ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第13章 圖形用戶接口

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1、 第第13章章 圖形用戶接口（圖形用戶接口（GUI） 定義n圖形用戶接口（Graphics User Interface，GUI），又叫桌面系統(tǒng)、窗口管理系統(tǒng)、圖形操作環(huán)境、圖形用戶界面等，是操作系統(tǒng)和用戶的人機(jī)接口。GUI極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們不再需要死記硬背大量的命令，而可以通過窗口、菜單方便地進(jìn)行操作。 13.1圖形用戶接口的層次結(jié)構(gòu)圖形用戶接口的層次結(jié)構(gòu)13.1.1圖形基礎(chǔ)設(shè)施圖形基礎(chǔ)設(shè)施n圖形基礎(chǔ)設(shè)施是一種底層的圖形驅(qū)動(dòng)引擎，一般是由操作系統(tǒng)提供。它是用作其他更高一層圖形或者圖形應(yīng)用程序的基本函數(shù)庫/依賴庫，在其之上可以針對某些特定應(yīng)用需求做進(jìn)一步的封裝。譬如，在對于只需

2、要單任務(wù)的低端應(yīng)用，可以以API函數(shù)的形式，封裝成靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的高級(jí)圖形函數(shù)庫。而在更多的場合，用戶是需要類似Windows的桌面系統(tǒng)，這樣就要構(gòu)建多任務(wù)GUI窗口管理系統(tǒng)。在Linux環(huán)境下，常見的圖形基礎(chǔ)設(shè)施有SVGALib(VGA)、X Window(Xlib)、LibGGI和FrameBuffer等。13.1.2高級(jí)圖形函數(shù)庫高級(jí)圖形函數(shù)庫n高級(jí)圖形函數(shù)庫提供的圖形界面編程接口主要分為兩大類，一類只提供基本的畫點(diǎn)繪線、文本區(qū)域處理等，如SDL(standard drawing library)；另一類就是以窗口部件（widget，亦稱為控件、部件等）形式，采用面向?qū)ο蠓绞竭M(jìn)行可視化的編

3、程，可用于嵌入式GUI系統(tǒng)（需要諸如pThread等消息處理函數(shù)庫的支持）和可以運(yùn)行在GUI系統(tǒng)上的應(yīng)用程序的開發(fā)，諸如GTK，QT和PEG等。13.1.3 GUI窗口管理系統(tǒng)窗口管理系統(tǒng)nGUI窗口管理系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，很多時(shí)候甚至就類似于一個(gè)操作系統(tǒng)，它是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中迄今為止沒有很好解決的難點(diǎn)之一。目前，在桌面GUI系統(tǒng)領(lǐng)域主要有X-Windows、KDE、GNOME等，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，主要有MiniGUI、Nano-X(Microwindows)、OpenGUI和Qpe(Qt Palmtop Environment)等。13.2 桌面桌面Linux系統(tǒng)中系統(tǒng)中GUI nKD

4、E（Kool Desktop Environment）與GNOME（GNU Network Object Environment）是目前桌面Linux/UNIX系統(tǒng)中最常用的桌面GUI窗口系統(tǒng)。MiniGUI、Qt/E和Nano-X則是嵌入式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的嵌入式GUI系統(tǒng)。13.2.1 KDEnKDE是1996年德國Matthias Ettrich發(fā)起了符合GPL規(guī)范的開源項(xiàng)目，與之前各種基于X Window的圖形用戶環(huán)境不同的是，KDE并非針對系統(tǒng)管理員等高級(jí)用戶，而是鎖定為普通的終端用戶，即希望KDE能夠包含用戶日常應(yīng)用所需要的所有應(yīng)用程序組件，例如Web瀏覽器、電子郵件客戶端、辦公套件

