• 14.1 嵌入式GUI设计概述
• 14.1.1 嵌入式GUI简介
– GUI：Graphical User Interface，图形用户界面。
– 嵌入式GUI设计包括以下3个方面的内容：
① 硬件设计：通过LCD控制器，将LCD显示器与开发板连接起来。
② 驱动程序设计：为LCD设计驱动程序，并移植嵌入式GUI系统，为上层应用程序设计提供 图形函数库。
③ 用户界面程序设计：使用嵌入式系统提供的函数库，进行图形化应用程序设计。
– 嵌入式GUI分为以下3大类：
① 与操作系统结合的GUI：这些GUI一般由有操作系统开发实力的大公司开发，如微软的 Windows Phone（其前身是Windows CE和Windows Mobile）、苹果公司的iOS等。
② 外挂GUI：这些GUI通常基于操作系统运行，向应用层提供开发接口，如Android、Qt/E、 MiniGUI、Microwindows等。
③ 简单GUI：这些GUI通常与应用程序结合在一起，可重用性较差。
• 14.1.2 嵌入式GUI设计需求
– GUI系统需要完成的主要功能是：
① 提供桌面和窗口管理功能。可同时运行多个应用程序，创建多个窗口。可 对创建的窗口进行显示、隐藏、移动、改变大小等操作。
② 提供多种窗口组件界面。如光标、菜单、按钮、编辑框、列表框、静态控 制框、滚动条、对话框和默认窗口等多种窗口界面对象。
③ 提供图形操作。编写的应用程序能够绘制各种复杂图形，还可以填充任何 闭合区域，如绘制直线、圆、曲线、矩形等图形。
④ 支持基本的输入输出硬件设备。能够通过各种输入设备，如鼠标、键盘等 对窗口进行控制或输入。
⑤ 提供资源管理的功能。支持当今大多数流行的通用图形格式，如BMP等， 支持多字符集和多字体，支持汉字输入法。
• 14.1.3 嵌入式GUI设计原则
– 1、可移植性。嵌入式系统发展迅速，嵌入式硬件平台和操作系统的 种类繁多、更新速度快、系统特点不一，为了支持在不同的嵌入式平 台中运行，嵌入式GUI系统应具备良好的移植性。
– 2、较高的稳定性和可靠性。嵌入式系统运行环境大都较差，而且一 旦崩溃就可能导致无法挽回的严重后果。因此，嵌入式GUI系统要求 有较高的稳定性和可靠性。
– 3、系统开销少。嵌入式系统的硬件资源大都受限，处理器频率较低、 RAM和Flash容量较小等。而且在嵌入式系统中，通常还运行着比GUI 系统更为重要的系统软件和应用软件。因此，嵌入式GUI系统不能占 用过多的系统资源，运行开销要小。
– 4、较高可配置性。嵌入式GUI系统的可配置性通常包括功能配置、界 面特性配置、皮肤和主题配置等方面。不同的嵌入式应用对嵌入式 GUI系统配置有不同的要求，因此，嵌入式GUI系统应具有一定的可 配置性，从而适应不同系统的需求和不同用户体验的选择。
• 14.1.4 主流嵌入式GUI简介
– 1、Qt/E。Qt/Embedded是面向嵌入式系统的Qt版本。Qt/Embedded是一 个C++函数库。是一个多平台的C++图形用户界面应用程序框架，能给用 户提供精美的图形用户界面所需要的所有元素。
– 2、MiniGUI。MiniGUI是一个自由软件项目，其目标是为基于Linux的实时 嵌入式系统提供一个轻量级的图形用户界面支持系统，比较适合工控领 域的应用。MiniGUI具有：方便的编程接口、使用了图形抽象层和输入抽 象层、多字体和多字符集支持、多线程机制的特点。
– 3、MicroWindows。Qt/Embedded是一个开放源码的项目。是一个基于典 型客户/服务器体系结构的GUI系统。Qt/Embedded有三层：最底层是面 向图形输出和键盘、鼠标或触摸屏的驱动程序；中间层提供底层硬件的 抽象接口，并进行窗口管理；最高层分别提供兼容于X Window和 Windows CE的API。
– 4、Tiny-X。Tiny-X是标准X Window系统的简化版，去掉了许多对设备的 检测过程，无须设置显示卡驱动，很容易对各种不同硬件进行移植。其 设计目的是为了在小容量内存的环境下运行，非常适合用作嵌入式Linux 的GUI系统。
– 5、Android。Android的应用程序都是使用Java来编写的，因此很容易移 植到新的硬件平台上，用户可以使用Google提供的SDK平台来设计与开发 Android周边应用，此外，Android平台还包括3D图形加速引擎、SQLite支 持、Webkit支持等特性。
– 6、Windows CE。是Microsoft针对嵌入式产品的一套模块化设计的操作系 统。为用户提供良好的GUI。Windows CE的基本GUI模块包括：窗口管理 模块、COM组件、窗口控制组件。
– 7、Palm。Palm OS是Palm公司研制的专门用于其掌上电脑产品Palm的操 作系统。Palm操作系统的特点是简单易用，运行需要的内存与处理器资 源较小，速度也很快，Palm操作系统不支持多线程。
– 8、iOS。iOS是以Darwin为基础的，属于类UNIX的商业操作系统。iOS用 户界面的创新设计是多点触控。控制方法包括滑动、轻触开关和按键， 交互方式包括滑动、轻按、挤压和旋转等。
