嵌入式Linux下的圖形用戶界面系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2. 4. 1窗口的定義

SKY-GUI中，窗口既包含桌面、對(duì)話框這種狹義的窗口，也包含窗口控件(如按鈕、下拉菜單、編輯框等等)這樣的廣義窗口，其定義為：

typedef struct __WINDOW {

STR32 caption; / /窗口的名稱

RECT rect; / /窗口的大小、位置

int style; / /窗口的類型

MsgQueue* pMsgQ; / /附屬于窗口的消息隊(duì)列

struct __WINDOW*pFocus; / /活動(dòng)窗口指針

struct __WINDOW*pParent; / /父窗口指針

struct __WINDOW*pChldHead; / /子窗口列表

struct __WINDOW*pNext; / /兄弟窗口或控件指針

struct __WINDOW*pCtrlHead; / /控件列表

WNDPROC WndProc; / /消息處理函數(shù)指針

void* data1; / /窗口私有數(shù)據(jù)

void* data2; / /窗口私有數(shù)據(jù)

void* data3; / /窗口私有數(shù)據(jù)

int msg1; / /窗口狀態(tài)變化消息

} WINDOW;

caption為窗口的名稱;rect為保存窗口位置和大小的矩形;style為窗口的類型;pMsgQ為窗口的消息隊(duì)列的指針;pFocus指向當(dāng)前窗口的活動(dòng)子窗口或控件;pParent指向當(dāng)前窗口的父窗口;pNext指向當(dāng)前窗口的兄弟窗口;pChldHead用來(lái)保存當(dāng)前窗口的子窗口列表;pCtrlHead保存當(dāng)前窗口的控件列表。WndProc指向當(dāng)前窗口的消息處理函數(shù);data1、data2、data3為窗口的私有數(shù)據(jù)，msg1為窗口狀態(tài)變化時(shí)需要發(fā)出的控件消息，它們的意義根據(jù)窗口的類型而定。

從窗口的定義可以看出，本文要實(shí)現(xiàn)的是一種樹形的窗口關(guān)系，整個(gè)系統(tǒng)可以擁有一個(gè)或多個(gè)主窗口，每個(gè)主窗口擁有自己的控件和子窗口，而子窗口又可以擁有各自的子窗口和控件，依此類推。

2. 4. 2窗口與消息隊(duì)列的關(guān)系

窗口定義中含有指向消息隊(duì)列的指針，但并不是所有的窗口都有自己的消息隊(duì)列。主窗口(如桌面)需要隨時(shí)呈現(xiàn)在用戶的面前，可以擁有自己的消息隊(duì)列;其他的子窗口、控件則沒(méi)有必要擁有自己的消息隊(duì)列。這兩類窗口用不同的方式使用事件系統(tǒng)。

擁有消息隊(duì)列的主窗口必須擁有自己獨(dú)立的線程，其消息發(fā)送和處理的流程如圖5所示。

圖5擁有消息隊(duì)列的窗口的消息發(fā)送和處理流程。

當(dāng)其他窗口或輸入抽象層需要操作主窗口時(shí)，就調(diào)用事件系統(tǒng)中的Post_Msg或Send_Msg函數(shù)向該窗口的消息隊(duì)列發(fā)送一個(gè)消息。而主窗口得知有消息輸入，就調(diào)用事件系統(tǒng)中的Get_Msg函數(shù)取出消息，并使用Dispatch_Msg調(diào)用自己的消息處理函數(shù)，找到相應(yīng)的事件處理方法處理事務(wù)。這種消息傳遞的特點(diǎn)是消息的發(fā)送和處理分別在不同的窗口線程中完成，一般用于兩個(gè)主窗口之間或者輸入抽象層和主窗口之間的消息通信。

沒(méi)有消息隊(duì)列的子窗口或控件處理消息的流程如圖6所示。

圖6沒(méi)有消息隊(duì)列的窗口的消息處理流程

主窗口調(diào)用事件系統(tǒng)中的Post_Msg或Send_Msg函數(shù)向子窗口或控件發(fā)送消息，由于該窗口沒(méi)有自己的消息隊(duì)列，事件系統(tǒng)不會(huì)將該消息保存，而是直接調(diào)用該窗口的消息處理函數(shù)找到具體的事件處理方式完成這次窗口操作。這種消息傳遞方式中，發(fā)送消息和處理消息都在主窗口的線程中完成，向一個(gè)窗口發(fā)送消息相當(dāng)于要求該窗口立刻對(duì)事件進(jìn)行處理。

