南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 摘要 摘要 近年來，嵌入式系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展，產(chǎn)品形態(tài)也越來越多樣化。由于嵌入式產(chǎn)品 的商業(yè)化程度的加劇，用戶對圖形用戶界面( g u i ) 的要求也越來越高，但是多受到硬件本身 條件的限制。以手持設(shè)備、實(shí)時(shí)系統(tǒng)為典型代表的嵌入式系統(tǒng)需要一個(gè)輕型、可靈活配置、 非常友好的圖形用戶界面。 因此，如何開發(fā)一個(gè)適合自己硬件條件的g u i 系統(tǒng)，成了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)重要 工作內(nèi)容。本文以深圳艾科創(chuàng)新微電子有限公司研發(fā)的a r m 9 2 6 芯片之上開發(fā)圖形應(yīng)用界 面。 論文首先概述了嵌入式系統(tǒng)及通用圖形用戶界面的發(fā)展情況，接著介紹了幾種典型的 嵌入式系統(tǒng)下的圖形用戶界面系統(tǒng)，并簡要分析了各自的特點(diǎn)。詳細(xì)的給出了本文所涉及 到的開發(fā)環(huán)境的搭建和配置。然后詳細(xì)地分析研究了基于l i n u x 的典型嵌入式圖形界面支 持系統(tǒng)m i n i g u i ，包括m i n i g u i 的重要特色、體系結(jié)構(gòu)以及面向?qū)ο蟮认嚓P(guān)技術(shù)在 m i n i g u i 中的應(yīng)用。之后詳細(xì)給出了在m i n i g u i 基礎(chǔ)上p m p 圖形用戶界面的實(shí)現(xiàn)。并對 涉及到的一些相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)和重要算法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)證明效果明顯。最后對于嵌入式 技術(shù)以及l(fā) i n u x 的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。 論文充分利用m i n i g u i 系統(tǒng)資源的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)的p m p 用戶圖形界面，通過交叉編譯 移植到開發(fā)板上程序能穩(wěn)定運(yùn)行。該程序的實(shí)現(xiàn)為開發(fā)基于l i n u x 的嵌入式圖形界面系統(tǒng) 的應(yīng)用軟件提供了一個(gè)借鑒，對于嵌入式l i n u x 環(huán)境下的應(yīng)用程序開發(fā)也有一定參考價(jià) 值。目前已比較成熟，并已應(yīng)用到很多項(xiàng)目的實(shí)際開發(fā)中。 關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)、l i n u x 、圖形用戶界面、m i n i g u i 、p m p 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 a b s t r a c t a b s t r a c t e m b e d d e ds y s t e mw h i c hi sr e p r e s e n t e dt y p i c a l l yw i t hh a n d h e l dd e v i c e s a n d r e a l t i m es y s t e mr e q u i r e sa1 i g h t 、e a s i l yc o n f i g u r a b l ea n df r i e n d l yg u i ( g r a p h i c u s e ri n t e r f a c e ) f i r s t l y ，t h i st h e s i sd e s c r i b e sb r i e f l yt h ed e v e l o p i n gs i t u a t i o n so fe m b e d d e d s y s t e ma n dg u i ，t h e ni n t r o d u c e ss e v e r a lk i n d so fg u io ne m b e d d e ds y s t e ma n da n a l y z e s r o u g h l yt h e i ro w nc h a r a c t e r i s t i c s p r e s e n t e di nt h et h i r dc h a p t e rr e l a t e st ot h e d e v e l o p m e n to ft h ee n v i r o n m e n ts e t u pa n dc o n f i g u r a t i o n i nt h ef o u r t hc h a p t e r ，a t y p i c a le m b e d d e dg u im i n i g u ib a s e do nl i n u xi sa n a l y z e da n ds t u d i e d ，i n c l u d i n g m a i nc h a r a c t e r i s t i c s 、a r c h i t e c t u r e 、o o pa n do t h e rr e l