5、、圖形圖像處理軟件等。 13.2.2 GNOMEnGNOME是1997年墨西哥年僅26歲的程序員Miguel De Icaza發(fā)起的開源項(xiàng)目，目前諸如RedHat/Fedora、SuseLinux發(fā)行版都默認(rèn)使用它。它功能上的特性和KDE類似，并且相對要輕便些 13.3 嵌入式Linux系統(tǒng)GUI n在現(xiàn)代的嵌入式人機(jī)系統(tǒng)中，人是用戶和主動(dòng)的參與者，能與機(jī)器對話，要求機(jī)器對人的各種動(dòng)作做出響應(yīng)。因此，圖形用戶界面已經(jīng)成為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)研制中的重點(diǎn)之一。典型的嵌入式GUI 系統(tǒng)有緊縮的 X Window 系統(tǒng)、MiniGUI、Nano-X（MicroWindows）、Tiny X（緊縮版的X-W

6、indows）、OpenGUI、QT/Embedded 等.13.3.1 MiniGUInMiniGUI是1998年底推出的一款面向嵌入式系統(tǒng)或者實(shí)時(shí)系統(tǒng)的GUI系統(tǒng)，是國內(nèi)最早出現(xiàn)的、在國際上有一定知名度的幾個(gè)自由軟件項(xiàng)目之一，最先是由原清華大學(xué)教師魏永明先生主持開發(fā)，現(xiàn)由北京飛漫軟件技術(shù)有限公司進(jìn)行商業(yè)化維護(hù)和運(yùn)作。自1999 年初以遵循 GPL 協(xié)議發(fā)布第一個(gè)版本以來，MiniGUI 已廣泛應(yīng)用于手持信息終端、機(jī)頂盒、工業(yè)控制系統(tǒng)及工業(yè)儀表、便攜式多媒體播放機(jī)、查詢終端等產(chǎn)品和領(lǐng)域。13.3.2 QtopianQtopia是嵌入式GUI窗口系統(tǒng)，也叫做嵌入式Linux的桌面系統(tǒng)，是Tro

7、lltech 面向嵌入式設(shè)備的Qt掌上機(jī)環(huán)境（Qt Palmtop Environment，Qpe）。它建立在Qt/ Embedded(即Qt/E)之上，基于Qt/E開發(fā)出來的程序就可以放到這個(gè)桌面上，為開發(fā)提供了一個(gè)類似于Windows這樣易于使用的界面。Qtopia分為開源的PDA版本Qtopia和收費(fèi)的手機(jī)版Qtopia，前者提供PDA的桌面系統(tǒng)基本源代碼，后者還包括手機(jī)模塊代碼等。 13.3.3 Nano-XnNano-X的前身就是Century Software 推出的開源項(xiàng)目Microwindows。它主要采用C語言進(jìn)行開發(fā)，采用C/S體系結(jié)構(gòu)，提供了相對完善的圖形功能，并且具有分

8、層設(shè)計(jì)。最底層是屏幕和輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（關(guān)于鍵盤或鼠標(biāo)）來與實(shí)際硬件交互。在中間層，可移植的圖形引擎提供對線的繪制、區(qū)域的填充、多邊形、裁剪以及顏色模型的支持。 13.4 MiniGUI的開發(fā)初步的開發(fā)初步nMiniGUI具有良好的軟件架構(gòu)，通過抽象層將MiniGUI 上層和底層操作系統(tǒng)隔離開來。如圖13.4.1所示，基于MiniGUI 的應(yīng)用程序一般通過ANSI C 庫、操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序接口以及MiniGUI 自身提供的API 來實(shí)現(xiàn)自己的功能；MiniGUI 中的“可移植層”可將特定操作系統(tǒng)及底層硬件的細(xì)節(jié)隱藏起來，而上層應(yīng)用程序則無需關(guān)心底層的硬件平臺(tái)輸出和輸入設(shè)備。13.4 Mini

