主流嵌入式Linux系統(tǒng)下GUI解決方案
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在嵌入式環(huán)境底下，GUI系統(tǒng)的整體構(gòu)架跟PC Desktop相去不遠(yuǎn)，例如繪圖函數(shù)庫(kù)、字型、事件處理等也都是嵌入式GUI系統(tǒng)所要面臨的。但是嵌入式系統(tǒng)本身由于體積小、資源少的特點(diǎn)，所以在整體設(shè)計(jì)上必須較為嚴(yán)謹(jǐn)，必須考慮的條件更多，有時(shí)很像又回到了Dos下編制程序的年代，對(duì)于軟件所占的存儲(chǔ)量有時(shí)可以說(shuō)是錙銖必較。
Unix環(huán)境下的圖形視窗標(biāo)準(zhǔn)為X Window System（以下簡(jiǎn)稱X標(biāo)準(zhǔn)），Linux是類Unix系統(tǒng)，所以頂層運(yùn)行的GUI系統(tǒng)是兼容X標(biāo)準(zhǔn)的XFree86系統(tǒng)。X標(biāo)準(zhǔn)大致可以劃分X Server、Graphic Library（底層繪圖函數(shù)庫(kù)）、Toolkits、Window Manager、Internationalization（I18N）等幾大部分（詳細(xì)內(nèi)容見鏈接）。
筆者認(rèn)為，雖然X架構(gòu)不錯(cuò)，但卻不怎么適用于嵌入式環(huán)境，因?yàn)閷?shí)際工作起來(lái)實(shí)在太過(guò)于龐大，因此許多嵌入式Linux GUI系統(tǒng)會(huì)把上述幾點(diǎn)合并，甚至全部綁到一起，當(dāng)然這樣同時(shí)也會(huì)失去很多彈性與擴(kuò)展功能，但為了適應(yīng)于嵌入式系統(tǒng)，這也是一個(gè)解決問(wèn)題的方法。本文下面就介紹一下現(xiàn)存的主流嵌入式Linux下GUI解決方案。
主流解決方案介紹
Qt/Embedded
Qt是Trolltech這家商業(yè)公司所開發(fā)的一個(gè)跨平臺(tái)FrameWork環(huán)境，在X環(huán)境下可以看作是一套功能完整的用戶界面工具包，它采用類似C++的語(yǔ)法，并且具備物件導(dǎo)向功能。跨平臺(tái)的特性可以讓使用Qt編寫的軟件，在Microsoft Windows 95/98/2000、 Microsoft Windows NT、MacOS X、Linux、Solaris、HP-UX、Tru64 (Digital UNIX)、Irix、FreeBSD、BSD/OS、SCO、AIX等許多平臺(tái)上執(zhí)行。雖然是商業(yè)公司的產(chǎn)品，但是Qt走的卻是開源路線，并遵循同樣的游戲規(guī)則，提供免費(fèi)下載，全部都是開放源代碼，非商業(yè)用途亦采用GPL的版權(quán)宣告，著名的Open Source “KDE” 項(xiàng)目便是采用Qt所開發(fā)的。
Trolltech也針對(duì)嵌入式環(huán)境推出了“Qt/Embedded”產(chǎn)品。與桌面版本不同，Qt/Embedded已經(jīng)直接取代掉X Server及X Library等角色，所有的功能全部整合在一起。
Qt/Embedded 同樣具有跨平臺(tái)的特點(diǎn)，省掉了不少移植軟件的功夫，這樣的概念和Java十分接近。同時(shí)它還采用模塊化設(shè)計(jì)，其最大的好處是有彈性， Qt/Embedded號(hào)稱最小可以縮到800Kb左右，最多可以長(zhǎng)到3Mb（for Intel x86），這樣的彈性也讓Qt/Embedded更適合在嵌入式環(huán)境下生存。