a t e dt e c h n o l o g i e so fm i n i g u l i nt h ef i f t hc h a p t e r ，ap m pe x a m p l eb a s e do ne m b e d d e ds y s t e mi sp r e s e n t e d a 1 s o ， s o m er e l a t e dt e c h n o l o g i e sa n di m p o r t a n ta r i t h m e t i c sa r ei m p r o v e d i t se x p e r i m e n t a l e f f e c ti ss a t i s f a c t o r y i nt h es i x t hc h a p t e r ，t h ef u t u r eo fe m b e d d e dt e c h n o l o g y a n dl i n u xw a so u t l i n e d t h ep m pp r o g r a mi sc h a r a c t e r i z e dw i t hs i m p l ed e s i g na n df u l lu t i l i z a t i o n m i n i g u is y s t e mr e s o u r c e s i ti sv e r ys u i t a b l et oe m b e d d e ds y s t e m t h ei m p l e m e n t o ft h ep r o g r a mp r o v i d e sr e f e r e n c e st od e v e l o p i n gg u ib a s e do ne m b e d d e dl i n u xa n d d e v e l o p i n ga p p li c a t i o ns o f t w a r eb a s e do nl i n u x k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m 、l i n u x 、g u i 、m i n i g u i 、p m p 南京郵電大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究 工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的 地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包 含為獲得南京郵電大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材 料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了 明確的說明并表示了謝意。 研究生簽名：丕! 重f 包日期：絲煎：竺，弓 南京郵電大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京郵電大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留 本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其 他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一 致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布 ( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包括刊登) 授權(quán) 南京郵電大學(xué)研究生部辦理。 南京郵電人學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第一章緒論 第一章緒論 在過去的十年中，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)發(fā)生了很大的變化。以前嵌入式設(shè)備往往是一個(gè) 孤立的、資源有限的系統(tǒng)，它們追求的是在有限的價(jià)格上滿足一定的功能性要求。通常它 們采用那些功能并不強(qiáng)大的c p u ，這也使開發(fā)者不得不盡可能地壓縮嵌入式系統(tǒng)性能的原 因。而今天人們對嵌入式設(shè)備在智能化和互連性上提出了要求，使得嵌入式設(shè)備不再是孤 立的，它們要通過互聯(lián)網(wǎng)、無線或是其他的方式實(shí)現(xiàn)相互連接，同時(shí)也是軟件生態(tài)系統(tǒng) ( s o f t w a r ee c o s y s t e m ) 的一部分。最初的嵌入式設(shè)備是單一用途的，它們擁有各自獨(dú)特的 顯示方式和用戶界面；而今天它們變成了稱之為“等同p c ”的系統(tǒng)。它們必須運(yùn)行很多相同 的應(yīng)用程序，采用相同的方式實(shí)現(xiàn)互連或是在某些情況下增強(qiáng)互連性，因此可以看到在傳 統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)( r t o s ) 之上建立應(yīng)用程序的必要性。作為內(nèi)部開發(fā)( i n h o u s ed e v e l o p e d ) 操作系統(tǒng)的替代方式，r t o s 的出現(xiàn)使得建立嵌入式應(yīng)用變得更加容易。 