9、GUI的開發(fā)初步的開發(fā)初步13.4.1 MiniGUI 的開發(fā)環(huán)境 nMiniGUI 的開發(fā)可以在Linux 或Windows操作系統(tǒng)下進(jìn)行。由于MiniGUI 完全用C 來編寫，具有非常好的移植性，也使得MiniGUI 應(yīng)用程序的交叉編譯工作十分方便。一般而言，為嵌入式設(shè)備編寫的應(yīng)用程序可以在任何安裝在針對該設(shè)備的交叉編譯工具鏈的平臺(tái)上進(jìn)行編譯，比如在桌面Linux 環(huán)境下安裝針對ARM CPU平臺(tái)交叉編譯器（arm-linux-gcc等），然后再對應(yīng)用程序進(jìn)行交叉編譯。 n這里給出windows下面編譯minigui的步驟（wvfb）：n 首先要從網(wǎng)上下載MinGui For Win32

10、開發(fā)包的源代碼。minigui-dev-1.6.9- win32.tar.tar；n 解壓后，把dll文件夾下的minigui.lib pthreadVC1.lib拷貝到helloworld文件夾下（以便程序能夠在當(dāng)前目錄下找到DLL文件），然后進(jìn)入helloworld文件夾找到helloworld.dsw,用vc+打開；n 然后在工程菜單內(nèi)設(shè)置選擇C/C分類中選擇預(yù)處理n在包含路徑中填入./include,./include/minigui,./include/pthread-win32n 在LINKE目錄下選擇general，然后把LIB里的庫文件加在對象/庫模塊的后面，也就是那兩個(gè)min

11、igui.lib pthreadVC1.lib，n 最后在分類中選擇INPUT把庫文件地址連接進(jìn)去也就是./LIBn 打開wvfb文件夾下的wvfb.exe，然后在vc+中執(zhí)行helloworld .n這里要注意的是，MiniGUI for Win32是預(yù)編譯的函數(shù)庫，因此，其中的功能特性是固定的，包括編譯時(shí)選項(xiàng)和運(yùn)行時(shí)選項(xiàng)。 13.4.2 MiniGUI的移植的移植n1. PC 機(jī)上配置，編譯，安裝，運(yùn)行機(jī)上配置，編譯，安裝，運(yùn)行MiniGUIn（1）在redhat9.0 上配置FrameBuffern要激活VESA Frame Buffer 驅(qū)動(dòng)程序，需要修改/boot/grub/menu

12、.lst 文件，并在kernel打頭的一行添加vga=0 x0317.n其中Red Hat Linux (2.4.208，F(xiàn)rameBuffer)就是設(shè)置了VESA FrameBuffer 的引導(dǎo)選項(xiàng)。 n（2）在）在PC上編譯并安裝上編譯并安裝MiniGUI開發(fā)開發(fā)包包n第一步，在PC 上編譯并安裝libminiguin第二步，在PC 上安裝MiniGUI 的資源n第三步，編譯應(yīng)用程序例子n（3）Redhat上MiniGUI 的運(yùn)行n由于必須要在控制臺(tái)模式才能運(yùn)行MiniGUI。要啟動(dòng)控制臺(tái)，按住CtrlAlt 的同時(shí)，n按F1F6 中的任意一個(gè)均可，然后登錄系統(tǒng)，進(jìn)入sample 目錄，直

13、接運(yùn)行即可。n2. 交叉編譯，并在嵌入式目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行交叉編譯，并在嵌入式目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行MiniGUIn(1) 交叉編譯libminiguin(2) 安裝MiniGUI 資源文件n(3) 編譯應(yīng)用程序例子n(4) 在嵌入式目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行MiniGUI13.4.3 MiniGUI應(yīng)用編程庫應(yīng)用編程庫nMiniGUI在嵌入式產(chǎn)品中移植好后，就要進(jìn)行相應(yīng)的產(chǎn)品應(yīng)用程序的開發(fā)。應(yīng)用程序開發(fā)人員可以直接調(diào)用MiniGUI的窗口以及圖形接口編寫自己的應(yīng)用程序，也可以利用MiniGUI 內(nèi)建的各種控件（control/widget）來快速開發(fā)自己的應(yīng)用程序。MiniGUI 提供了各種豐富的控件，如按鈕，工具欄等。

