[整理]Linux图形基础

1、1 linux图形领域的基础设施1.1 x window也成为x11,是协议。冇三个部分x server和x client, widgets。是x server和x client z间的通f吉协议。x server是xfree86/xorg驱动f的显示设备鼠标键盘统称，x client 通过xii协议和xfree86/xorg实现的x server通信，比如，告诉它画一个左上角坐标为（x,y）,宽为w,高为 h的窗口，xfree86就让显示器把屏幕上的小灯（像素）打亮，然后你就看 到了一个窗口。为了方便开发人员编写x clients,就有了 xlib來封装协议；xlib不够方便，于是就有了 q

2、t和gtk,提供 了很多窗口控件（widgets）。1.2 svgalibsvgalib是linux上底层的图形库，也是linux系统中最早出现的非x图形 支持库，它支持标准的vga图形模式和一些其他的模式，svgalib的缺点是程序 必须以roo（权限登录，并且它是基于图形卡的，所以不是所有的硬件都支持它。 白从framebuffer这个挛牛姐妹诞牛后，许多软件由只支持svgalib改变为同时 支持两者，甚至一些流行的高层函数库如qt和gtk只支持framebuffer,作为一 个老的图形支持库，svgalib冃前的应川范围越來越小，尤其是在linux内核增 加了 framebuffer驱动

3、支持之后。1.3 framebufferframebuffer是岀现在2.2.xx内核当中的一种驱动程序接口。这种接口将 显示设备抽彖为帧缓冲区。用户可以将它看成是显示内存的一个映像，将其映射 到进程地址空间之示，就可以肓接进行读写操作，而写操作可以立即反映在屏幕 上。该驱动程序的设备文件一般是/dev/fbo、/dev/ft）l等等。在应用程序中，一般通过将framebuffer设备映射到进程地址空间的方式使 用，比如下面的程序就打开/dev/fbo设备，并通过mmap系统调用进行地址映 射，随后用memset将屏幕清空（这里假设显示模式是1024x766-8位色模式， 线性内存模式）：in

4、t fb;unsigned char* fb_mem:fb = open (vdev/fbo*, o_rdur)：fb_mem = mmap (null, 1024*76&prot_readiprot_write, iap_shared fb, 0): memser0, 1024*768):framebuffer设备还提供了若干ioctl命令，通过这些命令，可以获得显示 设备的一些固定信息（比如显示内存人小）、与显示模式相关的可变信息（比如分 辨率、象索结构、每扫描线的字节宽度），以及伪彩色模式下的调色板信息等等。framebuffer实际上只是一个提供显示内存和显示芯片寄存器从物理内

5、存映 射到进程地址空间中的设备。所以，对于应用程序而言，如果希望在framebuffer 之上进行图形编程，还需要完成其他许多工作。framebuffer就像一张画布，使 用什么样子的画笔，如何画画，还需要你口己动手完成。1.4 libggilibggi试图建立一个一般性的图形接口，而这个抽彖接口连同相关的输入（鼠标、键盘、游戏杆等） 抽彖接口一起，可以方便地运行在x window. svgalib、framebuffer等等z上。建立在libggi z上 的应用程序，不经重新编译，就可以在上述这些底层图形接口上运行。但不知何故，libggi的发展儿乎 停滞。2 linux图形领域的高级函数库

6、2.1 xlib及其他相关函数库在x window系统中进行图形编程时，可以选择肓接使用xlib。xlib实际是对底层x协议的封装， 可通过该函数库进行-般的图形输出。如果你的x server支持dga,则可以通过dga扩展直接访问 显示设备，从而获得加速支持。对-般用户而言，由于xlib的接口太原始而且复杂，因此一般的图形程 序选择其他高级一些的图形库作为基础。比如，gtk、qt等等。这两个函数同时还是一些高级的图形用 户界而支持函数库。由于种种原因，gtk、qt等函数库存在冇庞大、占用系统资源多的问题，不太适合 在嵌入式系统中使用。这时，你可以选择使用fltk,这是一个轻量级的图形函数库，

