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嵌入式系统设计大学教程,第八章 用户图形接口GUI,主要内容,8.1 嵌入式系统中的GUI 8.2 Qt/Embedded基础 8.3 Qt/Embedded开发环境 8.4 Qt/Embedded开发实例,8.1 嵌入式系统中的GUI,8.1 嵌入式系统中的GUI GUI技术是一种人与计算机接口的技术，该技术除了使用字符外，主要使用图形、图标、图像和控件等界面与用户进行交互。,8.1 嵌入式系统中的GUI,8.1.1 嵌入式GUI的发展需求 GUI在嵌入式系统或者实时系统中的地位将越来越重要，这些系统对GUI的基本要求包括：轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、可配置、可移植等特点。 体积小 消耗系统资源少 系统独立 可配置、可移植,8.1 嵌入式系统中的GUI,8.1.2 嵌入式GUI的功能特点 输入/输出硬件设备 图形原语 图形文件格式 字符集和字体 窗口和控件集合,8.1 嵌入式系统中的GUI,8.1.3 目前流行的嵌入式GUI系统 嵌入式系统上的GUI系统的实现方法大概有三种方式： 第一种方式是自己来设计满足自身需要的图形用户界面系统。 第二种方式是把图形用户界面放在应用程序中，图形用户界面的运行逻辑由应用程序自己负责。 第三种方式就是采用已经比较成熟的图形用户界面系统，如：Qt/Embedded、MiniGUI、MicroWindows等。,8.1 嵌入式系统中的GUI,1、MicroWindows MicroWindows是一个著名的开源嵌入式GUI软件，目的是把现代图形视窗环境引入到运行Linux的小型设备和平台上，作为X Windows的替代品。它支持多线程，但必须使用PThread库。,8.1 嵌入式系统中的GUI,MicroWindows是一个典型的基于Client/Server体系结构的GUI系统，采用分层结构。,8.1 嵌入式系统中的GUI,2、OpenGUI OpenGUI在Linux系统上存在已经很长时间了。最初的名字叫FastGL，并只支持256色的线性显存模式。如今也支持其他显示模式，并且支持多种操作系统平台，比如MS-DOS、QNX和Linux等等，不过目前只支持x86硬件平台。,8.1 嵌入式系统中的GUI,OpenGUI分为三层： 最低层是由汇编编写的快速图形引擎； 中间层提供了图形绘制API，包括线条、矩形、圆弧等，并且兼容于Borland的BGI API； 第三层用C+编写，提供完整的GUI对象集。,8.1 嵌入式系统中的GUI,3、Tiny-X Windows X Windows是Linux以及其他类Unix系统的标准GUI。X Windows系统采用标准的Client/Server体系结构，具有可扩展性好、可移植性好等优点。但该系统庞大、累赘、效率低。为了获得应用程序的可移植性，许多厂家通过对X Windows系统的紧缩开发，目前已经开发出了大小约为800KB的Tiny-X Server。,8.1 嵌入式系统中的GUI,Tiny-X Windows的体系结构,8.1 嵌入式系统中的GUI,4、Qt/Embedded Qt/Embedded是著名的Qt库开发商Trolltech公司开发的面向嵌入式系统的Qt版本。 Qt/Embedded延续了Qt在X上的强大功能，但在底层摒弃了XLib，仅采用FrameBuffer作为底层图形接口。 Qt/Embedded类库完全采用C+封装，并且有着丰富的控件资源和较好的可移植性。,8.1 嵌入式系统中的GUI,Qt/Embedded体系结构,8.1 嵌入式系统中的GUI,5、MiniGUI MiniGUI是由北京飞漫软件技术有限公司主持的自由软件，遵循GPL条款发布，其目标是为实时嵌入式Linux系统建立一个快速、稳定和轻量级的图形用户界面支持系统。,8.1 嵌入式系统中的GUI,从整体结构上看，MiniGUI也是分层设计的,MiniGUI的层次结构,几种常见嵌入式GUI的比较,8.1 嵌入式系统中的GUI,上述GUI系统均存在以下一个或多个缺点： 过于依赖某种操作系统和第三方函数库，移植性不好； 消耗资源过多，小适合小型应用系统； 窗口系统功能比较简单，不成熟； 不易扩展或不易于裁剪。,主要内容,8.1 嵌入式系统中的GUI 8.2 Qt/Embedded基础 8.3 Qt/Embedded开发环境 8.4 Qt/Embedded开发实例,8.2 Qt/Embedded基础,Qt是Trolltech公司的一个标志性产品。 Qt是一个支持多操作系统平台的应用程序开发框架，它的开发语言是C+。Qt最初主要是为跨平台的软件开发者提供统一的、精美的图形用户编程接口，但是现在它也提供了统一的网络和数据库操作的编程接口。,8.2 Qt/Embedded基础,Qt是以工具开发包的形式提供给开发者的，这些工具开发包包括了图形设计器、Makefile制作工具、字体国际化工具、Qt的C+类库等等。 