基于Qt/Embedded的嵌入式車載GUI平臺(tái)的設(shè)計(jì)
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展汽車已進(jìn)入普通家庭,汽車用戶對(duì)車載娛樂系統(tǒng)的要求不斷地提高,希望汽車載娛樂系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大娛樂設(shè)施更加完美。嵌入式GUI(Graphical User InteRFace)可以滿足用戶需求,人機(jī)交互好,作為車載娛樂系統(tǒng)中人機(jī)交互界面的開發(fā)平臺(tái),對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起著決定性作用,越來越受到開發(fā)者的青睞。目前比較流行的GUI平臺(tái)有Qt/Embedded、緊縮的X Windows系統(tǒng)、MicroWindows以及MiniGUI系統(tǒng)。
X Window系統(tǒng)是一個(gè)基于客戶/服務(wù)器(Client/Server)結(jié)構(gòu)的視窗系統(tǒng),基于X的終端(服務(wù)器)上顯示出來。此系統(tǒng)配置在大多數(shù)的UNIX系統(tǒng)、DEC的VAX/VMS操作系統(tǒng)以及Linux系統(tǒng)中,可以自由拷貝以及傳播,但是系統(tǒng)龐大,占用內(nèi)核資源較多。MicroWindows是一個(gè)完全開放源碼、分層設(shè)計(jì)的經(jīng)典GUI系統(tǒng),可以替代X Window系統(tǒng),但是某些關(guān)鍵性代碼使用了匯編語(yǔ)言。MiniGUI系統(tǒng)適應(yīng)于中小型企業(yè)的嵌入式GUI平臺(tái),采用分層結(jié)構(gòu),并在核心層采用hash表的方式。本文采用的Qt/Embedded也是分層體系結(jié)構(gòu),在功能提供方面采用C++類方式。
2 嵌入式GUI的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)
GUI是圖形用戶接口,一般用于PC機(jī)上人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)。而對(duì)于嵌入式GUI來說,由于嵌入式設(shè)備對(duì)資源的要求很嚴(yán)格,不同的嵌入式設(shè)備需要定制不同的嵌入式系統(tǒng),那么對(duì)GUI的要求也就不一樣,因此,對(duì)于不同的嵌入式系統(tǒng)來說GUI也必須是可定制的。對(duì)于嵌入式的硬件來說,要求定制的嵌入式GUI應(yīng)具有輕型、占用資源少、性能高、可靠性高、可配置等特點(diǎn)。由于Linux操作系統(tǒng)具有源碼公開性、可移植性、可裁剪性和靈活性等優(yōu)點(diǎn),所以嵌入式GUI的開發(fā)常在Linux環(huán)境下進(jìn)行。
Qt/Embedded是著名的Qt庫(kù)開發(fā)商正在進(jìn)行的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本。它是專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖形用戶界面的工具包,包括一個(gè)完整的窗口系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是可移植性比較好,設(shè)計(jì)者能輕易的加入各種顯示設(shè)備和硬件輸入設(shè)備,很多基于Qt的XWindow都可以非常方便的移植到嵌入式版本。
Qt/Embedded為開發(fā)者提供了豐富的API調(diào)用功能,并公開源代碼。Qt/Embedded提供了非常豐富的窗口小部件(Widgets),并且還支持窗口部件的定制,因此它可以為用戶提供漂亮的圖形界面,但同時(shí)豐富的窗口對(duì)象也增大了軟件的體積,所以,Qt/Embedded一般用于對(duì)運(yùn)行環(huán)境不太苛刻的嵌入式設(shè)備中。
3 嵌入式Qt系統(tǒng)的特點(diǎn)
Qt/Embedded移植了大量的原來基于Qt的XWindows程序,并提供了非常完整的嵌入式GUI解決方案,是一個(gè)成熟的GUI平臺(tái),具有如下特點(diǎn):
(1)Qt遵循GPL協(xié)議,開放主要的源代碼,用戶可以在GPL的規(guī)定下自由添加新特性。
(2)與其他嵌入式GUI相比,嵌入式Qt不僅是一個(gè)完整的窗口系統(tǒng),而且也是一個(gè)應(yīng)用程序框架,這更有利于應(yīng)用程序的開發(fā)。
