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1、面向实时嵌入式系统的图形用户界面支持系统来源：开关柜无线测温 http:/本文介绍面向实时嵌入式系统的图形用户界面一一 MiniGUI ,其 产生、发展及优势，并与其他面向嵌入式系统的 GUI进行了比 较，然后结合实例介绍了 MiniGUI的一些重要功能和特色， 最 后，本文介绍了正在进行的 MiniGUI的开发情况。嵌入式Linux 系统的GUI发展概况1.1 GUI在嵌入式或实时系统中的地位 在常见的PDA等小型手持式设备上，由于硬件条件等的限制， 我们看到的用户界面都非常简单，几乎看不到我们在PC机看到的华丽美观的 GUI支持。但最近出现的 Palm等手持式电脑 或者在 Windows
2、CE等面向嵌入式系统的操作系统上，我们已 经看到了完整的图形用户界面支持。随着手持式设备的硬件条 件的提高，我们估计嵌入式系统对轻虽级GUI的需求会越来越迫切。近来的市场需求显示，越来越多的嵌入式系统，包括PDA、机顶盒、DVD/VC D播放机、WAP手机等等系统均要求提供全功能 的 Web浏览器。这包括 HTML 4.0的支持、java script 的支 持，甚至包括Java虚拟机的支持。而这一切均要求有一个高 性能、高可靠的 GUI的支持。另外一个迫切需要轻虽级 GUI的系统是工业实时控制系统。这些系统一般建立在标准 PC平台上，硬件条件相对嵌入式系统 要好，但对实时性的要求非常高，并且
3、比起嵌入式系统来说， 对GUI的要求也更高。这些系统一般不希望建立在庞大累赘的、非常消耗系统资源的操作系统和GUI之上，比如Windows或X Window。目前许多这类系统都建立在DOS等系统上，并且采用比较简单的手法实现 GUI。但是，在出现Linux系统之 后，尤其在RT-Linux 系统出现之后，许多工业控制系统开始 采用RT-Linux作为操作系统，但 GUI仍然是一个问题。关键 是X Window太过庞大和臃肿。这样，这些系统对轻型GUI的需求更加突出。但是，我们必须清楚的是，嵌入式系统往往是一种定制设备， 它们对GUI的需求也各不相同。 举个简单的例子，有的系统只 要求一些图形功
4、能，而有些系统要求完备的GUI支持。因此，GUI也必须是可定制的。综上所述，GUI在嵌入式系统或者实时系统中的地位将越来越 重要，这些系统对 GUI的基本要求包括：1. 轻型、占用资源少。2. 高性能。3. 高可靠性。4. 可配置。1.2目前实时嵌入式系统 GUI的实现方法尽管实时嵌入式系统对 GUI的需求越来越明显，但目前GUI的 实现方法各有不同：1. 某些大型厂商有能力自己开发满足自身需要的GUI系统。2. 某些厂商没有将 GUI作为一个软件层从应用程序中剥离， GUI的支持逻辑由应用程序自己负责。3. 采用某些比较成熟的 GUI系统，比如MiniGUI或者其他GUI 系统。在上述手段中
5、，第2种方法是一种临时解决方案。利用这种手段编写的程序，无法将显示逻辑和数据处理逻辑划分开来，从 而导致程序结构不好，不便于调试，并导致大虽的代码重复。我们认为GUI是一种类似于操作系统的基础软件，这种软件系统应该遵循一定的标准，并且应该是开放源码的自由软件，从 而可以让开放商集中精力开发自己的应用程序。目前看来，在Linux之上进行（实时）嵌入式系统开发的厂商，一般选择如 下几种GUI系统：紧缩的 X Window 系统、MiniGUI、 MicroWindows、OpenGUl QT/Embedded等，下面首先对这些系 统进行简单介绍，并对它们的优缺点进行比较。1.2.1 紧缩的X Wi
6、ndow系统众所周知，X Window是Linux 以及其他类UNIX系统的标准GUI。X Window系统采用标准的客户/服务器体系结构，具有可 扩展性好、可移植性好等优点。但该系统的庞大、累赘和低效 率也是大家所共知的。为了获得应用程序的可移植性，许多厂 家都试图通过对 X Window系统的紧缩开发，使之能够在嵌入 式系统上运行。国外已经开发出了大小约为800K的X服务器。这对西方国家来说基本能够满足嵌入式系统的需求了。但该系 统的源代码尚不开放，从而很难进行本地化开发。1.2.2 MicroWindowsMicroWindows是一个开放源码的项目，目前由美国一家公司在 主持开发。该项
7、目的开发非常活跃，国内也有人参与了其中的 开发，并编写了 GB2312等字符集的支持。该项目的主要特色 在于提供了比较完善的图形功能，包括一些高级的功能，比如 Alpha混合，三维支持，TrueType字体支持等。但作为一个窗 口系统，该项目提供的窗口处理功能还需要进一步完善，比如 控件或构件的实现还很不完备，键盘和鼠标等的驱动还很不完 善。值得一提的是，该项目的许多控件是从 MiniGUI中移植过 去的，扫雷游戏也是从 MiniGUI中移植过去的。该项目已经启动了一个开放源码的浏览器项目，该浏览器在 KDE kfm提供的HTML解释器的基础上开发，目前能够解释一 些简单的HTML页面。1.2
8、.3 OpenGUIOpenGUI Linux系统上存在已经很长时间了。最初的名字叫 FastGL,只支持256的线性显存模式。 但目前也支持其他显示 模式。这个库是用 C+编写的，只提供 C+接口。1.2.4 Qt/ EmbeddedQT/Embedded是著名的QT库开放商正在进行的面向嵌入式系 统的QT版本。这个版本的主要特点是可移植性较好，许多基 于QT的X Window程序可以非常方便地移植到嵌入式版本。 但是该系统不是开放源码的，如果你要使用这个库，可能需要 支付昂贵的授权费用。目前，已经有了 QT/Embedded的演示版， 预计明年初将出现 QT/Embedded的正式发行版。
