探究Microwindows的嵌入式GUI設計

引言

嵌入式圖形用戶界面與存儲安全、嵌入式JAVA 虛擬機并稱為嵌入式系統(tǒng)中的三大關鍵技術。在嵌入式應用領域，伴隨著硬件技術的發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的人機交互界面正趨于淡化，取而代之的是具有友好人機交互支持的嵌入式圖形界面。

嵌入式計算機系統(tǒng)以其關鍵部件的高性能、低價格等優(yōu)勢為Embedded GUI 的發(fā)展奠定了堅實的市場和技術基礎;而基于Linux 開放源代碼、遵循不同授權條款的諸多Embedded GUI 軟件及其自由開發(fā)者，又大大推進了Embedded GUI 的應用進程，起到推波助瀾的作用，如Microwindows、MiniGUI 及QT/ Embedded 等。

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心、計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的這一定義也就界定了嵌入式系統(tǒng)對Embedded GUI 的基本要求。這些要求如下： （1） 輕量級、占用系統(tǒng)資源少; （2） 性能高，友好的人機互動; （3） 可靠性高; （4） 模塊架構，配置靈活，便于移植。

目前，在嵌入式應用領域比較成功的Embedded GUI主要有MiniGUI、Microwindows 和QT/ Embedded。

MiniGUI 和Microwindows 都是自由軟件，只是前者遵循L GPL 條款，后者遵循MPL 條款。這兩個系統(tǒng)的技術路線也有所不同。MiniGUI 的策略是首先建立在比較成熟的圖形引擎之上，如Svgalib 和LibGGI ，開發(fā)的重點在窗口系統(tǒng)、圖形接口上。

Microwindows 目前的開發(fā)重點則在底層的圖形引擎上，它不需要其它圖形系統(tǒng)的支持。在Linux 操作系統(tǒng)上，Microwindows 也可以充分利用Linux 提供的Framebuffer機制來顯示圖形。并且，Microwindows 還具有很強的移植性，能夠在大多數(shù)微處理器上運行。

QT/ Embedded 由于移植了大量原來基于QT 的XWindows 程序，提供了非常完整的嵌入式GUI 解決方案，再加上Opera 瀏覽器，可以說是一個成熟的商業(yè)軟件。然而，QT/ Embedded 不能運行在非QT 的軟件中，其源代碼也過于龐大。

作為一個開放源代碼項目，Microwindows 將現(xiàn)代圖形窗口技術的一些特性展現(xiàn)給了編程團體，而不需要諸如Microsof t Windows 或X Window 這樣占用較大磁盤和RAM 空間的高級窗口的支持。它直接面向顯示硬件本身，不需要任何操作系統(tǒng)或其它圖形系統(tǒng)的支持，可以在Linux 2. 0 以上的Framebuffer 系統(tǒng)上很好地運行。Microwindows 本身就被設計成便于移植、能夠在大多數(shù)硬件和軟件環(huán)境下運行的Embedded GUI。

Microwindows 最新版本0. 9 有如下新特性：

（1） 支持新的NXL IB 項目，NXL IB 對X11 的二進制程序可以不加修改地直接在Microwindows 里運行，而無需X11 Server 支持;

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

（3） 內建標準化校準（nxcal） 支持，如一個觸摸屏驅動程序可以支持包含iPAQ、Zaurus、ADS 和Tuxscreen 在內的大多數(shù)ARM 平臺;

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

（5） 大幅提高了X11 屏幕驅動程序和文本畫圖的速度;

（6） 32 位ARGB 硬件驅動支持單色Alpha ;

（7） 支持帶有HAVI 鍵盤映射的L IRC 鍵盤;

（8） 從源代碼中為html 和pdf 文檔自動生成支持基于Doxygen 的文檔。

總而言之，最新版本的Microwindows 在硬件驅動加速上、在圖形引擎算法上以及代碼質量上，都比原先的版本有較大的改進。

Microwindows 的API

Microwindows 采用分層體系結構設計，提供了豐富的API 支持，支持Win32/ WinCE GDI 和Nano-X兩種API 集。

Microwindows 體系結構

Microwindows 的體系結構由下至上，分別為具體硬件、驅動層、圖形引擎層和API 層，如圖1 所示。用戶可以根據具體應用需求對不同層的代碼進行修改或重寫。

（1） 設備驅動程序。

鍵盤驅動程序主要有兩個，分別是kbd _ tty. c 和kbd _ bios. c 。前者主要用于Linux 和EL KS 系統(tǒng)，而后者主要用于MSDOS 實模式。

鼠標驅動程序主要有三個：mou_gpm. c ，用于Linux 的一個GPM 驅動; mou _ ser. c ，用于Linux 和EL KS 系統(tǒng);mou_gpm. c ，主要用于MSDOS 系統(tǒng)。