在2 0 0 0 年以前，大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)仍然建立在內(nèi)部開發(fā)的操作系統(tǒng)( o s ) 基礎(chǔ)之 上。如果開發(fā)者試圖通過內(nèi)部開發(fā)建立某些嵌入式系統(tǒng)，就不得不建立從固件到應(yīng)用程序 的完整的軟件棧( s o f t w a r es t a c k ) 。垂直集成在給開發(fā)者帶來很大的控制能力的同時(shí)，也需 要其在開發(fā)和維護(hù)上進(jìn)行大量的投入。開發(fā)者通常希望使他們的應(yīng)用變得與眾不同。這就 使得內(nèi)部開發(fā)操作系統(tǒng)整合自主產(chǎn)權(quán)內(nèi)核的方法逐漸被淘汰，而w i n d r i v e r 和其他的商業(yè) 化r t o s 產(chǎn)品贏得了越來越大的市場份額。 如果使用v x w o r k s ( v x w o r k s 操作系統(tǒng)是美國w i n d r i v e r 公司于1 9 8 3 年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)) 或者是p s o s ( p s o s 是一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)軟組件組成的，可剪裁的實(shí)時(shí)操作系 統(tǒng)) ，仍然免不了要在建立應(yīng)用軟件和中間件上進(jìn)行大量投入。這是因?yàn)閲@在這些操作系 統(tǒng)周邊的軟件生態(tài)資源十分有限。例如對于v x w o r k s ，只有一種w e b s e r v e r 可供使用，而 如果采用l i n u x ，會(huì)有八九種w e b s e r v e r 供你選擇；v x w o r k s 只提供了一種網(wǎng)頁瀏覽器，而 l i n u x 有1 6 種不同的網(wǎng)頁瀏覽器支持。一般對于某種實(shí)時(shí)系統(tǒng)只能選擇一種文件系統(tǒng) 通常情況下為與w i n d o w s 兼容多選用f a t 文件系統(tǒng)；而l i n u x 包含八九種本地文件系統(tǒng)， 可以與十多種外部文件系統(tǒng)兼容。 傳統(tǒng)的r t o s 與l i n u x 相比還有一個(gè)很大的不同，傳統(tǒng)的r t o s 是一系列“服務(wù)”的集 合( 1 i b r a r i e so f s e r v i c e s ) ，開發(fā)者需要一個(gè)功能就加入一個(gè)功能，如果丌發(fā)者不需要就將它 l 南京郵電火學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第一章緒論 們?nèi)サ?。但這就意味著建立在一個(gè)r t o s 上的系統(tǒng)的每一個(gè)執(zhí)行程序都是不同的，因?yàn)殚_ 發(fā)者只是與那些需要的“服務(wù)”相聯(lián)系，建立的是一組獨(dú)特的服務(wù)集合，不像是一個(gè)操作系 統(tǒng)。而l i n u x 操作系統(tǒng)提供了一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，使得那些智能設(shè)備不但可以獲得更好的互 連性，增強(qiáng)彼此之間的差異性，同時(shí)也獲得了不同的生命周期。 以手機(jī)的開發(fā)為例，一部智能手機(jī)在出廠時(shí)具有一系列確定的功能。但是在銷售渠 道中，人們往往希望對它原有的功能進(jìn)行修改，或是加入其他的功能。運(yùn)營商希望在他們 銷售的手機(jī)中體現(xiàn)出更多的差異化，他們希望加入諸如游戲等更多的服務(wù)。而最終用戶也 許還希望能夠從第三方購買到更豐富的游戲和其他服務(wù)。如果開發(fā)者的手機(jī)是一個(gè)單一用 途的設(shè)備，它只能提供有限的服務(wù)，那么在它基礎(chǔ)上建立服務(wù)和其他增值功能將非常困難。 但如果開發(fā)者面對的是一部采用嵌入式l i n u x 的手機(jī)，并了解a p i 和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，他們就 可以十分迅速地建立起豐富的軟件生態(tài)系統(tǒng)并迅速占領(lǐng)市場。產(chǎn)品的差異化與互連性息息 相關(guān)，這包括它的網(wǎng)絡(luò)互連性、與中間件的互連性，以及與外圍生態(tài)環(huán)境的互連性。l i n u x 作為一個(gè)“在互聯(lián)網(wǎng)上成長起來的動(dòng)物”，無論從哪方面講都應(yīng)該算是互連性最好的操作系 統(tǒng)。 有人會(huì)將l i n u x 與微軟的w i n d o w s 相比較，確實(shí)w i n d o w s 具有很好的互連性，且具有 非常全面的軟件棧。但一旦開發(fā)者用w i n d o w s 建立了產(chǎn)品，也就喪失了實(shí)現(xiàn)差異化的機(jī)會(huì)。 僅僅將w i n d o w so s 加到產(chǎn)品中并實(shí)現(xiàn)商用是十分迅速的。所以如果想獲得面市時(shí)間上的 優(yōu)勢，w i n d o w s 會(huì)帶來很多功能性上的優(yōu)勢。但在獲得功能性的同時(shí)，也就失去了差異化 的機(jī)會(huì)。當(dāng)然，w i n d o w s 還有其他一些技術(shù)上的問題，這主要體現(xiàn)在可靠性和軟件規(guī)模方 面。