Unicodc支持，以及從右至左的文本模式。插件程序框架：Qtopia平臺(tái)的功能可以通過插件程序框架進(jìn)行擴(kuò)展。QApplicationapp(argc,argv);面向?qū)ο螅篞t使用模塊設(shè)計(jì)，并注重軟件構(gòu)件或元素的可重用性。構(gòu)件支持：Qt提供信號(hào)（signal）和插槽（slot）概念，這是一種類型安全的方法，它允許回調(diào)，并支持對(duì)象之間在彼此不知道對(duì)方信息的情況下進(jìn)行合作，這使得Qt適合于真正的構(gòu)件編程。友好的聯(lián)機(jī)幫助：Qt提供了大量的聯(lián)機(jī)參考文檔，有超文本HTML方式，也有Linix幫助手冊(cè)頁和補(bǔ)充說明。對(duì)于初學(xué)者，其中的指南將一步步地介紹如何進(jìn)行Qt編程。便利性：Qt是一種跨平臺(tái)的GUI工具包，它對(duì)編程者隱藏了在處理不同窗口系統(tǒng)時(shí)潛在的問題，Qt定義了一些類來隱藏在不同操作系統(tǒng)上不同處理方式下的細(xì)節(jié)問題。第二節(jié)嵌入式GUI——Qt——二、Qt的特點(diǎn)

9用戶自定義：使用其他一些工具包時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到這樣一種情況，沒有真正適合需求的組件，聲稱自定義的組件對(duì)用戶來說就像一個(gè)黑匣子。而在Qt中生成用戶自定義的組件非常簡(jiǎn)單，而且易于修改組件的行為。國際化：Qt為本地化應(yīng)用提供了完全的支持，所有用戶界面文本都可以基于消息翻譯表被翻譯成各國語言，Qt還支持雙字節(jié)16位國際字符標(biāo)準(zhǔn)。豐富的API函數(shù)：Qt為專業(yè)應(yīng)用提供了大量的函數(shù)，在Qt的API中含有大約250個(gè)C++類，大多數(shù)類都是GUI專有的?？捎脩艋庥^：Qt支持主題，基于Qt的應(yīng)用程序能夠在Windows外觀、Motif外觀，以及其他一些用戶化外觀主題之間切換。完整的一套組件工具：Qt編程的基本模塊稱之為組件，組件是用戶界面的組成部分，Qt含有用來創(chuàng)建專業(yè)外觀的用戶界面所需要的所有組件第二節(jié)嵌入式GUI——Qt——二、Qt的特點(diǎn)

10Qt的執(zhí)行過程如圖6-2所示。Qt應(yīng)用程序初始化之后，在Qt庫的支持下響應(yīng)相應(yīng)的處理事件并且返回。第二節(jié)嵌入式GUI——Qt——三、Qt的執(zhí)行過程

11該實(shí)現(xiàn)過程需要Qt最主要的三個(gè)基類：QObject類、QApplication類和QWidget類。QObjectQObject類是所有能夠處理信號(hào)、插槽和事件的Qt對(duì)象的基類，能夠創(chuàng)建帶有父對(duì)象及其名字的對(duì)象，對(duì)象的父對(duì)象可以看作該對(duì)象的所有者。QApplicationQApplication類負(fù)責(zé)GUI應(yīng)用程序的控制流和主要設(shè)置。它包括主事件循環(huán)體，負(fù)責(zé)處理和調(diào)度所有來自窗口系統(tǒng)和其他資源的事件，并且處理應(yīng)用程序的開始、結(jié)束以及會(huì)話管理，還包括系統(tǒng)和應(yīng)用程序方面的設(shè)置。QWidgetQWidget類是所有用戶接口對(duì)象的基類，它繼承了QObject類的屬性。組件是用戶界面的單元組成部分，它接收來自鼠標(biāo)、鍵盤和其他窗口系統(tǒng)的事件，并且繪制到屏幕上。QWidget類有很多成員函數(shù)，但一般不直接使用，而是通過子類繼承來使用其函數(shù)功能。例如，QPushButton、QlistBox等都是它的子類。第二節(jié)嵌入式GUI——Qt——三、Qt的執(zhí)行過程