(3)Qt具有豐富的API,包括多達(dá)250個(gè)以上的C++類,支持諸如對(duì)圖形、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、I/O操作、各種控件和XMI等眾多功能,可滿足大多數(shù)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的需要。
(4)Qt是一個(gè)GUI仿真工具包,它使用各自平臺(tái)上的低級(jí)繪圖函數(shù)仿真MS Windows和Motif(商用Llnix的標(biāo)準(zhǔn)GUI庫(kù)),因此程序運(yùn)行速度快。
(5)Qt良好的封裝機(jī)制使得Qt的模塊化程度非常高,可靠性好,易于程序開發(fā)。
基于Qt的這些特點(diǎn),在本車載嵌入式娛樂系統(tǒng)的開發(fā)過程中,本文采用了嵌入式Qt作為圖形用戶界面開發(fā)的GUl支持平臺(tái),有效提高了應(yīng)用程序的開發(fā)速度。
4 基于嵌入式Qt的車載GUI的設(shè)計(jì)
4.1 基于嵌入式Qt的車載GUI的總體設(shè)計(jì)
基于Linux的車載娛樂系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境如表l所示,底層由Linux內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)成。該內(nèi)核是經(jīng)過裁減過的嵌入式Linux2.4,其中包括電源管理系統(tǒng);驅(qū)動(dòng)程序提供對(duì)各種接口硬件的支持;中間層是基于QT/Embedded的嵌入式Qt庫(kù)。它精簡(jiǎn)和優(yōu)化了各種圖形操作,程序運(yùn)行時(shí)無需額外系統(tǒng)的支持,可以有效減少內(nèi)存消耗和CPU負(fù)擔(dān)。QT/Embedded本身是可擴(kuò)展的,并能不斷地升級(jí)。開發(fā)人員可以根據(jù)自己所面對(duì)的嵌入式設(shè)備的實(shí)際需要,對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟脺p,經(jīng)過裁減所得到的QT/Embedded可以大約節(jié)約800k到3MB的內(nèi)存空間,這樣也就意味著用Qt開發(fā)比用其他工具包開發(fā)相同的應(yīng)用程序,在生成可執(zhí)行文件后,代碼所占用的內(nèi)存空間要小。最頂層是整個(gè)車載娛樂應(yīng)用系統(tǒng),它是實(shí)現(xiàn)車載娛樂具體功能的應(yīng)用集合。
基于嵌入式Qt的車載嵌入式娛樂系統(tǒng)軟件,最大限度的滿足了車載視聽娛樂的要求。提供視頻播放、音頻播放等多媒體軟件,個(gè)人信息管理軟件,無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖l所示。
4.2 基于嵌入式Qt的窗口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的上層GUI窗口系統(tǒng)采用了客戶/服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該窗口系統(tǒng)包括:一個(gè)服務(wù)器進(jìn)程、一個(gè)或者多個(gè)客戶進(jìn)程。服務(wù)器負(fù)責(zé)為客戶和本身分配顯示區(qū)域,生成鼠標(biāo)、鍵盤或者觸摸屏事件,它通常包含那些啟動(dòng)客戶的用戶界面。而客戶則通過與服務(wù)器通信來申請(qǐng)顯示區(qū)域,接受鼠標(biāo)或觸摸屏事件。客戶可以直接訪問所分配的顯示區(qū)域,以便為用戶提供GUI服務(wù)。服務(wù)器和客戶通過共享內(nèi)存的方式來傳遞所分配顯示區(qū)域上的信息。窗口系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
服務(wù)器(進(jìn)程)維護(hù)著一組區(qū)域,當(dāng)窗口被創(chuàng)建、移動(dòng)、改變大小和破壞時(shí),通過這組區(qū)域來改變每個(gè)客戶的申請(qǐng)。該區(qū)域存放在共享內(nèi)存中,在執(zhí)行繪圖操作時(shí),客戶可以從中讀取信息;服務(wù)器連接著一些系統(tǒng)設(shè)備,如鼠標(biāo)、鍵盤或者觸摸屏,服務(wù)器負(fù)責(zé)將這些設(shè)備所產(chǎn)生的事件發(fā)送到適當(dāng)?shù)目蛻暨M(jìn)程。服務(wù)器能夠生成一個(gè)設(shè)備獨(dú)立的鼠標(biāo)或鍵盤事件,并將其發(fā)送到相應(yīng)的客戶進(jìn)程。觸筆設(shè)備通常沒有鼠標(biāo)光標(biāo),但是觸筆操作能轉(zhuǎn)化為設(shè)備獨(dú)立的鼠標(biāo)事件,然后由客戶以標(biāo)準(zhǔn)事件進(jìn)行處理。
