linux圖形界面設(shè)計綜述【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p>　　Linux圖形界面設(shè)計綜述</p><p>　　摘要：Linux 圖形界面設(shè)計中一般應(yīng)用X11、OpenGUI和QT等GUI設(shè)計平臺。Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，得到了越來越廣

2、泛的應(yīng)用[1]。重點對Qt的核心特性——信號與槽機制進行了分析，詳細描述Qt跨平臺的開發(fā)工具及其開發(fā)程序的方便性，功能的強大，高性能等方面的特點和優(yōu)勢[2]。</p><p>　　關(guān)鍵字：X11；OpenGUI；圖形用戶界面（GUI）；Qt; 信號與槽</p><p><b>　　1. 引言</b></p><p>　　在嵌入式系統(tǒng)這個ＩＴ產(chǎn)業(yè)

3、的新領(lǐng)域，Linux以其所具備的穩(wěn)定、高效、易定制、易裁減、硬件支持廣泛的特點　，結(jié)合其免費、源碼開放的特征。使得Linux在嵌入式操作系統(tǒng)中的地位越來越重要[3]。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)且軟硬件均可裁剪的專用計算機系統(tǒng)，用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)［4］。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展已有 20多年的歷史，雖然目前已出現(xiàn)了很多基于Linux的嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)本身硬件的條件限制，常用PC

4、機的GUI系統(tǒng)不適合在其上運行。嵌入式系統(tǒng)對GUI有著特殊的要求：由于嵌入式系統(tǒng)對實時性要求非常高，對GUI的要求也高，所以這種系統(tǒng)一般不宜建立在龐大臃腫、非常消耗系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)和GUI之上，如Windows或X Windoｗ均過于龐大和臃腫．因此，這些系統(tǒng)對輕型GUI的需求更加突出．另外嵌入式系統(tǒng)往往是一種定制設(shè)備。它們對GUI的需求也必須是可定制的[5]．所以，嵌入式系統(tǒng)對GUI的基本要求包括輕型、占用資源少、高性能、高可靠性和

5、可配置[6]。</p><p>　　2．Linux圖形界面編程的概述</p><p>　　2.1 X windows XFree86 4.X(帶幀緩沖區(qū)支持的X11R6.4)</p><p>　　X Window 是高度可配置的，它只是定義了一系列最基本的顯示功能調(diào)用，而沒有規(guī)定的圖形窗口的樣式[6]。圖形窗口的樣式由程序員開發(fā)的窗口程序完成，從而使得X Windo

6、w的風格多種多樣，用戶可根據(jù)自己的喜好定制圖形界面。</p><p>　　1984年，麻省理工學院（MIT）電腦科學研究室開發(fā)X Window。1989年，MIT和數(shù)學設(shè)備公司（DEC）對X Window協(xié)議進行重新設(shè)計，推出了X Window第11版，即X11[7]。</p><p>　　XFree86 是一個由XFree86 Project公司開發(fā)的可以重復(fù)分發(fā)、開放源碼的X wind

7、ow系統(tǒng)。X window系統(tǒng)X(11)為應(yīng)用程序以圖形方式進行顯示提供了資源，并且它是Unix和類。Unix的機器上最常用的窗口系統(tǒng)．它很小但很有效，可運行在眾多的硬件上，對網(wǎng)絡(luò)透明并且有良好的文檔說明．X11為窗口管理、事件處理、同步和客戶機間通信提供強大的功能，　并且大多數(shù)開發(fā)人員已經(jīng)熟悉了它的API。X11具有對內(nèi)核幀緩沖區(qū)的內(nèi)置支持，并占用非常少的資源，這非常有助于內(nèi)存相對較少的設(shè)備。Ｘ服務(wù)器支持ＶＧＡ和非ＶＧＡ圖形卡，它對顏

8、色深度1?2?4?8?16和32提供支持，并對渲染提供內(nèi)置支持，最新的發(fā)行版是XFree86 4.1.0.</p><p>　　X11的優(yōu)點包括：幀緩沖區(qū)體系結(jié)構(gòu)的使用提高了系統(tǒng)性能，占用的資源相對很小－大小在600K~700K的范圍內(nèi)，這使它很容易在小型設(shè)備上運行；非常好的支持：在線有許多文檔可用，還有許多專用于XFree86開發(fā)的郵遞列表；X API非常適合擴展。</p><p>　　

