嵌入式Linux的MiniGUI研究和移植

   择要：阐发嵌入式利用体系下典范的图形用户界面MiniGUI的结讨论特点，并提出将其移植到SUNPLUS的DVD720上的方案。

    关键词：图形用户界面(GUI) 嵌入式体系 Frame Buffer

引 言

1 嵌入式Linux下的GUI外貌

1.1 GUI在嵌入式体系中的职位地方

　　随着嵌入式体系的广泛应用，PDA、机顶盒、DVD/VCD播放机及WAP手机已经敏捷广泛。图形用户界面（GUI）的广泛盛行，是当今谋略机技能的巨大结果之一。它极大地方便了非专业用户的利用，因此及时嵌入式体系对GUI的需求越来越明显，而这齐备均恳求有一个高性能、高可靠的GUI 的支持。

　　由于嵌入式体系及时性恳求非常高，对GUI的恳求也更高。这些系同一样通常不渴望创建在巨大累赘的、非常斲丧体系资源的利用体系和GUI之上，比如Windows或X Window，太过巨大和痴肥。如许，这些体系对轻型GUI的需求越发突出。别的嵌入式体系通常是一种定制配置，它们对GUI的需求也各不雷同。有些体系只恳求一些图形结果，而有些体系恳求完备的GUI支持，因此，GUI也必须是可定制的。嵌入式体系对GUI的底子恳求包括轻型、占用资源少、高性能、高可靠性及可配置[1]。

1.2 如今嵌入式体系中GUI的实现

　　只管及时嵌入式体系对GUI的需求越来越明显，但如今GUI的实现要领各有差别[1]：

　　① 某些大型厂商有本领本身开辟餍足自身须要的GUI体系。

　　② 某些厂商没有将GUI作为一个软件层从应用步调中剥离，GUI的支持逻辑由应用步调本身来认真。

　　③ 采取某些比较成熟的GUI体系，比如 Mini GUI、MicroWindows 大概别的GUI体系。

　　比较常用的有如下几种GUI体系：紧缩的X Window 体系、MiniGUI、MicroWindows、OpenGUI及QT/Embedded 等。下面大抵先容这些体系。

　　（1）MiniGUI

　　MiniGUI[2]由原清华大学西席魏永明老师开辟，是一种面向嵌入式体系大概及时体系的图形用户界面支持体系。它紧张运行于Linux控制表面，实际可以运行在恣意一种具有POSIX线程支持的 POSIX兼容体系上。MiniGUI同时也是海内最早出现的几个自由软件项目之一。稍后将对它作过细的先容。

　　（2）MicroWindows

　　MicroWindows[3]是一个驰名的开放源码的嵌入式GUI软件。MicroWindows提供了当代图形窗口体系的一些特性。MicroWindows API接口支持类Win32 API，接口试图和Win32完全兼容。它还实现了一些Win32用户模块结果。MicroWindows采取分层筹划要领，以便差别的层面可以大概在须要的时间改写，底子上用 C 语言实现。MicroWindows已经支持 Intel 16位和32位CPU、MIPS R4000 以及 ARM 芯片；但作为一个窗口体系，该项目提供的窗口处理惩罚处罚结果还须要进一步美满，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美满。

　　（3）OpenGUI

　　OpenGUI[4]在Linux体系上存在已经很永劫间了。这个库是用C++编写的，只提供C++接口。OpenGUI基于一个用汇编实现的x86图形内核，提供了一个高层的C/C++图形/窗口接口。OpenGUI提供了二维画图原语、消息驱动的API及BMP文件格局支持。OpenGUI结果强大，利用方便。OpenGUI 支持鼠标和键盘的变乱，在Linux上基于Frame buffer大概SVGALib实现画图。由于其基于汇编实现的内核并利用MMX指令举行了优化，OpenGUI运行速率非常快。正由于其内核用汇编实现，可移植性受到了影响。通常在驱动步调一级，性能和可移植性是抵牾的，必须找到一个折衷。