目前，Qt可以支持的操作系统平台如下： MS/Windows 95、Windows 98、Windows NT 4.0、Windows 2000、Windows XP； Unix/X11 Linux、Sun Solaris、HP-UX、Compaq True64Unix、IBM AIX、SGI IRIX和很多其它X11平台； Macintoshi Mac OSX； 嵌入式的、支持FramBuffer的Linux平台。,8.2 Qt/Embedded基础,8.2.1 Qt/Embedded简介 Qt/Embedded是Trolltech公司开发的面向嵌入式系统的Qt版本，开发人员多为KDE项目的核心开发人员。 在底层，Qt/Embedded彻底摒弃了XLib，仅采用FrameBuffer作为底层图形接口。 Qt/Embedded类库完全采用C+封装。丰富的控件资源和较好的可移植性是Qt/Embedded最为优秀的一方面。,8.2 Qt/Embedded基础,8.2.1 Qt/Embedded简介 使用X下的开发工具Qt Designer可以直接开发基于Qt/Embedded的UI（用户操作接口）界面。 在代码设计上，Qt/Embedded巧妙地利用了C+独有的机制，如继承、多态、模板等，具体实现非常灵活。 但其底层代码由于追求与多种系统、多种硬件的兼容，代码补丁较多，风格稍显混乱。,8.2 Qt/Embedded基础,Qt/Embedded的实现结构,8.2 Qt/Embedded基础,8.2.2 Qt/Embedded特点 采用FrameBuffer（帧缓冲）作为底层图形接口 在被Linux支持的所有处理器上运行 可实现图形加速 组件化编程机制 可对功能精简 其他节省内存技术,8.2 Qt/Embedded基础,8.2.3 Qt/Embedded体系架构 使用Qt/Embedded，开发者可以感受到在Qt/X11，Qt/Windows和Qt/Mac等不同的版本下使用相同的API编程带来的便利。,Qt/Embedded与Qt/X11的Linux版本的比较,8.2 Qt/Embedded基础,1、Qt/Embedded的图形引擎实现基础 Qt/Embedded的底层图形引擎是基于FrameBuffer之上的。FrameBuffer是在Linux内核架构版本2.2以后推出的标准显示设备驱动接口。 目前比较高级的嵌入式SOC中大多数都集成了LCD控制模块，LCD控制模块一般采用双DMA控制器组成的专用DMA通道。,8.2 Qt/Embedded基础,FrameBuffer驱动程序的实现分为两个方面： 一方面是对LCD以及其相关部件的初始化，包括画面缓冲区的创建和对DMA通道的设置； 另一方面是对画面缓冲区的读写，具体的代码为read、write、lseek等系统调用接口函数。,8.2 Qt/Embedded基础,Qt/Embedded 3.x中底层图形引擎实现结构,Qt/Embedded的窗口系统,Qt/Embedded窗口系统体系结构,8.2 Qt/Embedded基础,一个典型的嵌入式Qt窗口系统一般包括： 一个服务器进程 服务器进程负责为客户和其本身分配显示区域、生成鼠标和键盘事件，它通常包含那些启动客户的用户界面。 一个或多个客户进程 客户进程则通过与服务器通信来申请显示区域，接收鼠标和键盘事件。客户可以直接访问所分配的显示区域，以便为用户提供GUI服务。,8.2 Qt/Embedded基础,鼠标设备可以是触摸板或其它指针型设备。服务器能够产生一个设备独立的鼠标事件，并将其发送到相应的客户进程，负责更新设备的鼠标光标 。 键盘事件也由服务器来维护，它也是一个设备独立的事件，通常使用Unicode码或固定的键盘编码。 Qt/Embedded为客户提供的API与标准的Qt API是一致的。,8.2 Qt/Embedded基础,Qt/Embedded的客户库在一些情况下需要与服务器进程建立连接。 Qt/Embedded客户库负责处理所有的绘图操作，包括文本显示和字体处理。另外，它还处理那些定制的窗口装饰，如标题条等。 Qt/Embedded的库还支持Windows的.FON字体文件，支持TrueType、Typel和BDF字体、以及一种能够有效利用内存的位图格式字体QPF 。,8.2 Qt/Embedded基础,3、Qt系统的信号与槽机制 （1）信号与槽机制概述 信号（signal）和槽（slot）是一种高级接口，应用于对象之间的通信，它是QT的核心特性，也是QT区别于其它工具包的重要地方。 信号和槽是QT自行定义的一种通信机制，它独立于标准的C/C+语言，因此要正确的处理信号和槽，必须借助QT工具moc（Meta Object Compiler）。,8.2 Qt/Embedded基础,当对象改变其状态时，信号就由该对象发射（emit）出去，这就是对象所要做的全部事情，对象并不知道另一端是谁在接收这个信号。这是真正的信息封装。 槽用于接收信号，但它们是普通的对象成员函数。一个槽并不知道是否有任何信号与自己相连接。 可以将很多信号与单个的槽进行连接，也可以将单个的信号与很多的槽进行连接，甚至于将一个信号与另外一个信号相连接也是可能的。 