12在Qt程序中，事件處理采用了信號(hào)（signal）和插槽（slot）機(jī)制。信號(hào)和插槽機(jī)制的好處是不需要調(diào)用翻譯表，節(jié)省資源。利用信號(hào)和插槽進(jìn)行對(duì)象間的通信是Qt最主要的特征之一。當(dāng)對(duì)象狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)候，發(fā)出signal通知所有的slot接收signal，盡管它并不知道哪些函數(shù)定義了slot，而slot也不知道要接收怎樣的signal。signal和slot機(jī)制真正實(shí)現(xiàn)了封裝的概念，但它們之間并不是一一對(duì)應(yīng)的。

第二節(jié)嵌入式GUI——Qt——四、Qt的插槽機(jī)制

13顯然，由右圖可知，同一個(gè)信號(hào)可以連接到多個(gè)插槽，多個(gè)信號(hào)也可以連接到同一個(gè)插槽之中。隨時(shí)可以建立一個(gè)連接，或者取消一個(gè)連接。不過取消一個(gè)連接不是很常用，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)對(duì)象被刪除后，它所包含的連接都會(huì)被自動(dòng)取消。本節(jié)給出一個(gè)例子，首先產(chǎn)生一個(gè)Qapplication類的實(shí)例，然后定義窗口實(shí)例并把它作為程序的主窗口，最后調(diào)用show()和exec()方法，使自動(dòng)界面作為主界面，程序進(jìn)入消息循環(huán)。代碼如下：#include<qapplication.h>#include<qlabel.h>intmain(intargc,char**argv){ QApplicationapp(argc,argv); QLabel*hello=newQLabel("HelloQt/Embedded!",0); app.setMainWidget(hello); hello->show(); returnapp.exec();}第二節(jié)嵌入式GUI——Qt——五、一個(gè)完整的Qt程序

14Qt應(yīng)用程序可以用QtDesinger來編寫。QtDesigner的功能十分強(qiáng)大，并且提供了大量可供編程使用的組件，從而省略了許多重復(fù)性的工作，可以減少程序的開發(fā)周期QtDesigner可以新建工程，并且在工程文件中自動(dòng)生成關(guān)于窗體文件的.cpp、.h文件和main.cpp文件。其中，.cpp文件和.h文件也可以通過uic工具生成。之后可以通過progen命令生成，通過tmake工具生成makefile文件，再make即可得到相應(yīng)的Qt應(yīng)用程序。第二節(jié)嵌入式GUI——Qt——六、QtDesigner介紹

15一、Qtopia簡(jiǎn)介

二、Qtopia的功能

三、Qtopia編程

第三節(jié)基于Qt技術(shù)的Qtopia

16Qtopia是由Trolltech公司基于Qt/Embedded庫，專門針對(duì)采用嵌入式Linux系統(tǒng)的消費(fèi)電子設(shè)備所開發(fā)的一套應(yīng)用程序包和開發(fā)庫。Qtopia平臺(tái)是用于創(chuàng)建基于Linux設(shè)備的應(yīng)用程序框架，并且包含豐富的用戶應(yīng)用程序。Qtopia的設(shè)計(jì)利用了嵌入式Linux的高度優(yōu)化、高內(nèi)存效率的各種功能，為眾多的多應(yīng)用程序設(shè)備提供主要的通用功能。Qtopia軟件分為4個(gè)主要層次

第三節(jié)基于Qt技術(shù)的Qtopia——一、Qtopia簡(jiǎn)介

17Qtopia主要有以下功能：可定制的用戶界面：Qtopia支持每像素24位，并且集成了可縮放矢量圖形（SVG）。增強(qiáng)的輸入法：多種鍵盤輸入法。廣泛的國際化支持：包括擴(kuò)展的Unicodc支持，以及從右至左的文本模式。安全執(zhí)行：這是在Linux的安全特點(diǎn)基礎(chǔ)之上構(gòu)建。Java集成：Java應(yīng)用程序可以與Qtopia無縫集成。應(yīng)用程序管理：使用Qtopia平臺(tái)的服務(wù)器/啟動(dòng)程序來控制進(jìn)程間通信。插件程序框架：Qtopia平臺(tái)的功能可以通過插件程序框架進(jìn)行擴(kuò)展。SQL數(shù)據(jù)庫：Qtopia平臺(tái)的API使應(yīng)用程序脫離了對(duì)數(shù)據(jù)庫的依賴。緊湊的視窗系統(tǒng)：Qtopia平臺(tái)免除了嵌入式Linux對(duì)X11的需求。開放的開發(fā)環(huán)境。第三節(jié)基于Qt技術(shù)的Qt