9、X11的缺點包括：比最近出現(xiàn)的嵌入式GUI工具性能差；與Nano-X或QT/Embedded相比， XFree86需要更多的內(nèi)存[6]．　</p><p>　　2.2 OpenGUI</p><p>　　OpenGUI在Linux系統(tǒng)上存在已經(jīng)很長時間了。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，如ＭＳ－ＤＯＳ、ＱＮＸ和Ｌｉ

10、ｎｕｘ等，不過目前只支持ｘ８６硬件平臺。OpenGUI也分為三層。最低層是由匯編語言編寫的快速圖形引擎；中間層提供了圖形繪制API，包括線、矩形、圓弧等，并且兼容于Ｂｏｒｌａｎｄ的ＢＧＩ?。粒校?。第三層用C++編寫，提供了完整的GUI集。</p><p>　　OpenGUI提供了一個二維繪圖原語，并提供對消息驅(qū)動的API及BMP文件格式的支持。OpenGUI功能強大，使用方便。OpenGUI支持鼠標和鍵盤的事件，

11、在Linux上基于F rame buffer或者SVGALib實現(xiàn)繪圖。由于其基于匯編實現(xiàn)的內(nèi)核并利用MMX指令進行了優(yōu)化，　所以O(shè)penGUI運行速度非?？?。但也由于它的內(nèi)核是用匯編實現(xiàn)的，所以可移植性受到了影響。在驅(qū)動程序一級，可移植性和性能是矛盾的，開發(fā)人員必須取其折衷。</p><p>　　另外，OpenGUI采用LGPL條款發(fā)布。OpenGUI比較適合于基于x86平臺的實時系統(tǒng)，但目前的發(fā)展基本停滯[6

12、]。</p><p>　　2.3 MiniGUI</p><p>　　MiniGUI是由清華大學魏永明主持開發(fā)并由許多自由軟件開發(fā)人員支持的一個自由軟件項目，其目標是為基于Linux的實時嵌入式系統(tǒng)提供一個輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。 該項目自1998年底開始到目前為止，已經(jīng)非常成熟和穩(wěn)定。目前，已經(jīng)正式發(fā)布了穩(wěn)定版本1.0.9，并且開始了新版本系列的開發(fā)，即MiniGUI Versi

13、on 1.1.x，該系列的正式版也即將發(fā)布[7]。</p><p>　　MiniGUI的主要特點有：（1）遵循GPL條款的純自由軟件。（2）提供了完備的多窗口機制，包括：多個單獨線程中運行的多窗口；單個線程中主窗口的附屬；對話框和預(yù)定義的控件類（按鈕，單行和多行編輯框，列表框，進度條及工具欄等）；消息傳遞機制。（3）多字符集和多字體支持，目前支持ISO88591，GB2312和ig5等字符集，并且支持各種光柵字體

14、和TrueType、Type 1等矢量字體。（4）支持全拼和五筆等漢字輸入法。（5）支持BMP，GIF，JPEG及PCX等常見圖像文件。（6）支持Windows的資源文件，如位圖、圖標、光標、 插入符、定時器及加速鍵等。（7）庫文件小，包括全部功能的庫文件大小為300KB左右。（8）可配置?？筛鶕?jù)項目需求進行定制配置和編譯。（9）高穩(wěn)定性和高性能。MiniGUI已經(jīng)在Linux發(fā)行版安裝程序，CNC系統(tǒng)及藍點嵌入式系統(tǒng)等關(guān)鍵應(yīng)用程序中得

15、到了實際應(yīng)用?？梢浦残院谩Ｄ壳?，MiniGUI!可以在X Window和Linux控制臺上運行。中科院EEOS 開發(fā)組已經(jīng)成功地將MiniGUI移植到了他們的POSIX兼容系統(tǒng)上。藍點軟件（北京）研發(fā)中心也已經(jīng)成功地</p><p>　　另外，在MiniGUI幾年的發(fā)展過程中，有許多值得一提的技術(shù)創(chuàng)新點。正是由于這些技術(shù)上的創(chuàng)新，才使得MiniGUI更加適合實時嵌入式系統(tǒng)。而且MiniGUI的靈活性非常好，可以應(yīng)