信号与槽构造了一个强大的组件编程机制。,8.2 Qt/Embedded基础,3、Qt系统的信号与槽机制 （2）信号与槽的实现与连接 1）信号与槽的定义 信号的声明是在头文件中进行的，QT的signals关键字指出进入了信号声明区，随后即可声明自己的信号。 例如，我们定义两个信号： signals： void mySignal()； void mySignal（int x，int y）；,8.2 Qt/Embedded基础,1）信号与槽的定义 槽是普通的C+成员函数，可以被正常调用，它们唯一的特殊性就是很多信号可以与其相关联。当与其关联的信号被发射时，这个槽就会被调用。槽可以有参数，但槽的参数不能有缺省值。和其它的成员函数一样，槽也有存取权限。槽的存取权限决定了谁能够与其相关联。,8.2 Qt/Embedded基础,槽函数也分为三种类型： public slots：在这个区内声明的槽意味着任何对象都可将信号与之相连接。这对于组件编程非常有用。 protected slots：在这个区内声明的槽意味着当前类及其子类可以将信号与之相连接。这适用于那些槽，它们是类实现的一部分，但是其界面接口却面向外部。 private slots：在这个区内声明的槽意味着只有类自己可以将信号与之相连接。这适用于联系非常紧密的类。,信号与槽的连接模型,8.2 Qt/Embedded基础,2）信号与槽的连接 调用QObject对象的connect函数来将某个对象的信号与另外一个对象的槽函数相关联，这样当发射者发射信号时，接收者的槽函数将被调用。 该函数的定义如下： Bool QObject:connect（const QObject * sender， const char * signal， const QObject * receiver， const char * member）,8.2 Qt/Embedded基础,2）信号与槽的连接 当指定信号时必须使用QT的宏SIGNAL()，当指定槽函数时必须使用宏SLOT()。 例如，如果一个退出按钮的clicked()信号被连接到了一个应用的退出函数槽quit()。那么用户点击退出键时，将使应用程序终止运行。上述连接过程代码如下所示：connect(button，SIGNAL(clicked()，qApp，SLOT(quit(),8.2 Qt/Embedded基础,3）断开连接 当信号与槽没有必要继续保持关联时，我们可以使用disconnect函数来断开连接。 其定义如下： bool QObject:disconnect（const Object * sender，const char * signal，const Object * receiver，const char * member）,8.2 Qt/Embedded基础,3）断开连接 有三种情况必须使用disconnect()函数： 断开与某个对象相关联的任何对象： disconnect（myObject，0，0，0） 断开与某个特定信号的任何关联： disconnect（myObject，SIGNAL（mySignal()，0，0） 或 myObject-disconnect（SIGNAL（mySignal()） 断开两个对象之间的关联： disconnect（myObject，0，myReceiver，0） 或 myObject-disconnect（myReceiver）,8.2 Qt/Embedded基础,3、Qt系统的信号与槽机制 （3）元对象编译器 元对象编译器（meta object compiler，moc）对C+文件中的类声明进行分析并产生用于初始化元对象的C+代码，元对象包含全部信号和槽的名字以及指向这些函数的指针。 元对象代码是signal/slot机制所必须的。,主要内容,8.1 嵌入式系统中的GUI 8.2 Qt/Embedded基础 8.3 Qt/Embedded开发环境 8.4 Qt/Embedded开发实例,8.3 Qt/Embedded开发环境,Qt/Embedded开放了源代码，使得开发人员可以在GPL许可协议下自由地使用Qt/Embedded进行嵌入式Linux应用程序的开发。 基于Qt/Embedded开发的应用程序最终会发布到安装了嵌入式Linux操作系统的小型设备上，最理想的Qt/Embedded开发环境是安装Linux操作系统的PC机或者工作站尽管Qt/Embedded也可以安装在Unix和Windows系统上。,8.3 Qt/Embedded开发环境,宿主机移植需要的工具及环境变量,8.3 Qt/Embedded开发环境,8.3.1 qt/e 2.x系列 1. 安装tmake tmake是一个很好用的生成和管理makefile的工具，只要很简单的步骤就可以生成makefile了。