14、同時(shí)還為開發(fā)者提供了自定義控件的接口，并能方便地對已有控件進(jìn)行擴(kuò)展。13.5 Qt/Embeddedn13.5.1 Qt/Embedded的應(yīng)用架構(gòu)的應(yīng)用架構(gòu)nQt/Embedded簡稱為Qt/E ，是著名的QT開發(fā)商Trolltech推出的面向嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的QT開發(fā)包，是一組用于訪問嵌入式設(shè)備的 Qt C+ API函數(shù)庫。它以原始桌面Qt為基礎(chǔ)，并做了許多出色的調(diào)整以適用于嵌入式環(huán)境，提供了豐富的窗口小部件（Widgets），并且還支持窗口部件的定制，可為用戶提供漂亮的圖形界面。 13.5 Qt/EmbeddednFramebuffer是Linux 2.2.x以上內(nèi)核的版本中的提供的一種圖

15、形驅(qū)動(dòng)程序接口。這種接口采用內(nèi)存映射（mmap）系統(tǒng)調(diào)用,將顯示設(shè)備抽象為幀緩沖區(qū)。用戶可以將它看成是顯示內(nèi)存的一個(gè)映象,將其映射到進(jìn)程地址空間之后,就可以直接進(jìn)行讀寫操作了,而寫操作可以立即反映在屏幕上。Framebuffer驅(qū)動(dòng)程序是最重要的驅(qū)動(dòng)程序之一,正是這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序才能使系統(tǒng)屏幕顯示內(nèi)容。 13.5.2 QVFB虛擬運(yùn)行環(huán)境虛擬運(yùn)行環(huán)境nQVFB是“Qt/Embedded Virtual Framebuffer”的簡稱，即Qt/E的虛擬幀緩沖，是在桌面Linux中為嵌入式圖形應(yīng)用程序提供一個(gè)虛擬的運(yùn)行環(huán)境。它實(shí)際上就是由一個(gè)X11的應(yīng)用程序在共享的內(nèi)存去也中來模擬了一個(gè)緩沖幀，通過指

16、定顯示設(shè)備的寬度，高度和顏色深度，虛擬出來的緩沖幀將和物理的嵌入式顯示設(shè)備在每個(gè)像素上保持一致。 n使用QVFB的方法如下：n 將Qt/E源代碼中的qvfb目錄作為正常的x86 PC平臺(tái)的Qt/X11應(yīng)用程序來編譯，而不要做為Qt/E的應(yīng)用程序來編譯。 n 這時(shí)就可以運(yùn)行一些已經(jīng)編譯后的二進(jìn)制Qt/E應(yīng)用程序，命令行中要用參數(shù)-qws表示將它作為Qt/E服務(wù)器。13.6 Qt開發(fā)及運(yùn)行環(huán)境的創(chuàng)建開發(fā)及運(yùn)行環(huán)境的創(chuàng)建n13.6.1 Qt/E應(yīng)用程序在應(yīng)用程序在PC虛擬平臺(tái)上虛擬平臺(tái)上的運(yùn)行的運(yùn)行n1、 Qt/E應(yīng)用程序在PC虛擬平臺(tái)上的運(yùn)行n首先首先，下載Qt開發(fā)環(huán)境的源程序包。 n2 、Qt/

17、E應(yīng)用程序在嵌入式設(shè)備中的運(yùn)行 n要將寫好的Qt/E應(yīng)用程序移植到嵌入式設(shè)備上運(yùn)行，需要對Qt/Embedded采用交叉編譯的方式重新進(jìn)行編譯，生成一些適合于嵌入式Linux的函數(shù)庫。 n3、 Qtopia窗口系統(tǒng)在PC虛擬平臺(tái)上的運(yùn)行 n要在PC平臺(tái)上建立起Qtopia 窗口系統(tǒng)的虛擬運(yùn)行環(huán)境，除了同前面一樣要編譯Build Qt/X11、Build Qvfb（QTEDIR/tools/qvfb）和Build libqte外，就另外還需要編譯Qtopia這個(gè)GUI系統(tǒng) 。n4、 Qtopia窗口系統(tǒng)在嵌入式設(shè)備中的運(yùn)行 n實(shí)際上就是將Qtopia窗口系統(tǒng)移植到嵌入式設(shè)備中的運(yùn)行，其前面幾個(gè)步

