linux圖形界面設(shè)計(jì)綜述【文獻(xiàn)綜述】

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

2、泛的應(yīng)用[1]。重點(diǎn)對(duì)Qt的核心特性——信號(hào)與槽機(jī)制進(jìn)行了分析，詳細(xì)描述Qt跨平臺(tái)的開(kāi)發(fā)工具及其開(kāi)發(fā)程序的方便性，功能的強(qiáng)大，高性能等方面的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)[2]。</p><p>　　關(guān)鍵字：X11；OpenGUI；圖形用戶界面（GUI）；Qt; 信號(hào)與槽</p><p><b>　　1. 引言</b></p><p>　　在嵌入式系統(tǒng)這個(gè)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(diǎn)　，結(jié)合其免費(fèi)、源碼開(kāi)放的特征。使得Linux在嵌入式操作系統(tǒng)中的地位越來(lái)越重要[3]。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)且軟硬件均可裁剪的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)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(jī)的GUI系統(tǒng)不適合在其上運(yùn)行。嵌入式系統(tǒng)對(duì)GUI有著特殊的要求：由于嵌入式系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求非常高，對(duì)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(guò)于龐大和臃腫．因此，這些系統(tǒng)對(duì)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(duì)GUI的需求也必須是可定制的[5]．所以，嵌入式系統(tǒng)對(duì)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(méi)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(kāi)發(fā)的窗口程序完成，從而使得X Windo

6、w的風(fēng)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(xué)院（MIT）電腦科學(xué)研究室開(kāi)發(fā)X Window。1989年，MIT和數(shù)學(xué)設(shè)備公司（DEC）對(duì)X Window協(xié)議進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，推出了X Window第11版，即X11[7]。</p><p>　　XFree86 是一個(gè)由XFree86 Project公司開(kāi)發(fā)的可以重復(fù)分發(fā)、開(kāi)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(jìn)行顯示提供了資源，并且它是Unix和類(lèi)。Unix的機(jī)器上最常用的窗口系統(tǒng)．它很小但很有效，可運(yùn)行在眾多的硬件上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)透明并且有良好的文檔說(shuō)明．X11為窗口管理、事件處理、同步和客戶機(jī)間通信提供強(qiáng)大的功能，　并且大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)熟悉了它的API。X11具有對(duì)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(duì)較少的設(shè)備。Ｘ服務(wù)器支持ＶＧＡ和非ＶＧＡ圖形卡，它對(duì)顏

8、色深度1?2?4?8?16和32提供支持，并對(duì)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(diǎn)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(duì)很?。笮≡?00K~700K的范圍內(nèi)，這使它很容易在小型設(shè)備上運(yùn)行；非常好的支持：在線有許多文檔可用，還有許多專(zhuān)用于XFree86開(kāi)發(fā)的郵遞列表；X API非常適合擴(kuò)展。</p><p>　　

9、X11的缺點(diǎn)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(zhǎng)時(shí)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(tái)，如ＭＳ－ＤＯＳ、ＱＮＸ和Ｌｉ

10、ｎｕｘ等，不過(guò)目前只支持ｘ８６硬件平臺(tái)。OpenGUI也分為三層。最低層是由匯編語(yǔ)言編寫(xiě)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(xiě)，提供了完整的GUI集。</p><p>　　OpenGUI提供了一個(gè)二維繪圖原語(yǔ)，并提供對(duì)消息驅(qū)動(dòng)的API及BMP文件格式的支持。OpenGUI功能強(qiáng)大，使用方便。OpenGUI支持鼠標(biāo)和鍵盤(pán)的事件，

11、在Linux上基于F rame buffer或者SVGALib實(shí)現(xiàn)繪圖。由于其基于匯編實(shí)現(xiàn)的內(nèi)核并利用MMX指令進(jìn)行了優(yōu)化，　所以O(shè)penGUI運(yùn)行速度非?？?。但也由于它的內(nèi)核是用匯編實(shí)現(xiàn)的，所以可移植性受到了影響。在驅(qū)動(dòng)程序一級(jí)，可移植性和性能是矛盾的，開(kāi)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(tái)的實(shí)時(shí)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(xué)魏永明主持開(kāi)發(fā)并由許多自由軟件開(kāi)發(fā)人員支持的一個(gè)自由軟件項(xiàng)目，其目標(biāo)是為基于Linux的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)提供一個(gè)輕量級(jí)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。 該項(xiàng)目自1998年底開(kāi)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(kāi)始了新版本系列的開(kāi)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(diǎn)有：（1）遵循GPL條款的純自由軟件。（2）提供了完備的多窗口機(jī)制，包括：多個(gè)單獨(dú)線程中運(yùn)行的多窗口；單個(gè)線程中主窗口的附屬；對(duì)話框和預(yù)定義的控件類(lèi)（按鈕，單行和多行編輯框，列表框，進(jìn)度條及工具欄等）；消息傳遞機(jī)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(jiàn)圖像文件。（6）支持Windows的資源文件，如位圖、圖標(biāo)、光標(biāo)、 插入符、定時(shí)器及加速鍵等。（7）庫(kù)文件小，包括全部功能的庫(kù)文件大小為300KB左右。（8）可配置。可根據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)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(lán)點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)等關(guān)鍵應(yīng)用程序中得