另外，Trolltech公司還推出了針對(duì)PDA軟件的整體解決方案QPE（Qt Plamtop Environment）。它從底層的GUI系統(tǒng)、Window Manger、Soft Keyboard到上層的PIM、瀏覽器、多媒體等，全部都考慮進(jìn)去了。其主界面如圖1所示 ，內(nèi)部包括地址簿、計(jì)算器、世界時(shí)間、時(shí)間設(shè)置、記事本、終端、文件瀏覽器、幫助、媒體播放器、圖像瀏覽器、文本編輯器等。
相對(duì)其他GUI來(lái)說(shuō)， Qt/Embedded 應(yīng)該說(shuō)是肥美型的產(chǎn)品，功能豐富，但能消化它的東西只能是高端產(chǎn)品，32MB內(nèi)存是運(yùn)行它的最小要求。因此，如果開發(fā)的產(chǎn)品不是高端的信息終端類產(chǎn)品，不應(yīng)優(yōu)先考慮 Qt/Embedded。
GtkFB自從Qt推出了嵌入式版本之后，雖然GTK＋并非商業(yè)公司所發(fā)展，但也加緊腳步推出了GtkFB方案，其宗旨就是要為嵌入式系統(tǒng)推出一套基于GTK＋的GUI解決方案。與Qt/Embedded類似，GtkFB也跳過(guò)X層直接與FrameBuffer溝通，因此也具有Qt/Embedded的幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)由于不是商業(yè)軟件，在發(fā)展的速度上較為緩慢。
Microwindows
Microwindows Open Source Project成立的宗旨在于針對(duì)體積小的裝置，建立一套先進(jìn)的視窗環(huán)境，在Linux桌面上通過(guò)交叉編譯可以很容易地制作出micro-windows的程序。MicroWindows能夠在沒有任何操作系統(tǒng)或其他圖形系統(tǒng)的支持下運(yùn)行，它能對(duì)裸顯示設(shè)備進(jìn)行直接操作。這樣，MicroWindows就顯得十分小巧，便于移植到各種硬件和軟件系統(tǒng)上。
然而MicroWindows 的免費(fèi)版本進(jìn)展一直很慢，幾乎處于停頓狀態(tài)，而且至今為止，國(guó)內(nèi)沒有任何一家專業(yè)對(duì) MicroWindows 提供全面技術(shù)支持、服務(wù)和擔(dān)保的公司。
MiniGUI是中國(guó)人做得比較好的自由軟件之一，它是在Linux控制臺(tái)上運(yùn)行的多窗口圖形操作系統(tǒng)，可以在以Linux為基礎(chǔ)的應(yīng)用平臺(tái)上提供一個(gè)簡(jiǎn)單可行的MiniGUI支持系統(tǒng)?！靶 笔荕iniGUI的特色，MiniGUI可以應(yīng)用在電視機(jī)頂盒、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、掌上電腦等諸多場(chǎng)合。由于這是由中國(guó)人自己開發(fā)的GUI系統(tǒng)，所以MiniGUI對(duì)于中文的支持最好。它支持GB2312與BIG5字元集，其他字元集也可以輕松加入。
Pure X架構(gòu)
Tiny X Server是XFree86 Project的一部分，由Keith Pachard先生所發(fā)展，而他本身就是XFree86專案的核心成員之一。一般的X Server都太過(guò)于龐大，因此Keith Packard就以XFree86為基礎(chǔ)，精簡(jiǎn)了不少東西而成Tiny X Server，它的體積可以小到幾百Kb而已，非常適合應(yīng)用于嵌入式環(huán)境。
以純X Window System搭配Tiny X Server架構(gòu)來(lái)說(shuō)，最大的優(yōu)點(diǎn)就是彈性與開發(fā)速度，因?yàn)榕c桌面的X架構(gòu)相同，因此相對(duì)于很多以Qt、GTK+、FLTK等開發(fā)的軟件可以很容易地移植上來(lái)。