7、但它的主要功能集 中在用户界面上，提供了较为丰富的控件集。2.2 sdlsdl （simple directmedia layer）是一个跨平台的多媒体游戏支持库。其屮包含了对图形、声音、游 戏杆、线程等等的支持,目前可以运行在许多平台上,其中包括x window、x window with dga> linux framebuffer 控制台、linux svgalib,以及 windows directx. beos 等等。因为sdl专门为游戏和多媒体应用而设计开发，所以它对图形的支持非常优秀，尤其是高级图形能 力，比如alpha混和、透明处理、yuv覆盖、gamma校正等等。而且在

8、sdl环境中能够非常方便地 加载支持opengl的mesa库，从而提供对二维和三维图形的支持。可以说,sdl是编写跨平台游戏和多媒体应用的最佳平台，也的确得到了广泛应用。相关信息，可参 阅 /。2.3 allegroallegro是一个专门为x86平台设计的游戏图形库。最初的allegro运行在dos环境下，而目前可 运行在linux framebuffe控制台、linux svgalib、x window等系统上。allegro提供了一些丰富的图 形功能，包括矩形填充和样条曲线生成等等，而且具冇较好的三维图形显示能力。由于allegro的许多关 键代码

9、是采用汇编编写的，所以该两数库貝有运行速度快、资源占用少的特点。然而，allegro也存在如下 缺点：1）对线程的支持较差。allegro的许多函数是非线程安全的，不能同时在两个以上的线程中使用。2）对硕件加速能力的支持不足，在设计上没冇为硕件加速提供接口。有关 allegro 的进一步信息,可参阅 http:/www.allegro.cc/o2.4 mesa3dmesa3d是一个兼容opengl规范的开放源码函数库，是目前linux上提供专业三维图形支持的惟 一选择。mesa3d同时也是一个跨平台的函数库，能够运行在x window. x window with dga, beos、 lin

10、ux svgalib 等平台上。有关 mesa3d 的进-步信息，可参阅 /。2.5 directfbdirectfb是专注于linux framebuffer加速的一个图形库，并试图建立一个兼容gtk的嵌入式 gui系统。它以可装载函数库的形势提供对加速framebuffer驱动程序的支持。hl前，该函数库止在开 发之中（最新版木 0.9.97）,详情可见 /o3面向嵌入式linux系统的图形用户界面3.1 micorowindows/nanoxmicrowindows （ century software公

11、司主持开发。该项目的开发一度非常活跃，国内也冇人参与了其屮的开发，并编写了 gb2312 等字符集的支持。但在qt/embedded发布以來，该项h变得不太活跃，并长时间停酣在0.89pre7版本。 可以说，以开放源码形势发展的microwindows项目，基本停滞。microwindows是一个基于典型客户/服务器体系结构的gui系统，基木分为三层。最底层是面向图 形输出和键盘、鼠标或触摸屏的驱动程序；屮间层提供底层硕件的抽彖接口，并进行窗口管理；最高层分 别提供兼容于x window和windows ce （win32子集）的apl该项目的主要特色在于捉供了类似x的客户/服务器体系结构，并

12、提供了相对完善的图形功能，包括 一些鬲级的功能，比如alpha混介，三维支持，truetype字体支持等。但需要注意的是，microwindows 的图形引擎存在许多问题，可以归纳如下：1）无任何硕件加速能力。2）图形引擎中存在许多低效算法，同时未经任何优化。比如在直线或者i员i弧绘图函数中，存在低效的逐点 判断剪切的问题。3）代码质量较差。由于该项目缺少一个强冇力的核心代码维护人员，因此代码质量参差不齐，影响整体系 统稳定性。这也是microwindows长时间停甜在0.89pre7版本上的原因。microwindows采用mpl条款发布（该条款基本类似lgpl条款）。3.2 opengui