SKY-GUI只設(shè)置了一個(gè)主窗口，即桌面。其他所有的窗口或?qū)υ捒蚨甲鳛樽烂娴淖哟翱诙嬖凇?/p>

這樣系統(tǒng)中只有一個(gè)窗口線程和一個(gè)消息隊(duì)列，第一種消息處理方式只存在于輸入抽象層和桌面之間，而窗口之間的消息處理都采用第二種方式，這樣系統(tǒng)的線程開銷和消息循環(huán)開銷會(huì)大大減少，從而提高其運(yùn)行效率。

2. 4. 3窗口之間的消息傳遞

窗口之間的消息傳遞根據(jù)消息類型的不同有兩種不同方式。

主窗口從消息隊(duì)列中取得的消息在SKY-GUI中稱為底層消息。這類消息是由主窗口處理，還是交給子窗口或是控件處理，是根據(jù)窗口定義中的pFocus變量而定的。當(dāng)一個(gè)窗口的pFocus不為空時(shí)，表示該窗口上方有子窗口被用戶使用，消息應(yīng)該交給它指向的子窗口處理，而這個(gè)子窗口也檢查自己的pFocus變量，依此類推;只有當(dāng)一個(gè)窗口的pFocus為空，表示該窗口位于屏幕的最上方，得到的底層消息由窗口自身處理(如圖7左邊流程)。

而當(dāng)控件的狀態(tài)變化產(chǎn)生控件消息時(shí)，其消息處理的過(guò)程正好跟上面的流程相反。控件產(chǎn)生的消息首先由自己處理，有必要時(shí)再送給pParent指針指向的父窗口處理，而后還有必要的話再送給父窗口的父窗口處理，最后也可以由主窗口送入消息隊(duì)列(如圖7右邊流程)。

圖7從消息隊(duì)列讀出的消息處理流程(左)和控件產(chǎn)生的消息處理流程(右)。

pFocus變量和pParent變量加上這樣樹形的窗口系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)了很多GUI系統(tǒng)中的窗口的Z序[6](窗口的上下順序)功能。該功能是建立在子窗口顯示在其父窗口之上，且控件顯示在其所屬窗口之上的思想上的。由于底層消息一般代表用戶對(duì)輸入設(shè)備的操作，所以應(yīng)該送給位于屏幕最上方的用戶正在使用的窗口處理，而控件消息一般代表著GUI界面自上而下的圖形和數(shù)據(jù)變化過(guò)程，所以應(yīng)該從上到下逐層處理。

3實(shí)驗(yàn)和測(cè)試

SKY-GUI現(xiàn)已嵌入已有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目中予以使用，它有下拉菜單、輸入框、密碼框、按鈕、軟鍵盤等十幾種控件，提供視頻監(jiān)控的操控界面和配置界面。其中的一個(gè)典型的界面如圖8所示。

圖8 SKY-GUI在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的典型界面。

為了測(cè)試其的性能，本文利用SKY-GUI和開源的Qt界面庫(kù)分別為視頻監(jiān)控系統(tǒng)制作了一套用戶界面，其參數(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 SKY-GUI與Qt在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的性能比較。

很顯然，Qt在嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)中占用資源過(guò)多，導(dǎo)致其運(yùn)行速度緩慢并影響到系統(tǒng)的正常編解碼。

而SKY-GUI加上其所需的開源圖片和字體庫(kù)大小也不超過(guò)1 M，運(yùn)行時(shí)只占用4 M左右的內(nèi)存，這在典型的嵌入式Linux系統(tǒng)中完全可以接受，也不會(huì)影響到監(jiān)控系統(tǒng)本身的性能。可以看出，Qt要運(yùn)用在該監(jiān)控系統(tǒng)中還需進(jìn)行更深層次的剪裁和性能優(yōu)化，而SKY-GUI則可滿足其對(duì)界面的功能和性能需求。

4總結(jié)

本文描述了一種嵌入式Linux平臺(tái)下GUI的設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)證明此設(shè)計(jì)方案可行，可以滿足一般嵌入式平臺(tái)上的圖形界面要求。