雖然移植方便，但是卻有體積大的缺點(diǎn)，由于很多軟件本來(lái)是針對(duì)桌面環(huán)境開發(fā)的，因此無(wú)形之中具備了桌面環(huán)境中很多復(fù)雜的功能。因此“調(diào)?！弊兂刹捎么思軜?gòu)最大的課題，有時(shí)候重新改寫都可能比調(diào)校所需的時(shí)間還短。
OpenGUI
OpenGUI在Linux系統(tǒng)上已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了。最初的名字叫FastGL，只支持256色的線性顯存模式，但目前也支持其他顯示模式，并且支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，比如MS-DOS、QNX和Linux等，不過(guò)目前只支持x86硬件平臺(tái)。OpenGUI分為三層: 最低層是由匯編語(yǔ)言編寫的快速圖形引擎；中間層提供了圖形繪制API，包括線條、矩形、圓弧等，并且兼容Borland的BGIAPI；第三層用C++編寫，提供了完整的GUI對(duì)象庫(kù)。 OpenGUI采用LGPL條款發(fā)布。OpenGUI比較適合于基于x86平臺(tái)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，跨平臺(tái)的可移植性較差，目前發(fā)展較慢。
一點(diǎn)建議
綜合上述GUI解決方案各方面的性能，歸結(jié)起來(lái)有在國(guó)內(nèi)有四種GUI較為適用，筆者對(duì)其做出推薦。
1．OpenGUI
由于基于匯編實(shí)現(xiàn)內(nèi)核，并利用MMX指令進(jìn)行了優(yōu)化，OpenGUI運(yùn)行速度非?？?。它支持32位的機(jī)器，能夠在多種操作系統(tǒng)下運(yùn)行，主要用來(lái)在這些系統(tǒng)中開發(fā)圖形應(yīng)用程序和游戲。由于歷史悠久，OpenGUI非常穩(wěn)定，但是由于其內(nèi)核用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)部使用的是私有的API，所以其可移植性較差，可配置性也較差。
2．Qt/Embedded
這個(gè)版本的主要特點(diǎn)是可移植性較好。因?yàn)镼t是KDE等項(xiàng)目使用的GUI支持庫(kù)，所以許多基于Qt的X Window程序可以非常方便地移植到Qt/Embedded版本上。因此，自從Qt/Embedded以GPL條款發(fā)布以來(lái)，就有大量的嵌入式Linux開發(fā)商轉(zhuǎn)到了Qt/Embedded系統(tǒng)上，如韓國(guó)的Mizi公司。但是，由于它是基于C++類庫(kù)的，所以和其他GUI相比系統(tǒng)消耗資源較大。因此說(shuō)Qt/Embedded是肥美型的產(chǎn)品，功能豐富，一般用于手持式高端信息產(chǎn)品。
3．MiniGUI和Micro-Windows的比較
MiniGUI和MicroWindows均為自由軟件，但這兩個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)路線卻有所不同。MiniGUI的策略是建立在比較成熟的圖形引擎之上，比如Svgalib和LibGGI，開發(fā)的重點(diǎn)在于窗口系統(tǒng)、圖形接口之上。而MicroWindows的開發(fā)重點(diǎn)則在底層的圖形引擎之上，所以可以對(duì)裸顯示器直接操作，而窗口系統(tǒng)和圖形接口方面的功能還稍有欠缺。比如說(shuō)，MiniGUI有一套用來(lái)支持多字符集和多編碼的函數(shù)接口，可以支持各種的字符集，包括GB、BIG5、UNI-CODE等，而MicroWindows在多字符支持上尚沒有統(tǒng)一接口。
X Window System的分層架構(gòu)