16、用在包括手持設(shè)備、機頂盒、游戲終端等在內(nèi)的各種高端或低端嵌入式系統(tǒng)中。這些技術(shù)創(chuàng)新包括：（1）圖形抽象層。圖形抽象層對頂層API基本沒有影響，但大大方便了MiniGUI應(yīng)用程序的移植、調(diào)試等工作。目前包含三個圖形引擎，SVGALib、LibGGI以及直接基于Linux FrameBuffer的Native Engine，利用LibGGI時，可在X Window上運行MiniGUI應(yīng)用程序，并可非常方便地進行調(diào)試。與圖形抽象層相關(guān)的還有輸

17、入事件的抽象層。MiniGUI現(xiàn)在已經(jīng)被證明能夠在基于ARM 、MIPS、StrongARM以及PowerPC等的嵌入式系統(tǒng)上流暢運行。</p><p>　?。?）兩個不同架構(gòu)的版本。最初的MiniGUI運行在Pthread庫之上，這個版本適合于功能單一的嵌入式系統(tǒng)，但存在系統(tǒng)健壯性不夠的缺點。在0.9.98版本中引入了MiniGUI-Lite版本，這個版本在提高系統(tǒng)健壯性的同時，通過一系列創(chuàng)新途徑，避免了傳統(tǒng)C

18、/S結(jié)構(gòu)的弱點，為功能復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)提供了一個高效、穩(wěn)定的GUI系統(tǒng)[6]。</p><p>　　MiniGUI軟件架構(gòu)圖</p><p>　　2.4 QT/Embedded</p><p>　　Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面庫，由挪威TrollTech公司出品，目前包括Qt/X11、基于Framebuffer的Qt Embedded、快速開發(fā)工具Qt De

19、signer及國際化工具Qt Linguist等。Qt的良好封裝機制使其模塊化程度非常高，可重用性較好，對于用戶開發(fā)來說是非常方便的[8]。Qt API和開發(fā)工具對所有支持平臺都是一致的，從而可以進行獨立于平臺的程序開發(fā)和配置。它使得跨平臺軟件編程直觀、簡易、方便。Qt提供了一種稱為“signals/slots”　的安全類型來替代callback回調(diào)函數(shù)，使得各個控件之間的協(xié)同工作變得十分簡單[7]。</p><p&

20、gt;　　Qt是面向?qū)ο蟮模茫Z言，它提供了signal（信號）和slot（槽）的對象通信機制，具有可查詢和可設(shè)計的屬性以及強大的事件和事件過濾器[6]。同時，它還具有字符國際化，即支持根據(jù)上下文進行國際化字符串翻譯。許多Ｑｔ基于QObject的繼承，通過標準C++技術(shù)實現(xiàn)[1]。</p><p>　　2.5 Qt的特點和優(yōu)勢</p><p>　　Q t 作為一種非常優(yōu)秀的編程工具，　具

21、有很多優(yōu)點和一些其它編程工具所不具備的特征。</p><p><b>　?、倜嫦?qū)ο?lt;/b></p><p>　　Q t 是完全面向?qū)ο蟮腸+ +開發(fā)庫，使用它進行應(yīng)用程序的開發(fā)，　可以充分利用其面向?qū)ο蠛湍K化的特征，從繁瑣的 x 編程中解脫出來，專注于程序本身的實現(xiàn)[9]。</p><p>　?、讵氂械?S i g n a l — S l

22、o t 機制</p><p>　　S i g n a l — S l o t機制是 Q t 最重要的特征。在 MS — Wi n d o w s中，程序通過消息機制和事件循環(huán)來實現(xiàn)圖形對象行為的觸發(fā)和處理；在Q t 中，是在一個類中定義多個S i g na l和S l o t , S i g na l 就相當于是“事件”，而S l o t　就相當于是響應(yīng)事件的“方法”。為了實現(xiàn)“事件驅(qū)動”，需要將一個類的S i