13、opengui(http:/www.tutok.sk/fastgl/)在linux系统上存在己经很长时间了。最初的名字叫fastgl, 只支持256色的线性显存模式，但目前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。opengui也分为三层。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 bgiapl第三层用c+编写，提供了完整的gui对象集。opengui采用lgpl条款发布。opengui比较适合于基于x86平台的实时系统,可移植性稍差, 目前的发

14、展也基本停滞。3.3 qt/embeddedqt/embedded是著名的qt库开发商trolltech ( 的qt版本。因为qt是kde等项目使用的gui支持库，所以冇许多基于qt的xwindow程序可以 非常方便地移植到qt/embedded版本上。因此，自从qt/embedded以gpl条款形势发布以來，就有 大量的嵌入式linux开发商转到了 qt/embedded系统上。比如韩国的mizi公司，台湾省的某些嵌入式 linux应用开发商等等。不过，在笔者看來，qt/embedded还冇一些问题值得开发者注意：1) 目前，该系统采用两种条款发布，其中包括gpl条款。对函数库使用gpl条款

15、，懑味着其上的应用 需要遵循gpl条款。当然了，如呆要开发商业程序，trolltech也允许你采用另外一个授权条款，这时， 就必须向trolltech交纳授权费用了。2) qt/embedded是一个c+函数库，尽管qt/embedded声称可以裁剪到最少630k,但这时的 qt/embedded库已经基本上失去了使用价值。低的程序效率、大的资源消耗也对运行qvembedded的 硕件提岀了更高的耍求。3) qt/embedded库h前主要针对手持式信息终端，因为对便件加速支持的庚乏，很难应用到对图形速度、 功能和效率要求较高的嵌入式系统当中，比如机顶盒、游戏终端等等。4) qt/embedd

16、ed提供的控件集风格沿用了 pc风格，并不太适合许多手持设备的操作要求。5) qt/embedded的结构过于复杂，很难进行底层的扩充、定制和移植，尤其是那个用来实现signal/slot 机制的著名的moc文件。因为上述这些原因，目前所见到的qt/embedded的运行环境，几乎是淸一色基于strongarm的 ipaqo3.4 miniguiminigui (/)是山笔者主持，并山许多自由软件开发人员支持的一个自山软件 项目(遵循lgpl条款发布)，其目标是为棊于linux的实时械入式系统提供一个轻量级的图形用户界而 支持系统。该项hl自1998年

17、底开始到现在，已历经3年多的开发过程。到h前为止，已经非常成熟和 稳定。目前，我们已经正式发布了稳定版本1.0.9,并且开始了新版本系列的开发，即minigui version 1.1.x,该系列的正式版也即将发布。在minigui儿年的发展过程中，冇许多值得一提的技术创新点，正是由于这些技术上的创新，才使得minigui更加适合实时嵌入式系统；而且minigui的灵活性非常好，可以应用在包括手持设备、机顶盒、 游戏终端等等在内的各种高端或者低端的嵌入式系统当中。这些技术创新包括：1）图形抽象层。图形抽彖层对顶层api基本没冇影响，但人人方便了 minigui应用程序的移植、调试 等工作。目前

18、包含三个图形引擎，svgalib、libggi以及直接基于linux framebuffer的native engine, 利用libggi时，可在xwindow上运行minigui应川程序，并可非常方便地进行调试。与图形抽彖层 相关的还冇输入事件的抽象层。minigui现在己经被证明能够在基于arm, mips、strongarm以及 powerpc等的嵌入式系统上流畅运行。2）多字体和多字符集支持。这部分通过设备上下文（dc）的逻辑字体（logfont）实现，不管是字体 类型还是字符集，都可以非常方便地进行扩充。应用程序在启动时，可切换系统字符集，比如gb、big5、 euckr、ujis