,8.3 Qt/Embedded开发环境,（1）安装tmake 下载tmake软件包，在Linux命令模式下运行以下命令： 1）在linux上解压tmake.tar.gz： # tar vxzf tmake.tar.gz 2）设置好tmake路径参数： # TMAKEPATH=/tmake/qws/linux-arm-g+ 如果不是交叉编译，则为： # TMAKEPATH=/tmake/qws/linux-g+ # PATH=$PATH:/local/tmake/bin # export TMAKEPATH PATH 3）加入tmake/bin到你的执行路径中,8.3 Qt/Embedded开发环境,（2）使用tmake 假设有一个小的qt程序“hello”，它由一个C+ header和两个source file组成。 首先，你要创建一个tmake工程文件“”： # progen -n hello -o 然后，我们来产生makefile： # tmake -o Makefile 最后，我们执行make命令，编译hello这个程序： # make,8.3 Qt/Embedded开发环境,2. 安装Qt/X11 2.3.2 安装QT/X11主要是向QT/Embedded提供designer、uic和qvfb工具。 designer是Qt应用程序设计工具，可以用来设计图形界面，最后生成.ui文件； uic是用户界面编译器，通过UIC命令可将designer生成的.ui文件转换为相应的C+文件。 qvfb工具模拟帧缓冲，提供QT/E程序的显示平台。,8.3 Qt/Embedded开发环境,从TrollTech公司的官方ftp站点获得qt-x11-2.3.2.tar.gz软件包，在Linux命令模式下运行以下命令： （1）解开和解压缩软件包： # tar -vxzf qt-x11-2.3.2.tar.gz （2）重命名软件包： # mv qt-2.3.2 qt-x11-2.3.2,8.3 Qt/Embedded开发环境,（3）进入解开的文件，设置一些环境变量： # cd qt-x11-2.3.2 # export QTDIR=/arm/qt-x11-2.3.2/ # export PATH=$QTDIR/bin:$PATH # export LD_LIBRARY_PATH =$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH （4）在配置之前，我们可以先看一下配置的选项： # ./configure help,8.3 Qt/Embedded开发环境,（5）选择我们需要的配置和平台，按照要求一步一步进行选择。根据开发者本身的开发环境，也可以在configure的参数中添加别的参数，比如-no-opengl或-no-xfs： # ./configure -platform linux-g+ -thread -system-jpeg -gif -no-xft （6）生成Makefile后，就可以进行安装： # make （7）安装成功后，将会有一些打印信息。,8.3 Qt/Embedded开发环境,3. 安装Qt/Embedded 2.3.7 准备好软件包qt-embedded-2.3.7.tar，在Linux命令模式下运行以下命令： （1）解开软件包： # tar vxf qt-embedded-2.3.7.tar （2）重命名软件包： # mv qt-2.3.2 qt-embedded-2.3.2,8.3 Qt/Embedded开发环境,（3）进入软件包，并设置一些环境变量： # export QTDIR=/arm/qt-embedded-2.3.2/ # export QTEDIR=$QTDIR # export PATH=$QTDIR/bin:$PATH # export LD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH,8.3 Qt/Embedded开发环境,（4）如果是交叉编译，那么请先设置好configs目录下的平台文件： # vi configs/linux-arm-g+-shared 将其中的arm编译器设置成与你所选择的硬件对应的编译器，保存该文件，然后设置编译选项： # ./configure -xplatform linux-arm-g+ -thread 如果不是交叉编译，想在qvfb上运行的话，则输入下面的命令，并根据其打印的信息设置进行选择： # ./configure -xplatform linux-x86-g+ -thread qvfb,8.3 Qt/Embedded开发环境,（5）生成Makefile后，就可以进行编译了： # make （6）编译成功之后，则会有如下提示： The Qt library is now built in ./lib The Qt examples are built in the directories in ./examples The Qt tutorials are built in the directories in ./tutorial Note: be sure to set $QTDIR to point to here or to wherever you move these directories. Enjoy! - the Trolltech team,8.3 Qt/Embedded开发环境,8.3.2 qt/e 3.x系列 在安装QT/E之前，应确保arm-linux交叉编译工具链已经建立。