15、到了實(shí)際應(yīng)用?？梢浦残院?。目前，MiniGUI!可以在X Window和Linux控制臺(tái)上運(yùn)行。中科院EEOS 開(kāi)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(lán)點(diǎn)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(guò)程中，有許多值得一提的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。正是由于這些技術(shù)上的創(chuàng)新，才使得MiniGUI更加適合實(shí)時(shí)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(jī)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(duì)頂層API基本沒(méi)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(gè)圖形引擎，SVGALib、LibGGI以及直接基于Linux FrameBuffer的Native Engine，利用LibGGI時(shí)，可在X Window上運(yùn)行MiniGUI應(yīng)用程序，并可非常方便地進(jìn)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(yùn)行。</p><p>　?。?）兩個(gè)不同架構(gòu)的版本。最初的MiniGUI運(yùn)行在Pthread庫(kù)之上，這個(gè)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(diǎn)。在0.9.98版本中引入了MiniGUI-Lite版本，這個(gè)版本在提高系統(tǒng)健壯性的同時(shí)，通過(guò)一系列創(chuàng)新途徑，避免了傳統(tǒng)C

18、/S結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)，為功能復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)提供了一個(gè)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(gè)跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面庫(kù)，由挪威TrollTech公司出品，目前包括Qt/X11、基于Framebuffer的Qt Embedded、快速開(kāi)發(fā)工具Qt De

19、signer及國(guó)際化工具Qt Linguist等。Qt的良好封裝機(jī)制使其模塊化程度非常高，可重用性較好，對(duì)于用戶開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)是非常方便的[8]。Qt API和開(kāi)發(fā)工具對(duì)所有支持平臺(tái)都是一致的，從而可以進(jìn)行獨(dú)立于平臺(tái)的程序開(kāi)發(fā)和配置。它使得跨平臺(tái)軟件編程直觀、簡(jiǎn)易、方便。Qt提供了一種稱(chēng)為“signals/slots”　的安全類(lèi)型來(lái)替代callback回調(diào)函數(shù)，使得各個(gè)控件之間的協(xié)同工作變得十分簡(jiǎn)單[7]。</p><p&

20、gt;　　Qt是面向?qū)ο蟮模茫Z(yǔ)言，它提供了signal（信號(hào)）和slot（槽）的對(duì)象通信機(jī)制，具有可查詢和可設(shè)計(jì)的屬性以及強(qiáng)大的事件和事件過(guò)濾器[6]。同時(shí)，它還具有字符國(guó)際化，即支持根據(jù)上下文進(jìn)行國(guó)際化字符串翻譯。許多Ｑｔ基于QObject的繼承，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)C++技術(shù)實(shí)現(xiàn)[1]。</p><p>　　2.5 Qt的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)</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(diǎn)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(kāi)發(fā)庫(kù)，使用它進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)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(lái)，專(zhuān)注于程序本身的實(shí)現(xiàn)[9]。</p><p>　?、讵?dú)有的 S i g n a l — S l

22、o t 機(jī)制</p><p>　　S i g n a l — S l o t機(jī)制是 Q t 最重要的特征。在 MS — Wi n d o w s中，程序通過(guò)消息機(jī)制和事件循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形對(duì)象行為的觸發(fā)和處理；在Q t 中，是在一個(gè)類(lèi)中定義多個(gè)S i g na l和S l o t , S i g na l 就相當(dāng)于是“事件”，而S l o t　就相當(dāng)于是響應(yīng)事件的“方法”。為了實(shí)現(xiàn)“事件驅(qū)動(dòng)”，需要將一個(gè)類(lèi)的S i

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

24、時(shí)的潛在問(wèn)題，　使程序員避免了在文件處理，時(shí)間處理等方面存在的依賴(lài)操作系統(tǒng)的細(xì)節(jié)問(wèn)題[11]。Q t　的跨平臺(tái)能力非常強(qiáng)，用它開(kāi)發(fā)出來(lái)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>　　④開(kāi)發(fā)程序的方便性</b></p><p>　　Q t 提供了一個(gè)可視化的開(kāi)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(xiàng)目中添加各種組件，而不需要一步一步地編寫(xiě)代碼，這個(gè)特點(diǎn)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(jī)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(cè)頁(yè)和補(bǔ)充指南。這些幫助不論是對(duì)于初學(xué)者還是專(zhuān)業(yè)人士，無(wú)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(guó)語(yǔ)言。它還完全支持雙字節(jié)的 1 6 b i t　國(guó)際字符標(biāo)準(zhǔn)[2]。</p><p><b>

27、　?、輳?qiáng)大的功能</b></p><p>　　Q t 的強(qiáng)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(kāi)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(gè)c++類(lèi)；優(yōu)越的繪畫(huà)功能和2 D / 3 D圖形潤(rùn)色功能，Q t的繪畫(huà)工具類(lèi) Q p a i n t e r ，在任意一個(gè)繪畫(huà)設(shè)備上都可以潤(rùn)色圖形，對(duì)于更高級(jí)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(gè)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(lài) Mo t i f 工具包，所以它的執(zhí)行效率比一般的基于平臺(tái)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(zhǎng) i n u x下圖形用戶界面應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)工具，應(yīng)該是非常理想的。</p><p>　　QT4軟件圖形界面開(kāi)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(jì)優(yōu)缺點(diǎn)，并與QT做比較，重點(diǎn)對(duì) Qt 的核心特性—

30、信號(hào)與槽機(jī)制進(jìn)行了分析，介紹了Qt 在構(gòu)建圖形界面時(shí)各個(gè)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(tái)性[14]。隨著時(shí)間的推移，使用Qt來(lái)開(kāi)發(fā)圖形用戶界面程序會(huì)變得越來(lái)越廣泛[15]。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 王浩南等.基于嵌入式Linux系統(tǒng)下的Qt開(kāi)發(fā)[J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用刊,2010,1

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