● X ServerX Window System架構(gòu)上有一項(xiàng)特點(diǎn)是別的GUI系統(tǒng)所沒有的，這個(gè)特點(diǎn)就是Client/Server架構(gòu)，注意這里和一般我們所熟知的某某服務(wù)器（Server端）跟PC端（Client端）相連接的情形是不同的。惟一類似的是X Window System本身也是采用網(wǎng)路架構(gòu)設(shè)計(jì)。具體而簡(jiǎn)單一點(diǎn)的說(shuō)明就是，X Client可以看作我們?cè)赬上執(zhí)行的軟件，X Server則是負(fù)責(zé)顯示及傳遞使用者輸入事件（包括鍵盤、鼠標(biāo)等硬件裝置的輸入）。
● Graphic Library
我們可以把一幅圖案想象成有成千上萬(wàn)個(gè)細(xì)微小點(diǎn)所組成，這種小點(diǎn)的單位通常為pixel，在同一平方單位里這些小點(diǎn)數(shù)越高圖案就越清晰、畫質(zhì)就越好，也就是說(shuō)分辨率或解析率高。事實(shí)上我們要設(shè)計(jì)的視窗當(dāng)然不可能是這樣一點(diǎn)一點(diǎn)地畫上去的，這樣太過(guò)浪費(fèi)時(shí)間，基于這種觀念我們就設(shè)計(jì)出高階一點(diǎn)的函數(shù)來(lái)幫助我們解決這個(gè)繁瑣的步驟，例如各類視窗編程里用到的畫點(diǎn)、畫線、畫矩形、畫圓形、畫不規(guī)則形、上色等函數(shù)。透過(guò)這些函數(shù)是的程序設(shè)計(jì)者不用去管畫一條線要幾個(gè)點(diǎn)以及如何讓顯示器顯示等林林總總低階的工作，我們稱繪圖相關(guān)的一組函數(shù)庫(kù)為GUI的基本Graphic Library。
● Toolkits
有了點(diǎn)、線、面的函數(shù)之后，雖然已經(jīng)去除了大半的重復(fù)無(wú)聊工作，但是就開發(fā)視窗程序來(lái)說(shuō)，還是顯得非常沒有效率，怎么辦呢？只有繼續(xù)將構(gòu)成視窗的抽象元件，如按鈕、卷軸、組合框等各類控件抽離出來(lái)，重新定義一組更高階的函數(shù)庫(kù)，在配合上聯(lián)系的語(yǔ)法函數(shù)就成立Toolkits這類的東西，目前流行的有QT、GTK+等。
● Window Manager
有了Toolkits，我們可以很輕松地建立視窗模塊（X Client），但是每個(gè)視窗模塊只負(fù)責(zé)自己模塊內(nèi)的事務(wù)，那么不同視窗間的溝通、協(xié)調(diào)，例如視窗的切換、放大、縮小等，就沒有模塊管理了，于是視窗管理員（Window Manager）就應(yīng)運(yùn)而生了。
● Internationalization
國(guó)際化通常是我們東方語(yǔ)系國(guó)家的人比較關(guān)心的議題，但是很多軟件一開始都由西方國(guó)家所主導(dǎo)開發(fā)，因此這點(diǎn)常常受到忽略，這個(gè)問(wèn)題牽扯的層面很多，上從語(yǔ)言的顯示、輸入、中止語(yǔ)言習(xí)慣，下到文字位元的處理，完整的解決是必須從頭到腳徹底配合才能達(dá)成，只處理一半都只能說(shuō)是一個(gè)蹩腳的系統(tǒng)。
隨著東方國(guó)家使用GUN/Linux的人口越來(lái)越多，I18N（i-eighteen-letters-n的縮寫）也日益受到重視，目前底層libc部分已經(jīng)有完整的支持，剩下來(lái)便是GUI系統(tǒng)的問(wèn)題，由于處理雙位元所耗的資源較大，西方國(guó)家主導(dǎo)的系統(tǒng)很多情況下，經(jīng)過(guò)一些取舍，I18N就被犧牲掉了，整體而言Embedded Linux GUI系統(tǒng)在I18N的程度通常都沒有PC端的好，只有在需求時(shí)才會(huì)使用。
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