w i n d o w s 的“體積”十分龐大。人們都在說l i n u x 很大，確實(shí)與傳統(tǒng)r t o s 的7 0 - 8 0 k 的 代碼規(guī)模相比，l i n u x 的大小通常在幾兆字節(jié)，而最小的w i n d o w sc e 的代碼規(guī)模也有 2 7 m b 。w i n d o w s 和其它r t o s 還將遇到來自用戶不斷增加的使用成本( r u n t i m ec o s t s ) 方 面的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗麄兪杖「哳~的版稅。嵌入式w i n d o w s 的版權(quán)費(fèi)大約為每拷貝1 2 1 5 美元。 對于那些大批量的產(chǎn)品，其每件產(chǎn)品上可承受的分?jǐn)偝杀臼钟邢蓿绻騱 i n d o w s 支 付這樣的版稅，很可能會(huì)造成虧本。其它商業(yè)化的r t o s 采用的也是這樣一種收取版稅的 商業(yè)模式。而l i n u x 突出的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是免版稅。 l i n u x 還具有很好的可靠性。傳統(tǒng)的r t o s 通常不具備強(qiáng)大的內(nèi)存保護(hù)功能，這使應(yīng)用 程序很容易被破壞。另一個(gè)影響嵌入式系統(tǒng)對操作系統(tǒng)選擇的是商業(yè)因素。在這方面?zhèn)鹘y(tǒng) r t o s 供應(yīng)商和微軟的境遇是相同的。傳統(tǒng)r t o s 供應(yīng)商和微軟都會(huì)在不與客戶協(xié)商的情 況下終止某一產(chǎn)品的供應(yīng)，他們的商業(yè)決策是從他們公司自身的利益出發(fā)的，而不是站在 客戶的角度考慮。l i n u x 則能給予使用者更多的選擇。如果采用一個(gè)開放源碼的操作系統(tǒng)， 2 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 開發(fā)者能夠主宰他們自己的命運(yùn)，他們不必被一個(gè)供應(yīng)商的決策牽著鼻子走，他們總是有 很多選擇 l i n u x 是開放源碼的，其發(fā)展速度十分迅速。因此大多數(shù)自主開發(fā)的項(xiàng)目實(shí)際上是我們 稱之為“某一時(shí)間點(diǎn)( p o i n t i n t i m e ) ”的版本，因?yàn)殚_發(fā)者只是選取了某一時(shí)段的源代碼并 基于它進(jìn)行開發(fā)，而并不想繼續(xù)投資以保持與l i n u x 同步的發(fā)展。 l i n u x 擁有很多的優(yōu)良特性非常適合于嵌入式開發(fā)：開放源碼，擁有豐富的軟件資源；健 壯、強(qiáng)大的內(nèi)核；支持多種體系結(jié)構(gòu)，包括x 8 6 、a r m 、m i p s 等幾乎所有主流的c p u ；完 善的網(wǎng)絡(luò)通信、圖形和文件管理機(jī)制；支持大量的周邊硬件設(shè)備，驅(qū)動(dòng)豐富；大小功能均可定 制，充分滿足嵌入式設(shè)備可定制的要求。j 下是由于l i n u x 具有這么多優(yōu)點(diǎn)，使得它在嵌入式 領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展。在桌面版的l i n u x 系統(tǒng)中普遍采用的g u i 是x w i n d o w s 系統(tǒng)， 但顯然它相對于嵌入式系統(tǒng)來說是過于龐大了，嵌入式系統(tǒng)要求的是一個(gè)輕量級(jí)的性能可 靠和可裁減的g u i ，因此需要一個(gè)適合嵌入式系統(tǒng)的g u i 。 圖形用戶界面( g u i ) 的廣泛流行，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的重大成就之一。它極大地方 便了非專業(yè)用戶的使用，因此實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)對g u i 的需求越來越明顯，而這一切均要求 有一個(gè)高性能、高可靠的g u l 支持。f r a m e b u f f e r 是l i n u x 控制臺(tái)下的一個(gè)通用的圖形接 口，它擁有良好的平臺(tái)無關(guān)性，可以支持絕大多數(shù)的硬件，因而得到愈來愈多廠家的支持，一 些流行的圖形庫如q t 、g t k 便是基于f r a m e b u f f e r 的。它的接口非常簡單，通過它可以十 分方便地構(gòu)建一個(gè)圖形系統(tǒng)。 隨著軟硬件資源的成熟與完善，對嵌入式系統(tǒng)的研究，激起了人們極大的興趣。選擇開 放源碼的l i n u x 操作系統(tǒng)開發(fā)新一代嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)成為其中新的技術(shù)熱點(diǎn)。與此同時(shí)， 配備一個(gè)優(yōu)秀的圖形用戶界面，使產(chǎn)品和用戶能進(jìn)行友善可靠地交互也已成為開發(fā)工作中 非常緊迫的要求。 