　　（4）QT/Embedded

　　QT/Embedded[5]是驰名的QT库开辟商Trolltech 的面向嵌入式体系的QT版本。这个版本的紧张特点是可移植性较好，很多基于QT的X Window步调可以非常方便地移植到嵌入式体系；但是该体系不是开放源码的，要是利用这个库，大概须要付出昂贵的授权用度。

2 MiniGUI的特点和体系布局

2.1 MiniGUI的特点

　　MiniGUI的紧张特点有[1]：

　　◇ 依照GPL条款的纯自由软件。

　　◇ 提供了完备的多窗口机制，包括：

　　多个单独线程中运行的多窗口；

　　单个线程中主窗口的从属；

　　对话框和预定义的控件类（按钮、单行和多行编辑框、列表框、进度条及东西栏等）；

　　消息转达机制。

　　◇ 多字符集和多字体支持，如今支持 ISO8859-1、GB2312及Big5 等字符集，并且支持种种光栅字体和 TrueType、Type 1 等矢量字体。

　　◇ 全拼和五笔等汉字输入法支持。

　　◇ BMP、GIF、JPEG及PCX 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、插入符、定时器及加快键等。

　　◇ 小巧。包括全部结果的库文件大小为300 KB左右。

　　◇ 可配置。可根据项目需求举行定制配置和编译。

　　◇ 高稳固性和高性能。MiniGUI已经在Linux发行版摆设步调、CNC体系及蓝点嵌入式体系等关键应用步调中得到了实际应用。

　　◇ 可移植性好。如今，MiniGUI可以在X Window 和Linux控制表面上运行。中科院EEOS开辟组已经告成地将MiniGUI移植到了他们的POSIX兼容体系上。蓝点软件（北京）研发中间也已经告成地将 MiniGUI移植到了两款基于StrongARM的嵌入式体系上。

2.2 MiniGUI的体系布局

　　从团体布局上看，MiniGUI是分层筹划的，层次布局如图1所示。在最底层，GAL和IAL提供底层图形接口以及鼠标和键盘的驱动；中间层是MiniGUI 的内核层，包括窗口体系必不可少的各个模块；最顶层是API，即编程接口。GAL和IAL为 MiniGUI提供了底层的Linux控制表面大概X Window 上的图形接口以及输入接口，而Pthread用于提供内核级线程支持的C函数库。

利用GAL和IAL，大猛进步了MiniGUI的可移植性，并且使步调的开辟和调试变得越发容易。可以在X Window上开辟和调试本身的MiniGUI步调，通过重新编译就可以让MiniGUI应用步调运行在分外的嵌入式硬件平台上。

3 MiniGUI的移植

　　笔者的项目DVD720变乱在μC/OS嵌入式利用体系下，内核CPU为MIPS芯片。该平台是SUNPLUS公司提供的一个多媒体平台，不但仅实现DVD的播放，还包括一些附加结果，比喻游戏、卡拉OK、VOD及上彀等结果，并为用户提供了编程接口，利用户可以在DVD上对Lego公司的呆板人举行控制。为了给用户提供一个友爱的界面，以及从易用性和通用性方面思量，将MiniGUI移植到我们的DVD720平台。DVD720平台的体系布局如图2[6]所示。由于MiniGUI的分层实现，须要思量的只是HAL接口下的各驱动步调：鼠标驱动步调、键盘驱动步调及图形驱动步调。

3.1 鼠标和键盘驱动步调

　　鼠标驱动步调非常大抵。抽象意义上讲，初始化鼠标后，每次用户移动鼠标，就可以得到一个X 和 Y 方向上的位移值。驱动步调内部维护鼠标确当前位置，用户移动鼠标后，当前位置被加上位移值，并通过上层Cursor支持，反响到屏幕上，用户就会以为鼠标被正确地“移动”了。如今有种种百般的鼠标，比喻MS鼠标、PS/2鼠标、总线鼠标及GPM鼠标等，其紧张差别在于初始化和数据包格局上。键盘驱动步调的实现也比较大抵，在此不作过细的先容。