把文件qt-embedded-free-3.3.4.tar.bz2拷贝到一个文件夹，假设我们用/usr/local/arm目录。注意后面建立环境变量时要与之对应,8.3 Qt/Embedded开发环境,（1）解压软件包 # tar -xjvf qt-embedded-free-3.3.4.tar.bz2 （2）把解压后的文件夹qt-embedded-free-3.3.4改为qte。（可以不改，这里是为了方便，注意后面建立环境变量时要与之对应） # mv qt-embedded-free-3.3.4 qte,8.3 Qt/Embedded开发环境,（3）建立环境变量 # vi /.bashrc 在后面加上： export QTDIR=/usr/local/arm/qte export QTEDIR=$QTDIR export PATH=$QTDIR/bin:$PATH export LD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH 保存bashrc文件后，重新登陆，以使环境变量生效。,8.3 Qt/Embedded开发环境,（4）配置QT # cd $QTDIR # ./configure -embedded arm thread -no-cups -qvfb -depths 4,8,16,32 （5）编译 # make sub-src （6）测试 至此编译工作完成，最后测试一下是否能正常使用。,主要内容,8.1 嵌入式系统中的GUI 8.2 Qt/Embedded基础 8.3 Qt/Embedded开发环境 8.4 Qt/Embedded开发实例,Qt/Embedded应用系统基本开发流程,8.4 Qt/Embedded开发实例,1. 创建和显示一个简单的窗口 我们先创建和显示一个简单的窗口，了解一下Qt程序最基本的框架. #include #include int main( int argc, char *argv ) QApplication app( argc, argv ); QLabel *label = new QLabel( “Hello, world!“, 0 ); label-setAlignment( Qt:AlignVCenter | Qt:AlignHCenter ); label-setGeometry( 10, 10, 200, 80 ); app.setMainWidget( label ); label-show(); int result = app.exec(); return result; ,8.4 Qt/Embedded开发实例,2. 在虚拟仿真窗口调试 先在开发机上用Qt/Embedded提供的模拟环境qvfb中进行调试。 qvfb使用了共享存储区域来模拟帧缓冲，并且在一个窗口（qvfb）中模拟一个应用来显示帧缓冲，显示的区域被周期性地改变和更新。 通过指定显示设备的宽度和颜色深度，虚拟出来的缓冲帧和物理的显示设备在每个像素上保持一致。这样我们在每次调试应用程序时不需要每次都把程序下载到目标平台上。,8.4 Qt/Embedded开发实例,3. 发布一个Qt/Embeded应用 一个Qt/Embedded应用的运行需要有Linux操作系统和Qt/Embedded库的支持。所以我们除了要烧写Linux到目标平台的FLASH存储空间之外，还要烧写Qt/Embedded的二进制库到FLASH中。,8.4 Qt/Embedded开发实例,8.4.2 Qt/Embedded下触摸屏驱动的设计 Qt/Embedded中封装了一些常用的设备访问操作，形成相应的设备驱动接口。其中与用户输入事件相关的信号，建立在对底层输入设备的接口调用之上。Qt/Embedded中的输入设备分为鼠标类与键盘类。,8.4 Qt/Embedded开发实例,1. Qt/Embedded鼠标类设备 Qt/Embedded 2.x系列与3.x系列对于输入设备的底层接口的实现是不一样的。 Qt/Embedded中没有特别针对触摸屏的设备接口，不过触摸屏和鼠标类设备在功能上基本是一致的，因此，在Qt库中一般把触摸屏模拟成鼠标设备来实现对触摸屏设备的操作,8.4 Qt/Embedded开发实例,（1）鼠标类设备的派生结构,Qt/Embedded 2.x中鼠标类设备抽象派生结构,8.4 Qt/Embedded开发实例,（1）鼠标类设备的派生结构,Qt/Embedded 3.x中鼠标类设备抽象派生结构,8.4 Qt/Embedded开发实例,（2）鼠标类驱动接口的软件流程,触摸屏驱动的软件流程图,8.4 Qt/Embedded开发实例,（3）触摸屏类接口,linux触摸屏的驱动接口类QWSLinuxTPMouseHandler的接口,8.4 Qt/Embedded开发实例,2. 添加新的触摸屏驱动接口 可以通过两种方式添加设备驱动接口类， 通过调用QmouseDriverFactory生成相应的QWSCustomMouseHandler