本文首先介紹嵌入式系統(tǒng)以及g u i 的發(fā)展概況，并對幾種典型的g u i 系統(tǒng)進(jìn)行了比較 分析；第三章主要介紹了本論文所基于的軟硬件環(huán)境的搭建和配置，解決了配置和安裝過 程中所遇到的關(guān)鍵問題；第四章詳細(xì)地分析研究了基于l i n u x 的典型嵌入式圖形界面支持 系統(tǒng)m i n i g u i ，包括m i n i g u i 的重要特色、體系結(jié)構(gòu)以及面向?qū)ο蟮认嚓P(guān)技術(shù)在m i n i g u i 中的應(yīng)用；第五章給出了在m i n i g u i 基礎(chǔ)上p m p 圖形用戶界面的實(shí)現(xiàn)，并對涉及到的一 些相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)和重要算法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)證明效果明顯。最后做了總結(jié)以及對本文研 究成果進(jìn)行了一個(gè)展望。 南京郵電人學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第二章嵌入式系統(tǒng)及g u ! 發(fā)展概況 第二章嵌入式系統(tǒng)及g ui 發(fā)展概況 隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)復(fù)雜性也在不斷提高。所以在嵌入式系統(tǒng) 中實(shí)現(xiàn)用戶圖形化( g u i ) ，已經(jīng)成為大勢所趨。 2 1 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中。簡單的說就是系統(tǒng) 的應(yīng)用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化，類似與b i o s 的工作方式。具有軟件代碼小，高度自動(dòng) 化，響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。特別適合于要求實(shí)時(shí)的和多任務(wù)的體系。 2 1 1 嵌入式系統(tǒng)的定義 嵌入式系統(tǒng)的定義可以從廣義上和狹義上來講。廣義上講，可以認(rèn)為凡是帶有微處理 器的專用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。作為系統(tǒng)核心的微處理器又包括三類：微控 制器( m c u ) 、數(shù)字信號(hào)處理器( d s p ) 、嵌入式微處理器( m p u ) 。所以有人簡單的說：“嵌入 式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中”。還有人認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)就是 “以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、 成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。應(yīng)該說后者從功能應(yīng)用特征上比較好的給 出了嵌入式系統(tǒng)的定義，嵌入式的概念的分析根本上應(yīng)該從應(yīng)用上加以切入。從狹義上講， 我們更加強(qiáng)調(diào)那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成獨(dú)立系統(tǒng)，具有自己的操作系統(tǒng)并且具有某些 特定功能的系統(tǒng)，這里的微處理器專指3 2 位以上的微處理器。按照這種定義，典型的嵌 入式系統(tǒng)有使用x 8 6 的小型嵌入式工控主板，在各種自動(dòng)化設(shè)備，數(shù)字機(jī)械產(chǎn)品中有非常 廣闊的應(yīng)用空間：另外一大類是使用i n t e l ，m o t o r o l a 等專用芯片構(gòu)成的小系統(tǒng)，它不僅僅 在新興的消費(fèi)電子和通訊儀表等方面獲得了巨大的發(fā)展應(yīng)用空間，而且甚至有趨勢取代傳 統(tǒng)的工控機(jī)?，F(xiàn)在大家更加清楚的看到：嵌入式技術(shù)的春天已經(jīng)來了。所以也就難怪嵌入 式系統(tǒng)成為當(dāng)前最熱門的技術(shù)之一。 4 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第二章嵌入式系統(tǒng)及g u i 發(fā)展概況 2 1 2 嵌入式系統(tǒng)的歷史 嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今已經(jīng)有3 0 多年的歷史了，嵌入式技術(shù)也歷經(jīng)了幾個(gè)發(fā)展階段。 進(jìn)入9 0 年代后，以計(jì)算機(jī)和軟件為核心的數(shù)字化技術(shù)取得了迅猛發(fā)展，不僅廣泛滲透到 社會(huì)經(jīng)濟(jì)、軍事、交通、通信等相關(guān)行業(yè)，而且深入到家電、娛樂、藝術(shù)、社會(huì)文化等各 個(gè)領(lǐng)域，掀起了一場數(shù)字化技術(shù)革命。多媒體技術(shù)與i n t e m e t 的應(yīng)用迅速普及，消費(fèi)電子、 計(jì)算機(jī)、通信( 3 c ) 一體化趨勢日趨明顯，嵌入式技術(shù)再度成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。綜觀嵌入 式技術(shù)的發(fā)展，大致可以分為以下4 個(gè)階段。