3.2 图形驱动步调

　　HAL提供的接口函数大多与图形干系，紧张便是通过调用图形驱动步调来完成任务的。图形驱动步调屏蔽了底层驱动的细节，实现底层驱动干系的结果，而不是硬件干系的一些结果，如一些画圆和画线的GDI函数、平常的剪切，可直接在HAL接口层实现。

　　DVD720的表现驱动是基于Frame buffer的驱动步调的。通过对SDRAM中的frame buffer和video bitstream buffer写入，就可以实现对TV和表现器的改造。像素的写入要领温序次如图3所示[6]。

　　下面先容各接口函数：

　　Open，Close

　　底子的初始化和封闭函数。在Open函数里要选择子图形驱动步调，将着实现的函数赋给本PSD 布局的函数指针。这里只思量基于Frame buffer的图形引擎的初始化。

　　SetPalette，GetPalette

　　当利用8位或以下的图形模式时，要利用体系调色板。这里是调色板处理惩罚处罚函数，它们和Windows API中的见解雷同。Linux体系利用ioctl 提供了处理惩罚处罚调色板的接口。

　　AllocateMemGC，MapMemGC，FreeMemGC

　　内存屏幕是一个伪屏幕。在对屏幕图形利用进程中，比如移动窗口，天赋生一个内存屏幕，将物理屏幕的一个地区拷贝到内存屏幕，再拷贝到物理屏幕的新位置，如许就淘汰了屏幕直接拷贝的延时。AllocateMemGC用于给内存屏幕分派空间，MapMemGC做一些初始化变乱，而FreeMemGC则开释内存屏幕。

　　DrawPixel、ReadPixel、DrawHLine、DrawVLine及FillRect

　　这些是底层图形函数。分别是画点、读点、画程度线、画竖直线及画一个实心矩形。之以是在底层实现这么多函数，是为了进步屈从。图形函数支持多种画图模式，常用的有直接设置或Alpha殽杂模式，从而可以支持种种图形结果。
PutHLine、GetHLine、PutVLine、GetVLine、PutBox、GetBox及PutBoxMask

　　Get* 函数用于从屏幕拷贝像素到一块内存区，而Put*函数用于将存放于内存区的像素画到屏幕上。PutBoxMask 与PutBox的唯一区别是，要是要画的像素是白色，就不会被画到屏幕上，从而到达一种透明的结果。

4 总结与预测

　　到如今为止，我们的移植变乱已经顺利完成。MiniGUI已经能告成运行在我们的DVD720平台上。作为底层支持的GUI体系，MiniGUI也应该像利用系同一样是开放源码的自由软件，并应该得到开辟商的共同推动。到如今为止，已经有多家嵌入式体系开辟商采取MiniGUI开辟嵌入式体系，并且已经开辟出了很多告急的应用步调。我们渴望可以大概有更多的人参加MiniGUI的开辟，共同促成MiniGUI成为嵌入式 Linux体系上的标准GUI。只管MiniGUI如今的结果已经非常强大，并且已经告成应用于很多嵌入式体系，但还须要在如下范畴举行开辟：

　　◇ 创建一个 C++ 类库来封装MiniGUI的API；

　　◇ 创建基于传统进程级客户/办事器体系布局的 MiniGUI，以便可以大概让MiniGUI得当于一些较大的嵌入式体系，比如支持全结果欣赏器的机顶盒。

    随着MiniGUI不绝推广和结果的加强，它也将在实际应用中不绝走向成熟。及时嵌入式体系上的GUI开辟正处于开始阶段。在这个范畴，有很多技能困难等待自由软件步调员去办理。