屏幕驅動程序有面向16 位EL KS、MSDOS 實模式的V GA 驅動（ scr_bios. c、vgaplan4. c、memp14. c 、scr_here. c）和面向Linux 的Framebuffer （ scr_fb. c、fb. c 等） 兩種。這部分驅動程序最復雜，在設計時可以參考scr_fb. c 來設計自己的屏幕驅動程序。

（2） 設備獨立的圖形引擎。

Microwindows 的圖形引擎是設備獨立的。引擎的每一例程都接受SCREENDEVICE 結構的指針（ PSD） 來作為第一個參數(shù)。PSD 說明了底層的顯示細節(jié)，如屏幕大小的x 、y 值，屏幕顏色ncolors ，以及諸如打開、關閉、畫線等函數(shù)指針。PSD 結構定義如下：

Microwindows 的API

Microwindows 提供兩個應用程序接口：一是Win32 接口，這種API 不是很成熟;二是Nano-X ，這種API 比較好，結構上清晰，功能上也完全。

在Microwindows 上的API 接口函數(shù)的基本模型都是用來初始化屏幕、鍵盤和鼠標的驅動程序，然后一直等待select （） 消息循環(huán)。當事件發(fā)生時，這條信息將送到用戶程序。如果是用戶請求圖形操作，那參數(shù)將被編碼后送到適當?shù)腉dXXX 核心程序上。與原始圖形操作相對的窗口概念是被該層所控制的，也就是說該層的API 函數(shù)定義了窗口及其對應系統(tǒng)的概念。這樣，系統(tǒng)坐標就能被轉成屏幕上顯示的坐標，并且可將數(shù)據傳給GdXXX 核心程序，由它進行實際操作。該層亦定義圖形/ 顯示文件，并且會將此信息（包括裁減信息） 送到核心程序上。

Microwindows 的API 支持大多數(shù)圖形繪制、裁減、窗口工具條繪制及拖拉窗口等程序。Nano-X 最先是由Davin Bell 為minix 設計的，它被設計為C/ S 模式，一般是通過Unix Domain socket 在客戶與服務器端進行通信的，但沒有實現(xiàn)窗口管理，所以對窗口的處理需要使用系統(tǒng)提供的一個插件集，或者完全由應用程序員自已開發(fā)。另外，Nano-X 不是消息驅動的，而是基于X 協(xié)議模式。在這種模式下，驅動整個系統(tǒng)運行的可以說是請求與事件。

請求就是客戶端為了完成某一動作而對服務器端所發(fā)出的申請，并且為每一個請求都定義了一個標識數(shù)。每個請求的結構都是不同的，但類似如下結構：

事件是每個窗口系統(tǒng)必不可少的部分，它反映系統(tǒng)運行的狀態(tài)，一共有22 種。對于每個事件都要提供有關它的結構，但沒有必要提供22 種事件結構，有一些事件所需要的數(shù)據是一樣的，如所有鼠標的事件都使用一個事件結構表示，如下所示：

Microwindows 在仿真環(huán)境下的應用

Microwindows 最為顯著的優(yōu)勢在于它可以在桌面計算機上仿真運行目標平臺的GUI 及其支撐軟件。這就意味著面向Linux 的Microwindows 應用軟件可以在桌面計算機的Linux 環(huán)境下編制和調試，而沒有必要建立跨平臺交叉編譯環(huán)境，并在目標平臺上對軟件進行編制和調試。這一點對于Embedded GUI 移植和開發(fā)而言，意義非同尋常。這完全歸功于Microwindows 的X Screen Driver ，而非Linux 的Framebuffer 。

我們在桌面計算機上的Linux 8. 0 仿真環(huán)境下運行Microwindows ，并通過一個簡單實例演示仿真環(huán)境下的Microwindows 應用編程。顯然，我們應采用Nano-X API。

仿真環(huán)境下Microwindows 主要的安裝步驟：

（1） 下載并安裝最新源代碼Microwindows20. 90. tar和最新字體microwindows2font s20. 90. tar。

（2） 修改安裝目錄下的配置文件，如mirowin/ src 下的config file ，主要包括以下幾項：

ARCH = LINUX-NATIVE;

/ / 高速系統(tǒng)為主機LINUX 建立應用程序

…

HAVE_FREETYPE_SUPPORT = Y;

/ / 設置對Free Type 和T1lib 字體的支持

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環(huán)境下的運行效果如圖2 所示。

結束語

嵌入式相關研究和應用正在以前所未有的速度發(fā)展著，而作為嵌入式系統(tǒng)核心內容之一的Embedded GUI 一定會隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展處于舉足輕重的地位。具有高可移植性、豐富API 支持、開放源代碼及可仿真運行的Microwindows ，在諸多Embedded GUI 技術中必將脫穎而出。

編輯：jq