第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器 形式的系統(tǒng)，同時(shí)具有與監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。這種系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一 些專業(yè)性極強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言編程對系統(tǒng)進(jìn) 行直接控制，運(yùn)行結(jié)束后清除內(nèi)存。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對 單一，處理效率較低，存儲(chǔ)容量較小，幾乎沒有用戶接口。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、 價(jià)格很低，以前在國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但是已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高效的、需要大容 量存儲(chǔ)介質(zhì)的現(xiàn)代化工業(yè)控制和新興的信息家電等領(lǐng)域的需求。第二階段是以嵌入式c p u 為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：c p u 種類繁 多，通用性比較弱；系統(tǒng)開銷小，效率高；操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟 件較專業(yè)，用戶界面不夠友好；系統(tǒng)主要用來控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序運(yùn)行。第三 階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：嵌入式操作 系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效率高，并且 具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形 窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口( a p i ) ，開發(fā)應(yīng)用程序簡單；嵌入式 應(yīng)用軟件豐富。第四階段是以基于i n t e m e t 的嵌入式系統(tǒng)，這是一個(gè)正在迅速發(fā)展的階段。 目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于i n t e r n e t 之外，但隨著i n t e m e t 的發(fā)展以及i n t e m e t 技術(shù) 與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與i n t e m e t 的結(jié)合將代表著嵌入 式技術(shù)的真正未來。 2 1 3 嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn) 嵌入式系統(tǒng)一般指非p c 系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器微處理器、 存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和i o 端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件( o s ) ( 要求 實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作) 和應(yīng)用程序編程。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控 制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處 5 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章嵌入式系統(tǒng)及g u ! 發(fā)展概況 理器一般具備以下4 個(gè)特點(diǎn)： 1 對實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而 使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核心的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。 2 具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為 了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有 利于軟件診斷。 3 可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開展出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。 4 嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備 中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有m w 甚至g w 級(jí)。 