• 14.2 嵌入式GUI体系结构设计
• 14.2.1 嵌入式GUI体系结构
– 嵌入式GUI体系结构一般都采用分层设计（通常包括：抽象层、核 心层、接口层），以便简化整个GUI系统的设计。
– 分层设计的GUI系统具有清晰的层次结构，层与层之间的接口定义 相对简单，可增强整个GUI系统的可靠性和稳定性。
– 典型的嵌入式GUI体系结构包括：抽象层、图形设备接口、窗口管 理、消息管理、内存管理和通信管理等模块。
• 14.2.2 抽象层
– 包括操作系统抽象层、硬件输入抽象层、图形输出抽象层。
– 1、操作系统抽象层：主要用来隔离具体的操作系统。
– 2、硬件输入抽象层：主要用来实现硬件输入功能。
– 3、图形输出抽象层：主要用来实现图形输出功能
• 14.2.3 核心层
– 1、消息管理。其主要任务是保证消息能够正常地发送、传递、捕获和处理。 大部分GUI系统采用事件和消息驱动机制作为系统的基本通信机制。
– 2、内存管理。在GUI初始化之初就申请一块连续的共享内存，用链表把此块 内存管理起来，避免在应用程序中频繁动态地申请和释放内存时造成大量的 内存碎片。
– 3、窗口管理。负责窗口的分类、窗口树和Z序的管理、窗口剪切域的管理， 以及窗口绘制和跟GDI模块的交互等。
– 4、资源管理。资源是指GUI中所使用到的图片、字体库等。GUI把所有需要 用到的图片数据进行预处理，调用时可大大提高效率。
– 5、定时器管理。根据操作系统时钟，为GUI提供定时服务。
– 6、图形设备接口。完成点、线、矩形、椭圆、多边形等绘制的基本操作。
• 14.2.4 接口层
– 接口层提供各种GUI对象（窗口、控件）的数据结构、应用编程接口以及 绘制接口。
– 数据结构包括各种图形设备接口对象的数据结构，如画笔、画刷、背景、 位图、字体等。
– 接口（应用编程接口、绘制接口）包括设备上下文的操作、图形设备接 口对象的操作、坐标系统转换、图形绘制单元的操作等。
– 所有的接口一般以封装的方式提供，不仅可以提高代码的可重用性，还 便于开发人员对已有的窗口或控件对象进行扩展。
• 14.3 基于主流GUI的应用程序设计
• 14.3.1 MiniGUI开发环境搭建
– MiniGUI是一个自由软件项目，其目标是为基于Linux的实时嵌入 式系统提供一个轻量级的图形用户界面支持系统，比较适合工控 领域的应用。MiniGUI具有：方便的编程接口、使用了图形抽象层 和输入抽象层、多字体和多字符集支持、多线程机制的特点。
– MiniGUI可以运行在Linux系统上，也可以运行在Windows系统上。 在Linux系统上搭建MiniGUI开发环境的步骤是：
– 1、安装MiniGUI相关程序
– 2、配置MiniGUI环境
– 3、MiniGUI的使用
• 14.3.2 基于MiniGUI的应用程序设计
– MiniGUI是一个典型的GUI图形界面支持系统，GUI应用程序通过监 控单击鼠标、按键等输入设备事件，再通过GUI内部处理，把相对 应的响应反馈传递到图形的窗口上，通过局部或整体重绘，达到 图形界面交互的效果。
– 1、编程环境介绍
• MiniGUI完全由C语言编写。
– 2、MiniGUI框架介绍
• MiniGUI采用了基于线程的体系结构，并在此基础上，架构起较为完备的消息 传递与多窗口处理机制。
– 3、基础编程
• MiniGUI编程过程与传统的GUI编程方式十分相似。
• 14.3.3 Android开发环境搭建
– 1、Android开发环境介绍
• 常用的有JBuilder、Eclipse、NetBeans、Android Studio等。
– 2、环境搭建步骤
• 教材上介绍的是Eclipse环境搭建步骤。
• 实验七给出了Android Studio环境的搭建步骤。
– 3、Android SDK介绍
• Android SDK是Google为Android应用开发者提供的开发工具包，包括文档、 API、工具以及相关的例程。
• Android工具包括：模拟器、调试桥、SD卡工具、编译器、批处理脚本等。
• API集是Android SDK包中的核心功能组件，它提供了如函数、方法、属性、类 库等一系列在用户开发应用过程中所必需的应用编程接口集合。
• 14.3.4 基于Android的应用程序设计
– 1、创建Android工程
• 在创建Android工程的过程中，Eclipse（Android Studio）与Android SDK为用户 自动生成了支持Android与工程所需的相关文件，其中部分在用户开发时需要 修改或重写，而另外一部分则不能被修改。
– 2、基础UI设计
• Android系统拥有自带的视图系统与窗口管理系统，针对基于Android的相关应 用，用户可以为其设计UI交互，降低人机交互成本，提升应用的用户体验。
– 3、扩展性设计
• 在Android系统架构中包含GPS、通信等相关的功能模块，开发者可以根据实 际应用情况进行扩展性的开发与设计。