嵌入式Qt為客戶(進(jìn)程)提供API,當(dāng)客戶使用Qt API畫線時(shí),QT/Embedded庫(kù)能直接訪問顯存,完成畫線工作;在一些情況下嵌入式Qt客戶庫(kù)需要與服務(wù)器進(jìn)程建立連接,如在客戶進(jìn)程啟動(dòng)時(shí),發(fā)生了會(huì)影響到全局后果的操作而與服務(wù)器通信時(shí)。例如,當(dāng)客戶進(jìn)行了拖放操作后,由于窗口覆蓋而導(dǎo)致顯示區(qū)域的變化,則從用戶那里接收到鼠標(biāo)和鍵盤事件時(shí)就需要建立這樣的連接;嵌入式Qt客戶庫(kù)負(fù)責(zé)處理所有的繪畫操作,包括文本顯示和字體處理等。
4.3 基于嵌入式Qt的事件響應(yīng)設(shè)計(jì)
在前述的客戶/服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,每個(gè)鍵的按下、釋放都以QWSKeyEvent事件發(fā)出。一個(gè)QWSKeyEvent事件通常包括以下各域:
Unicode:Unicode值。
Keycode:Qt鍵碼值,定義在qnamespace.h頭文件中。
Modifier:位域, 包括Qt::ShiftButton,Qt::ControlButton和Qt::AltButton。
Is press:鍵按下時(shí)為真,釋放時(shí)為假。
Is auto repeat:鍵處于自動(dòng)重復(fù)狀態(tài)時(shí)為真。
嵌入式Qt處理鍵事件的過程為:鍵盤驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù),并將鍵事件發(fā)送到服務(wù)器中。當(dāng)服務(wù)器從鍵盤驅(qū)動(dòng)程序接收到一個(gè)鍵事件時(shí),它首先要經(jīng)過一個(gè)事件過濾器,然后再將其發(fā)送至每個(gè)客戶進(jìn)程,最后由客戶進(jìn)程負(fù)責(zé)處理鍵事件,并將其發(fā)送到適當(dāng)?shù)拇翱凇>唧w流程如圖3所示。
這里,鍵事件未必都來自鍵盤設(shè)備,包括觸摸屏,觸筆都可以產(chǎn)生鍵事件。服務(wù)器在任何時(shí)候都可以調(diào)用函數(shù)QWSServer::sendKeyEvent()產(chǎn)生鍵事件。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn),再結(jié)合事件過濾器的特性,便可構(gòu)造出所需的輸入服務(wù)器平臺(tái)。
在Qt中,一個(gè)事件通過調(diào)用QObject::event()被發(fā)送到繼承自QObject的對(duì)象。事件發(fā)送就是一個(gè)事件已經(jīng)產(chǎn)生,由QEvent正好去表達(dá),且QObject需要去回應(yīng)。多數(shù)事件來自窗口系統(tǒng)類QWidget,如QMouseEvent,QkeyEvent事件。某些事件來自其他源頭,如QTimerEvent,而某些來自應(yīng)用程序,Qt會(huì)一視同仁的處理。
事件過濾器在目標(biāo)對(duì)象處理之前去處理事件。過濾器通過調(diào)用QObject::eventFilter()實(shí)現(xiàn),它可以接受或丟棄過濾,也可容許或拒絕進(jìn)一步去處理事件。如果所有的事件過濾器允許進(jìn)一步的處理事件,事件自己就被送達(dá)目標(biāo)對(duì)象。本文在服務(wù)器進(jìn)程中安排事件過濾器,接收鍵事件,經(jīng)過處理后,將結(jié)果發(fā)送到客戶進(jìn)程。在客戶進(jìn)程中,處理鍵事件,并發(fā)送到適當(dāng)?shù)拇翱谥小?
5 結(jié)語(yǔ)
嵌入式Linux是目前流行的嵌入式系統(tǒng)解決方案,而嵌入式GUI是嵌入式Linux不可缺少的組成部分。本文通過分析、比較目前流行的幾種嵌入式GUI,選擇了嵌入式Qt作為研究對(duì)象并對(duì)其進(jìn)行了深入討論,在此基礎(chǔ)上完成了基于嵌入式Qt的車載GUI的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,并可為其他嵌入式娛樂系統(tǒng)提供參考價(jià)值。
評(píng)論