18、驟同“Qt/E應(yīng)用程序在嵌入式設(shè)備中的運(yùn)行”，只是最后將需要拷貝到開發(fā)板上的文件整理到一個(gè)單獨(dú)的文件夾里面，然后再下載燒錄到嵌入式設(shè)備的FLASH中。13.6.2 Qt/E應(yīng)用程序在嵌入應(yīng)用程序在嵌入式設(shè)備中的運(yùn)行式設(shè)備中的運(yùn)行n要將寫好的Qt/E應(yīng)用程序移植到嵌入式設(shè)備上運(yùn)行，需要對Qt/Embedded采用交叉編譯的方式重新進(jìn)行編譯，生成一些適合于嵌入式Linux的函數(shù)庫。移植過程中都是采取宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的開發(fā)模式。宿主機(jī)是一臺(tái)運(yùn)行Redhat Linux 的PC 機(jī),目標(biāo)機(jī)是基于S3C2410的嵌入式設(shè)備。 n先在宿主機(jī)上調(diào)試通過后,再移植到目標(biāo)機(jī)上。詳細(xì)步驟如下： n(1)Build

19、Qt/Embeddedn(2)修改tmake 配置文件n(3)生成可執(zhí)行文件13.6.3 Qtopia窗口系統(tǒng)在窗口系統(tǒng)在PC虛擬平臺(tái)上的運(yùn)行虛擬平臺(tái)上的運(yùn)行n要在PC平臺(tái)上建立起Qtopia 窗口系統(tǒng)的虛擬運(yùn)行環(huán)境，除了同前面一樣要編譯Build Qt/X11、Build Qvfb（QTEDIR/tools/qvfb）和Build libqte外，就另外還需要編譯Qtopia這個(gè)GUI系統(tǒng)，13.6.4 Qtopia窗口系統(tǒng)在嵌窗口系統(tǒng)在嵌入式設(shè)備中的運(yùn)行入式設(shè)備中的運(yùn)行n實(shí)際上就是將Qtopia窗口系統(tǒng)移植到嵌入式設(shè)備中的運(yùn)行，其前面幾個(gè)步驟同“Qt/E應(yīng)用程序在嵌入式設(shè)備中的運(yùn)行”，只是

20、最后將需要拷貝到開發(fā)板上的文件整理到一個(gè)單獨(dú)的文件夾里面，然后再下載燒錄到嵌入式設(shè)備的FLASH中。13.7 Qt應(yīng)用程序的開發(fā)應(yīng)用程序的開發(fā)n13.7.1 Qt/E基本控件基本控件1.窗體交互界面。窗體交互界面。Qt 擁有豐富的滿足不同需求擁有豐富的滿足不同需求的窗體，使用起來很靈活，而且它容易被子類的窗體，使用起來很靈活，而且它容易被子類化，以滿足不同的需求。窗口部件是用戶界面化，以滿足不同的需求。窗口部件是用戶界面的一個(gè)原子：它從窗口系統(tǒng)接收鼠標(biāo)、鍵盤和的一個(gè)原子：它從窗口系統(tǒng)接收鼠標(biāo)、鍵盤和其它事件，并且在屏幕上繪制自己的表現(xiàn)。每其它事件，并且在屏幕上繪制自己的表現(xiàn)。每一個(gè)窗口部件都是

21、矩形，并且它們按一個(gè)窗口部件都是矩形，并且它們按Z軸順序軸順序排列的。一個(gè)窗口部件可以被它的父窗口部件排列的。一個(gè)窗口部件可以被它的父窗口部件或者它前面的窗口部件蓋住一部分?；蛘咚懊娴拇翱诓考w住一部分。13.7.1 Qt/E基本控件基本控件n2、對話框、對話框n使用可視化Qt 圖形設(shè)計(jì)器設(shè)計(jì)工具用戶可以建立自己的對話框。Qt使用布局管理自動(dòng)設(shè)置窗體和別的窗體之間相對的 尺寸和位置，這樣可以確保對話框能夠最好的利用屏幕上的可用空間。nQt提供很多常用的對話框，例如，選擇文件等。 13.7.2開發(fā)工具開發(fā)工具Qt designer介紹介紹nQt 圖形設(shè)計(jì)器是一個(gè)具有可視化用戶接口的設(shè)計(jì)工具。Q

