嵌入式圖形用戶界面系統(tǒng)方案

　　當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)中GUI 的實現(xiàn)方式主要有兩種：一是采用現(xiàn)有的GUI 庫;第二種是開發(fā)商基于嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計特有的GUI 系統(tǒng)。采用第1種方式一般要對通用GUI 庫進行剪裁和個性化定制，也往往要支出額外的成本來獲得軟件授權(quán)。相對而言，第2 種方法實現(xiàn)的GUI 占用資源較小、容易滿足嵌入式系統(tǒng)的實時性和個性化需求。

　　本文采用第2 種方式，在嵌入式Linux下使用C 語言實現(xiàn)了一個界面美觀、輕量級、占用資源少、執(zhí)行效率高的圖形用戶界面系統(tǒng)SKY-GUI.本文的結(jié)構(gòu)如下：第1 部分介紹SKY-GUI 的基本結(jié)構(gòu);第2部分給出具體的模塊設(shè)計;第3 部分給出其實驗和測試結(jié)果;最后總結(jié)。

　　1 SKY-GUI 基本結(jié)構(gòu)

　　SKY-GUI 系統(tǒng)的功能主要有以下四點：

　　(1)接收各種輸入設(shè)備的輸入。

　　(2)建立消息循環(huán)，將設(shè)備的輸入翻譯為抽象的事件。

　　(3)建立窗口和控件對象系統(tǒng)，組織好各個抽象模塊的關(guān)系，處理各種GUI 事件。

　　(4)將GUI 對象通過具體形狀顯示在屏幕上，通過動畫將系統(tǒng)的狀態(tài)變化呈現(xiàn)給用戶。

　　基于這樣的設(shè)計目標(biāo)，SKY-GUI 結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

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　　圖1 SKY-GUI 的整體架構(gòu)

　　它主要由輸入抽象層、顯示抽象層、事件系統(tǒng)和窗口系統(tǒng)四大部分組成。輸入抽象層管理所有的輸入設(shè)備，將用戶的操作轉(zhuǎn)化成消息送入事件系統(tǒng)。

　　顯示抽象層操作顯示設(shè)備，提供給窗口系統(tǒng)繪畫、貼圖、顯示字體接口。事件系統(tǒng)為窗口系統(tǒng)提供消息獲取、存儲和處理的機制。窗口系統(tǒng)是SKY-GUI 的核心，定義了各種控件和窗口，描述它們之間的邏輯關(guān)系和消息循環(huán)關(guān)系。下面將分別對這四大組成部分的設(shè)計進行介紹。

　　2 SKY-GUI 模塊設(shè)計

　　2. 1 輸入抽象層

　　輸入抽象層為各種輸入設(shè)備對事件系統(tǒng)的輸入接口，它是一個單獨的線程，其流程如圖2 所示。

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　　圖2 輸入抽象層流程。

　　輸入抽象層首先對GUI 所需的各種輸入設(shè)備初始化，而后等待各個設(shè)備的輸入。當(dāng)接到設(shè)備輸入，就把用戶對設(shè)備的操作翻譯成消息，送至事件系統(tǒng)最底層消息隊列(在異2. 3. 2 詳細(xì)討論)中。

　　設(shè)備輸入的翻譯過程根據(jù)具體的輸入設(shè)備而定。對于鍵盤，只要將其鍵值和該鍵的狀態(tài)封成消息。對于鼠標(biāo)，除了要記錄其按鍵狀態(tài)，還要根據(jù)鼠標(biāo)當(dāng)前的位置和屏幕的大小將輸入的位移分量轉(zhuǎn)化成鼠標(biāo)的新位置封入消息。

　　2. 2 顯示抽象層

　　顯示抽象層的作用是為窗口系統(tǒng)提供顯示接口函數(shù)，包括基本圖形接口(畫點、畫線、填充矩形、區(qū)域拷貝、Alpha 混合等)、貼圖接口和字體接口三大功能，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

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　　圖3 顯示抽象層的結(jié)構(gòu)。

　　顯示抽象層在嵌入式Linux 下的基礎(chǔ)設(shè)備為幀緩沖，對其按坐標(biāo)寫入或讀出顏色值即可實現(xiàn)基本的圖形接口的功能。

　　簡單的貼圖功能用基本圖形接口加bmp 格式的文件(圖片不經(jīng)過壓縮，其顏色分量按坐標(biāo)順序存儲)就可以實現(xiàn)。為了讓界面更加美觀，SKY-GUI移植了開源的jpeg 庫和png 庫來解壓相應(yīng)格式的壓縮圖片文件，實現(xiàn)了對這兩種圖片格式的支持。

　　對字體的支持當(dāng)然必不可少。點陣字體把字體的位圖按12伊12、16伊16 等格式存入二進制文件，可以比較容易地實現(xiàn)字體接口，但字體不能隨意放大縮小，且放大后字體有明顯的鋸齒。矢量字體用數(shù)學(xué)方程加字形上的關(guān)鍵點來描述字體，可以進行無級縮放，為界面的繪制帶來極大的靈活性。SKY-GUI 移植了開源的Freetype 庫，用其尋址矢量字體文件并生成字體位圖，實現(xiàn)了對矢量字體的支持。

　　2. 3 事件系統(tǒng)

　　事件系統(tǒng)為SKY-GUI 的其他三大部分提供消息發(fā)送、存儲、獲取和處理的功能。其核心為消息、消息隊列和消息處理函數(shù)。

　　2. 3. 1 消息定義

　　SKY-GUI 的消息定義為：

　　typedef STruct __MSG {

　　HWND hWnd;搖/ / 窗口指針

　　int event;搖/ / 事件編號

　　void* wParam;搖/ / 事件附加參數(shù)1

　　void* lParam;搖/ / 事件附加參數(shù)2

　　} MSG;

　　hWnd 為指向窗口的指針，表明此消息需要發(fā)給哪個窗口。event 為事件編號，用不同的整數(shù)代表不同的事件。wParam 和lParam 為事件的附加參數(shù)，它們的含義根據(jù)事件類型的不同而定，例如，在鼠標(biāo)消息中這兩個參數(shù)就代表光標(biāo)在屏幕上的坐標(biāo)位置。