19、e利用drawtext等函数时，可通过指定字体而获得其他字符集支持。对于一个窗口來说, 同时显示不同语种的文字是可能的。minigui的这种字符集支持不同于传统通过unicode实现的多字 符集支持，这种实现更加适合于嵌入式系统。3）两个不同架构的版本。最初的minigui运行在pthread库之上，这个版本适合于功能单一的诙入式 系统，但存在系统健壮性不够的缺点。在0.9.98版本中,我们引入了 minigui-lite版本,这个版本在提 高系统健壮性的同时，通过一系列创新途径，避免了传统c/s结构的弱点，为功能复杂的嵌入式系统提 供了一个高效、稳定的gui系统。在minigui 1.1.0

20、版本的开发中，我们参照sdl和allegro的图形部分，重新设计了图形抽象层， 并增强了图形功能，同时增强了 minigui丄ite版木的某些特性。这些特性包括：1）minigui-lite支持层的概念。同一层可容纳多个能够同时显示的客户程序，并平铺在屏幕上显示。2）新的gal能够支持硬件加速能力，并能够充分使用显示内存；新gal z上的新gdi接口得到进一 步增强。新的gdi接口可以支持alpha混和、透明位块传输、光栅操作、yuv覆盖、gamma校正， 以及高级图形功能（椭圆、多边形、样条曲线）等等。minigui新版本在图形方而的増强和提高，将人人扩展它的应用领域，希望能够对嵌入式lin

21、ux上的 多媒体应用、游戏开发提供支持。纵观嵌入式linux系统上的各种图形系统方案，我们发现，许多图形系统（如qt/embedded和 micorowindows）,只注重手持设备上的需求，却不太注重其他应用领域的需求，而其他许多需要图形支持 的嵌入式linux系统却需要许多独特的、高级的图形功能，而不仅仅是图形用户界而。为此，在接下來的 开发中，我们还将在如下领域继续开发minigui：1）提供运行在minigui上的java虚拟机awt组件的实现。2）提供minigui上的opengl实现。3）提供类qt控件集的c+封装。3）提供窗口/控件风格主题支持。4）在minigui丄ite当中增

22、加对矢量字体的支持。linux/unix系统图形界面原理简单介绍及gtk qt gnome kde的关系最近it新闻出现较多的就是诺基亚的新版手机操作系统symbian 3。今天看到在 cnbeta上看人家为这个系统争论不休，其焦点也逐渐转移到到赛班新系统的核心技 术：qt。评论区大家唇枪舌战，不过很多人连基本概念都没搞明白，今天正好无事 可做，稍微整理下x",gtk,qt,gnome的区别与联系。一、在这之前你必须要了解：l.linux是基于unix的2塞班symbian>苹果max os等系统的最底层也是unix3.linux木身没冇图形界iftijinux现在的图形界面的

23、实现只是linux下的应用程序实现 的4.xwindow xfree中的x是协议，不是具体的某个软件5.linux图形界面层次关系：linux本身->x服务器v通过x协议交谈卜窗口管理器 （综合桌而坏境）应用程序二、linux和windows下界面系统的区别：图形界面并不是linux的一部分,linux只是一个基于命令行的操作系统,linux和 xfree的关系就相当于当年的dos和windows3.0 一样,windows3.0不是独立的 操作系统,它只是dos的扩充，是dos卜-的应用程序级别的系统，不是独立的操作系 统，同样xfree只是linux下的一个应用程序而已.不是系统的一

24、部分，但是x的存在 可以方便用户使用电脑.windows95及以后的版本就不-样了，他们 的图形界面 是操作系统的一部分，图形界面在系统内核屮就实现了，没有了图形界面windows就 不成为windows 了，但linux却不一样，没有图形 界面linux还是linux,很多装linux 的web服务器就根本不装x服务器.这也windows和linux的重耍区别三、关于linux两大图形界面kde和gnomekde早于gnome出现，但是kde基于的qt是不遵循gpl开源协议的，qt是一 个跨平台的c+图形用户界面库,它是挪威trolltech公司的产品（2008年底被 nokia收购）。qt具有优良的跨平台特性（支持windows. linux、各种unix、 os390和qnx等）、面向对象机制以及丰富的api,同时也可支持2d/3d渲染和 openglapl在当