22、t的應(yīng)用程序可以完全用純命令行下的代碼編寫，也可Qt圖形設(shè)計(jì)器這種集成開發(fā)環(huán)境來開發(fā)。 13.7.3 控制臺(tái)上的控制臺(tái)上的Qt/E應(yīng)用編程應(yīng)用編程n所謂控制臺(tái)上的Qt/E應(yīng)用程序，就是指利用Qt/E庫函數(shù)設(shè)計(jì)的圖形化應(yīng)用程序，直接在Linux的控制臺(tái)下啟動(dòng)運(yùn)行，而不是在GUI桌面系統(tǒng)中運(yùn)行。這里的控制臺(tái)可以目標(biāo)機(jī)的嵌入式Linux，也是宿主機(jī)的桌面Linux，只是后者要先運(yùn)行qvfb。 n1.一個(gè)典型的Qt應(yīng)用程序分析n/hello.cpp精簡的源程序n1 #include n2 #include n3 int main(int argc, char *argv)n4 n5 QApplicat

23、ion app (argc, argv);n6 QLabel *hello = new QLabel(Hello Qt/Embedded!, 0);n7 app.setMainWidget(hello);n8 hello-show();n9 return app.exec();n10 n第1 行和第2 行包含了兩個(gè)頭文件，這兩個(gè)頭文件中包含了QApplication 和QLabel類的定義。n第5 行創(chuàng)建了一個(gè)QApplication 對象，用于管理整個(gè)程序的資源，它需要2 個(gè)參數(shù)，因?yàn)镼t 本身需要一些命令行的參數(shù)。n第6 行創(chuàng)建了一個(gè)用來顯示Hello Qt/Embedded!的部件。在Q

24、t 中，部件是一個(gè)可視化用戶接口，按鈕、菜單、滾動(dòng)條都是部件的實(shí)例。部件可以包含其它部件，例如，一個(gè)應(yīng)用程序窗口通常是一個(gè)包含QMenuBar、QToolBar、QStatusBar 和其它部件的一個(gè)部件。在QLabel 函數(shù)中的參數(shù)0 表示，這是一個(gè)窗口而不是嵌入到其它窗口中的部件。n第7 行設(shè)置hello 部件為程序的主部件，當(dāng)用戶關(guān)閉主部件后，應(yīng)用程序?qū)?huì)被關(guān)閉。如果沒有主部件的話，即使用戶關(guān)閉了窗口程序也會(huì)在后臺(tái)繼續(xù)運(yùn)行。n第8 行使hello 部件可視，一般來說部件被創(chuàng)建后都是被隱藏的，因此可以在顯示前根據(jù)需要來訂制部件，這樣的好處是可以避免部件創(chuàng)建所造成的閃爍。n第9 行把程序的控

25、制權(quán)交還給Qt，這時(shí)候程序進(jìn)入就緒模式，可是隨時(shí)被用戶行為激活，例如點(diǎn)擊鼠標(biāo)、敲擊鍵盤等。n2.完成一個(gè)Qt應(yīng)用程序的建立步驟n第一步：新建一個(gè)空的工程文件（.pro）n第二步：新建一個(gè)用戶接口窗體(.ui)n第三步：生成hello.h和hello.cppn第四步：編寫主函數(shù)main()n第五步：修改工程文件hello.pron第六步：生成Makefile 文件13.7.4 Qtopia上的上的Qt/E應(yīng)用編程應(yīng)用編程n要想將開發(fā)的應(yīng)用程序添加到GUI窗口系統(tǒng)qtopia中運(yùn)行，則還需要完成下面步驟：n1.準(zhǔn)備好camera程序的圖標(biāo)文件n2.建立.desktop文件，這是最為重要的。n3.運(yùn)行