9、1.3 MiniGUI 简介MiniGUI是一种面向嵌入式系统或者实时系统的图形用户界面 支持系统。它主要运行于Linux控制台，实际可以运行在任何 一种具有POSIX线程支持的POSIX兼容系统上。MiniGUI同 时也是国内最早出现的几个自由软件项目之一。MiniGUI的主要特色有：遵循LGPL条款的纯自由软件。提供了完备的多窗口机制。这包括：多个单独线程中运行的多窗口。单个线程中主窗口的附属。对话框和预定义的控件类（按钮、单行和多行编辑框、 列表框、进度条、工具栏等）。消息传递机制。多字符集和多字体支持， 目前支持ISO8859-1、GB2312 Big5等 字符集，并且支持各种光栅字体
10、和 TrueType、Type 1等矢虽 字体。全拼、五笔等汉字输入法支持。BMP GIF、JPEG PCX TGA等常见图像文件的支持。Windows的资源文件支持，如位图、图标、光标等。 插入符、定时器、加速键等。其他（Beep、ETC/INI文件操作等）。小巧。包含全部功能的库文件大小为300 K左右。可配置。可根据项目需求进行定制配置和编译。高稳定性和高性能。MiniGUI已经在Linux发行版安装程序、CNC系统、蓝点嵌入式系统等关键应用程序中得到了实际的应可移植性好。目前， MiniGUI可以在X Window和Linux 控制 台上运行。中科院 EEOS开发组已经成功地将 Min
11、iGUI移植到 了他们的POSIX兼容系统上。蓝点软件（北京）研发中心也已 经成功地将 MiniGUI移植到了两款基于 StrongARM的嵌入式 系统上。1.4各种面向实时嵌入式系统的GUI之比较比较上述几个面向嵌入式系统的 GUI，我们认为目前比较成熟， 同时得到最多开发人员认可的有紧缩的X Window系统、MiniGUI、MicroWindows等系统。尽管紧缩的 X Window 系统 其X服务器可以降低到 800K的大小，但因为 X Window系统 的运行还需要其他程序和库的支持，包括X窗口管理器、XLib、建立在XLib 之上的GTK和QT等函数库，因此，紧缩的 X Windo
12、w系统在运行期间所占用的系统资源很多，加上中文显示和中文输入等本地化代码之后，系统的整体尺寸和运行时的资 源消耗将进一步变大。因此，嵌入式系统的开发商往往将紧缩 的X Window系统定位在机顶盒等对资源要求并不苛刻的嵌入 式系统上。MiniGUI和MicroWindows均为自由软件，只是前者遵循LGPL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，比如 SVGALib和LibGGI ,开发的重点在于窗口系统、图形接口之上；MicroWindows目前的开发重点则在底层的图形引擎之上，窗口系统和图形接口方面的功能还比较欠缺
13、。举个例子来说， MiniGUI有一套用来支持多字符集和多编码的函数接口，可以 支持各种常见的字符集，包括GB、BIG5、UNICODE等，而MicroWindows在多字符集的支持上尚没有统一接口。MiniGUI的重要特色2.1设计目标：小巧和可配置MiniGUI最初是为了满足一个工业控制系统（计算机数控系统）的需求而设计和开发的。这个工业控制系统是清华大学为一台 数控机床设计的计算机数控系统 （CN。在比较DOS Windows 98、Windows NT、Linux 等系统之后，该项目组决定选择 RT-Linux作为实时操作系统，以便满足2ms甚至更高的实时性。但是图形用户界面是一个问题
14、，因为 X Window不适合于 实时控制系统，并且当时 X Window系统的本地化也不尽人意。 因此，决定自己开发一套图形用户界面支持系统。这就是MiniGUI产生的背景。显然，MiniGUI 一开始就针对实时系统 而设计，因此，在设计之初就考虑到了小巧、 高性能和高效率。 目前，这个数控系统的开发已近尾声， MiniGUI在其中担当了 三E常重要的角色。在考虑到其他不同于数控系统的嵌入式系统时，为了满足千变 万化的需求，必须要求 GUI系统是可配置的。在 CNC系统中 得到成功应用之后，我们立即着手于MiniGUI可配置的设计。我们通过Linux 下的automake和autoconf
15、接口，实现了大 虽的编译配置选项，通过这些选项可指定 MiniGUI库中包括哪 些功能而同时不包括哪些功能。因此，MiniGUI是一个非常适合于工业控制实时系统以及嵌入 式系统的可定制的、小巧的图形用户界面支持系统。2.2重要特色2.2.1 多线程和多窗口MiniGUI中的窗口基本分四类，分别为主窗口、对话框、控件 和主窗口中的子窗口。MiniGUI中的主窗口和 Windows应用程序的主窗口概念类似， 但有一些重要的不同，MiniGUI中的每个主窗口及其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窗口过程（回调函数）进 行处理。VCOnGUJ 即 Virtual Console On MiniGUI ,是 MiniGUI 上的 虚拟控制台，即运行在 MiniGUI上的Linux 控制台仿真器， 见图1。从图1可以看到，MiniGUI应用程序能够同时创建多个 窗口，并且运行在不同的线程。图1 VConGUI- MiniGUI 上的Linux 控制台仿真器2.2.2 对话框和标准控件MiniGUI中的对话框是一种特殊的窗口，对话框一般和控件一 起使用，这两个概念和 Windows或X Window中的相关概念是 类似
