几种常用嵌入式GUI设计

嵌入式GUI设计陈俊彦嵌入式GUI概述什么是GUI？图形用户界面（GraphicalUserInterface，简称GUI，又称图形用户接口）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。嵌入式GUI的特点嵌入式GUI的广泛应用是当今计算机发展的重大成就之一，它极大地方便了非专业用户的使用，人们从此不再需要面对功能单一的按键和死记硬背大量的命令，取而代之的是可以通过窗口、菜单、按钮等方式来方便地进行操作。嵌入式GUI具有下面几个方面的基本要求：轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特点。嵌入式GUI的准则减少用户的认知负担保持界面的一致性满足不同目标用户的需求用户界面友好性图标识别平衡性图标功能一致性建立界面与用户的互动交流可操控性和扩充性的易用性嵌入式GUI的应用领域手机通讯移动平台平板电脑数码产品车载系统产品智能家电产品工业数控平台嵌入式GUI的组成部分（一）桌面在启动时显示，也是界面中最底层，有时也指代包括窗口、文件浏览器在内的“桌面环境”。在桌面上由于可以重叠显示窗口，因此可以实现多任务化。视窗应用程序为使用数据而在图形用户界面中设置的基本单元。应用程序和数据在窗口内实现一体化。在窗口中，用户可以在窗口中操作应用程序，进行数据的管理、生成和编辑。通常在窗口四周设有菜单、图标，数据放在中央。嵌入式GUI的组成部分（二）单一文件界面在窗口中，一个数据在一个窗口内完成的方式。在这种情况下，数据和显示窗口的数量是一样的。若要在其他应用程序的窗口使用数据，将相应生成新的窗口。因此窗口数量多，管理复杂。多文件界面在一个窗口之内进行多个数据管理的方式。这种情况下，窗口的管理简单化，但是操作变为双重管理。嵌入式GUI的组成部分（三）标签多文件界面的数据管理方式中使用的一种界面，将数据的标题在窗口中并排，通过选择标签标题显示必要的数据，这样使得接入数据方式变得更为便捷。菜单将系统可以执行的命令以阶层的方式显示出来的一个界面。一般置于画面的最上方或者最下方，应用程序能使用的所有命令几乎全部都能放入。嵌入式GUI的组成部分（四）图标显示在管理数据的应用程序中的数据，或者显示应用程序本身。应用程序的图标只能用于启动应用程序。按钮菜单中，利用程度高的命令用图形表示出来，配置在应用程序中，成为按钮。应用程序中的按钮，通常可以代替菜单。嵌入式GUI的分类（一）低端嵌入式GUI：μC/GUI、RT-Thread/GUI适用平台：单片机、ARM7、ARMCortex-M开发语言：C语言操作系统：μC/OS、RT-Thread嵌入式GUI的分类（二）中端嵌入式GUI：miniGUI、OpenGUI、Microwindows适用平台：ARM7、ARM9、ARM11、ARMCortex-R开发语言：C语言操作系统：嵌入式Linux、μC/Linux嵌入式GUI的分类（三）高端嵌入式GUI：Qt/Embedded(Qtopia)、Android、MFC适用平台：ARM9、ARM11、ARMCortex-A开发语言：C++语言、JAVA语言操作系统：嵌入式Linux、WinCE/WinPhoneRT-Thread/GUIRT-Thread是一款来自中国的开源实时操作系统，由国内一些专业开发人员开发、维护。它不仅仅是一款高效、稳定的实时核心，也是一套面向嵌入式系统的软件平台，覆盖了全抢占的实时操作系统内核，小巧而与底层具体实现无关的文件系统，轻型的TCP/IP协议栈以及轻型的多窗口多线程图形用户界面。RT-Thread/GUI是一个图形用户界面，它专为RT-Thread操作系统而开发，并在一些地方采用了RT-Thread特有功能，这个图形用户界面组件能够为RT-Thread上的应用程序提供人机界面交互功能。RT-Thread/GUI组件功能多线程图形用户界面依赖与RT-Thread线程调度器的实时图形用户界面创新地在嵌入式系统中引入面板(panel)的概念，缩小了多线程，多窗口GUI编程代价C语言方式的全面向对象设计界面主题支持中文文本显示支持丰富的控件支持RT-Thread/GUI架构RT-Thread/GUI采用传统的客户端/服务器的结构，但和传统的C/S架构中把绘画操作放于服务器不同的是，绘画操作完全由客户端自行完成。服务端仅维护着各个客户端的位置信息服务端当一个图形应用（workbench）或者窗口（window）需要创建时，需要向GUI服务端请求允许创建相应的实例。GUI服务端将记录下相应的位置信息。在RT-Thread/GUI中，屏幕会被分隔成数个互不相重叠的面板（panel）。面板数也可以只有一个（即全屏），或所有面板拼接成的总体面积并不完全覆盖真实的物理屏面积。服务端提供的功能主要是客户端（线程）的管理及鼠标、键盘事件的派发服务端模块GUIServer服务端事件处理主线程Panel面板及面板之上的线程维护TopWin顶层窗口信息维护Mouse鼠标相关信息处理面板（Panel）RT-Thread/GUI服务端维护着屏幕的面板划分，并且面板与面板之间是相互不重叠。注册面板可以通过如下函数接口进行：voidrtgui_panel_register(char*name,rtgui_rect_t*extent)例子：rtgui_rect_trect;rect.x1=0;rect.y1=0;rect.x2=240;rect.y2=320;rtgui_panel_register(“main”,&rect);rtgui_panel_set_default_focused(“main”);TopWin当应用线程需要创建窗口时，需要向GUI服务端请求创建，并把它的位置信息送给服务端。