23、g na l 和另一個類的S l o t 連接起來（使用　c o n n e c t ）.采用這種機制是一種安全可靠的方法，它允許回調(diào)[10]。并支持對象之間在彼此不知道對方信息的情況下進行合作，這使Qt非常適合于真正的構(gòu)件編程。</p><p><b>　　③跨平臺的開發(fā)工具</b></p><p>　　Qt 是一種跨平臺的工具包，它對編程者隱藏了在處理不同窗口系統(tǒng)

24、時的潛在問題，　使程序員避免了在文件處理，時間處理等方面存在的依賴操作系統(tǒng)的細節(jié)問題[11]。Q t　的跨平臺能力非常強，用它開發(fā)出來的軟件幾乎可以應(yīng)用于所有的操作系統(tǒng)，如Microsoft Windows 95/98/2000/XP, Microsoft Windows NT, Linux,So l a f is, SunOS,HP—U X, Digital Unix( O S F/1 ) ,Irix ,Free BS

25、D,BSD/OS,SCO和X等　。</p><p><b>　?、荛_發(fā)程序的方便性</b></p><p>　　Q t 提供了一個可視化的開發(fā)工具 Q t De s i g ne r ，使用該工具就像在 Wi n d o w s中使用 Vi s u a l C+ +那樣可以直接向項目中添加各種組件，而不需要一步一步地編寫代碼，這個特點是其它非可視化編程工具望塵莫及的[

26、12]。Q t D e s i g ne r中包含全面的聯(lián)機幫助文檔，包括超文本方式的 Q t Ma n u a l ?m a n幫助手冊頁和補充指南。這些幫助不論是對于初學者還是專業(yè)人士，無疑都是非常方便的。除此之外，Q t還為應(yīng)用程序的本地化提供完全支持，　所有用戶界面文本都可以基于“消息翻譯表”被譯成各國語言。它還完全支持雙字節(jié)的 1 6 b i t　國際字符標準[2]。</p><p><b>

27、　?、輳姶蟮墓δ?lt;/b></p><p>　　Q t 的強大功能主要體現(xiàn)在以下幾方面：擁有一套完整的組件，用戶可以直接基于這些現(xiàn)成的組件開發(fā)出優(yōu)秀的界面；擁有豐富的 A P I函數(shù)，大概有2 5 0多個c++類；優(yōu)越的繪畫功能和2 D / 3 D圖形潤色功能，Q t的繪畫工具類 Q p a i n t e r ，在任意一個繪畫設(shè)備上都可以潤色圖形，對于更高級的2 D / 3 D圖形可以結(jié)合使用O p

28、e n G L和Q t，用 O p e n G L就像用任意一個Q t組件一樣方便，比純粹使用 O p e n G L作的3 D圖形更好?！　?lt;/p><p><b>　?、薷咝阅艿墓ぞ?lt;/b></p><p>　　Q t 是直接基于Xl i b的，并不依賴 Mo t i f 工具包，所以它的執(zhí)行效率比一般的基于平臺的代碼的執(zhí)行效率要高[13]。據(jù)此，使用 Q t

29、D e s i g ne r 作為L i n u x下圖形用戶界面應(yīng)用程序的開發(fā)工具，應(yīng)該是非常理想的。</p><p>　　QT4軟件圖形界面開發(fā)工具</p><p><b>　?。晨偨Y(jié)</b></p><p>　　本文介紹了Linux系統(tǒng)下的X11和OpenGUI、MiniGUI圖形界面設(shè)計優(yōu)缺點，并與QT做比較，重點對 Qt 的核心特性—

30、信號與槽機制進行了分析，介紹了Qt 在構(gòu)建圖形界面時各個方面的卓越特性。Qt 的優(yōu)越特性保證了本程序的高效性，方便性和跨平臺性[14]。隨著時間的推移，使用Qt來開發(fā)圖形用戶界面程序會變得越來越廣泛[15]。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 王浩南等.基于嵌入式Linux系統(tǒng)下的Qt開發(fā)[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用刊,2010,1

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