嵌入式系統(tǒng)同通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)： 1 嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的嵌入式c p u ，與通用型的最大不同就是嵌入式 c p u 大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等 特點(diǎn)，能夠把通用c p u 中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng) 設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來越緊密。 2 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用 相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng) 新的知識(shí)集成系統(tǒng)。 3 嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣 的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇更具有競爭力 4 嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行， 因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。 5 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或 單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。 2 1 4 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展前景 嵌入式系統(tǒng)可應(yīng)用于工作與生活的各個(gè)領(lǐng)域，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。嵌入式系統(tǒng) 在傳統(tǒng)的工業(yè)控制和商業(yè)管理領(lǐng)域已經(jīng)具有廣泛的應(yīng)用空間，如智能工控設(shè)備、p o s a t m 機(jī)、i c 卡等；在家庭領(lǐng)域更具有廣泛的應(yīng)用潛力，如機(jī)頂盒、數(shù)字電視、w e b t v 、網(wǎng)絡(luò) 冰箱、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)等眾多消費(fèi)類和醫(yī)療保健類電子設(shè)備等；此外還有在媒體手機(jī)、袖珍電腦、 掌上電腦、車載導(dǎo)航器等方面應(yīng)用，將極大地推動(dòng)嵌入式技術(shù)深入到生活和工作的方方面 6 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第二章嵌入式系統(tǒng)及g u i 發(fā)展概況 面。它在娛樂、軍事方面的應(yīng)用潛力也是巨大的，而且是有目共睹的。 2 1 5 典型的嵌入式系統(tǒng) 雖然嵌入式系統(tǒng)這一名詞在最近幾年才成為流行。但早在8 0 年代，國際上就有一些 i t 組織、公司，開始進(jìn)行商用嵌入式系統(tǒng)和專用操作系統(tǒng)的研發(fā)。從硬件方面講，3 2 、6 4 位微處理器是目前嵌入式系統(tǒng)的核心，它們的使用同樣也是未來發(fā)展的一大趨勢。為了搶 占這個(gè)無限廣闊的市場，各大硬件廠商競相推出產(chǎn)品，包括i n t e l ，m o t o r o l a ，p h i l i p ，a m d 等等均不甘示弱，幾乎每個(gè)月都有新產(chǎn)品出現(xiàn)。另外，m i c r o c h i p 推出了具有數(shù)字信號(hào)處理 能力的微控制器( d s c ) ，a t m e l 也推出針對消費(fèi)市場的可編程系統(tǒng)芯片( p s o c ) 。市場之 爭日益激烈，同時(shí)也給嵌入式技術(shù)的發(fā)展帶來了無限活力。從軟件方面講，目前的幾大軟 件平分天下。v x w o r k s 是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的系統(tǒng)。它 支持多種處理器，但是由于很多a p i 是這個(gè)系統(tǒng)本身獨(dú)有的，使得開發(fā)的兼容性受到較大 影響。o s 9 是主要為高科技產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，提高了很好的安全和容錯(cuò)性，并且有很好的升級(jí) 能力和靈活性。p a l mo s ，是p a l m 公司的操作系統(tǒng)，和微軟的w i n d o w sc e 是p d a 操作 系統(tǒng)的兩大巨頭。由于w i n d o w sc e 的模塊化設(shè)計(jì)允許它對于從掌上電腦到專用的工業(yè)控 制器的用戶電子設(shè)備進(jìn)行定制，以及微軟公司強(qiáng)大的技術(shù)力量，雖然目前p a l m 還占有大 部分的市場份額，但w i nc e 必將成為p d a 系統(tǒng)軟件的一個(gè)霸主。由于國際p d a 市場的 快速增長，目前基于p a l m 和基于w i n c e 的應(yīng)用軟件有著大量的需求。這類軟件由于系 統(tǒng)功能的單一，所以軟件功能也趨向?qū)Ｒ换?。