服务端在收到窗口创建请求后，需要把它的位置信息加入到topwin列表中，并根据它的情况决定是否添加边框、标题信息。鼠标键盘鼠标与键盘的处理亦由GUI服务端处理，它们都转换成消息事件的方式进行处理。所以鼠标、键盘驱动最主要的方法就是：把相应的鼠标状态和键值转换成事件的形式发送给GUI服务端线程。发送给GUI服务端的函数是：voidrtgui_server_post_event(structrtgui_event*event,rt_size_tsize);客户端一个客户端是一个独立的可执行体：线程客户端会负责大部分的UI操作客户端线程的主要操作分为两大类：事件处理和绘图操作客户端根据上层应用的不同相应的分成了两类：workbench和windowWindow可以是一个独立窗口（具有独立线程），也可以是workbench下的附属窗口（事件处理，绘图操作依附于workbench线程）GUI客户端需要建立相应的事件处理消息队列workbench（一）workbench是附着在面板上的应用程序，每一个workbench具备独立的线程执行上下文环境，相应线程具备自己的消息邮箱，其事件处理循环即为处理达到的消息事件。创建一个workbench时，应用程序需要主动发送相应事件给GUI服务端并且给出它附着(attach)的面板名称。如果GUI服务端获得workbench的附着请求后，查询系统中确实存在相应面板，它将把相应面板的信息返回给workbench以允许它在上面进行显示。当workbench获得了面板信息后，它将能够在绘图时直接调用底层图形驱动接口进行相应位置的绘图。workbench消息处理序列图workbench（二）创建一个workbench应用，主要有三点：1、创建相应的线程（执行环境）；2、提供相应的事件处理消息队列；3、执行workbench的事件循环RT-Thread/GUI支持两种模式，小模式和标准模式。当使用小模式时，相应的内存占用更少。而标准模式则支持更多的回调函数，并且支持自动布局引擎。当使用小模式时，消息队列的单个消息可以相应小一些，但不能小于32字节window创建一个独立的window应用，主要有三点：1、创建相应的线程（执行环境）；2、提供相应的事件处理消息队列；3、执行window的事件循环窗口是具备最高优先级的，永远位于workbench的顶端，适合做为消息窗口或输入显示出来设备上下文客户端绘图，需要在正确的地方绘制，例如当一个window在一个workbench之上时。当workbench需要更新，它不能够把window覆盖的区域给错误地绘成自己的图形。所以当一个客户端需要绘图时，它需要一个知道它当前所在区域的上下文环境，这个就是：(图形)设备上下文。设备上下文种类设备上下文(DeviceContext)可以认为是能够绘图的一个上下文环境。当前RT-Thread/GUI中包括两种DC：1、硬件DC，即支持操作目标硬件的上下文环境structrtgui_dc*rtgui_dc_hw_create(rtgui_widget_t*owner)2、缓冲DC，即仅仅针对缓冲区进行绘图的上下文环境structrtgui_dc*rtgui_dc_buffer_create(intwidth,intheight)RT-Thread/GUI控件类继承图各个控件类列表widget控件rtgui_widget是RT-Thread/GUI系统中控件相关的基类，描述了GUI中一个控件的基本特性，定义了最基本的事件处理方法。在GUI中的其他各种控件都是从它为源头进行派生，所有通过它派生的对象都能够通过RTGUI_WIDGET(obj)的宏转换成rtgui_widget控件来使用，并调用相应的函数方法进行处理。图形上下文控件的背景色、前景色、文字对齐模式及字体，在RT-Thread/GUI里统称为GC，即图形上下文。对于控件对象，可以通过如下宏获得相应的数据：RTGUI_WIDGET_FOREGROUND(w)RTGUI_WIDGET_BACKGROUND(w)RTGUI_WIDGET_TEXTALIGN(w)RTGUI_WIDGET_FONT(w)其中，w是一个rtgui_widget对象widget部分相关函数rtgui_widget_create创建新widget控件rtgui_widget_destroy删除widget控件rtgui_widget_set_event_handler设置widget控件的事件处理函数rtgui_widget_event_handlerwidget控件的默认事件处理函数rtgui_widget_focus设置控件的焦点rtgui_widget_unfocus去除控件的焦点container控件rtgui_container被设计成RTGUI中的一个容器类，它允许在它之下包含数个子控件，子控件的大小位置必须在container大小位置之内，否则自动被剪切掉。rtgui_container内的控件绘图次序是按照从上到下的次序进行的。container结构体：container部分相关函数rtgui_container_add_child在container容器中添加一个子控件rtgui_container_remove_child在container容器中删除一个子控件rtgui_container_destroy_children在container容器中删除所有子控件rtgui_container_get_first_child获得container容器中第一个子控件label控件label控件是一个文本标签，在屏幕相应位置显示相应的文本。其中最主要的属性是显示的文字文本。相关函数rtgui_label_create创建label控件rtgui_label_destroy删除label控件rtgui_label_event_handler控件默认事件处理rtgui_label_s