而掌上設(shè)備的各種通訊，管理軟件需求量極 大。同時(shí)開發(fā)環(huán)境齊備，可以完全在p c 機(jī)上進(jìn)行，通過軟件模擬調(diào)試，等到模擬通過再 下載入機(jī)器，而且因?yàn)榭梢允褂么罅縫 c 機(jī)的a p i 函數(shù)、s d k ，所以開發(fā)過程是在已有的 成熟技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行，相對簡單，吸引了大量的軟件開發(fā)人員進(jìn)入這一領(lǐng)域。e p o c 是發(fā) 展自歐洲的操作系統(tǒng)、是由世界上最大的3 家移動(dòng)電話廠商諾基亞、愛立信和摩托羅拉所 共同開發(fā)、整合組成新公司，開發(fā)出來的新操作系統(tǒng)；在3 大電話廠商的合作下，e p o c 市 場潛力很大，且占有率高，但應(yīng)用功能以手機(jī)為主，目前并不開放授權(quán)。此外，在3 大主 流操作系統(tǒng)品牌外，還有就是l i n u x 的出現(xiàn)及其快速發(fā)展，對于嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展起了推 波助瀾的作用。作為嵌入式操作系統(tǒng)的一個(gè)新成員l i n u x 是一股強(qiáng)勁的力量，其最大的特 點(diǎn)是源代碼公開并且遵循g p l 協(xié)議。由于其源代碼公開，人們可以任意修改，以滿足自己 的應(yīng)用，并且查錯(cuò)也很容易。遵從g p l ，無須為每例應(yīng)用交納許可證費(fèi)。有大量的應(yīng)用軟 件可用。其中大部分都遵從g p l ，是開放源代碼和免費(fèi)的?？梢陨约有薷暮髴?yīng)用于用戶自 7 南京郵電大學(xué)碩上研究生學(xué)位論文第二章嵌入式系統(tǒng)及g u i 發(fā)展概況 己的系統(tǒng)。有大量的免費(fèi)的優(yōu)秀的開發(fā)工具，且都遵從g p l ，是開放源代碼的。有龐大 的開發(fā)人員群體。隨著l i n u x 在中國的普及，軟件的開發(fā)和維護(hù)成本很低。優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功 能，這在i n t e m e t 時(shí)代尤其重要。穩(wěn)定這是l i n u x 本身具備的一個(gè)很大優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)核精 悍，運(yùn)行所需資源少，十分適合嵌入式應(yīng)用。支持的硬件數(shù)量龐大。嵌入式l i n u x 和普通 l i n u x 并無本質(zhì)區(qū)別，p c 上用到的硬件嵌入式l i n u x 幾乎都支持。而且各種硬件的驅(qū)動(dòng)程 序源代碼都可以得到，為用戶編寫自己專有硬件的驅(qū)動(dòng)程序帶來很大方便。 2 2 圖形用戶界面g u i 的發(fā)展 圖形用戶界面( g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ，簡稱g u i ) 的廣泛流行是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的重 大成就之一，它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。 2 2 1 圖形用戶界面的歷史 計(jì)算機(jī)用戶界面是指計(jì)算機(jī)與其使用者之間的對話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部 分。計(jì)算機(jī)的發(fā)展史不僅是計(jì)算機(jī)本身處理速度和存儲(chǔ)容量飛速提高的歷史，而且是計(jì)算 用戶界面不斷改進(jìn)的歷史。早期的計(jì)算機(jī)是通過面板上的指示燈來顯示二進(jìn)制數(shù)據(jù)和指 令，人們則通過面板上的開關(guān)、扳鍵及穿孔紙帶送入各種數(shù)據(jù)和命令。5 0 年代中、后期， 由于采用了作業(yè)控制語言( j c l ) 及控制臺(tái)打字機(jī)等，使計(jì)算機(jī)可以批處理多個(gè)計(jì)算任務(wù)，從 而代替了原來笨拙的手工扳鍵方式，提高了計(jì)算機(jī)的使用效率。1 9 6 3 年，美國麻省理工 學(xué)院在7 0 9 7 0 9 0 計(jì)算機(jī)上成功地開發(fā)出第一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)c t s s ，該系統(tǒng)連接了多個(gè)分時(shí)終 端，并最早使用了文本編輯程序。從此，以命令行形式對話的多用戶分時(shí)終端成為7 0 年 代乃至8 0 年代用戶界面的主流。8 0 年代初，由美國x e r o x 公司a l t o 計(jì)算機(jī)首先使用的 s m a l l t a l k - - 8 0 程序設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境，以及后來的l i s a 、m a c i n t o s h 等計(jì)算機(jī)，將用戶界面推 向圖形用戶界面的新階段。隨之而來的用戶界面管理系統(tǒng)和智能界面的研究均推動(dòng)了用戶 界面的發(fā)展。用戶界面已經(jīng)從過去的人去適應(yīng)笨拙的計(jì)算機(jī)，發(fā)展到今天的計(jì)算機(jī)不斷地 適應(yīng)人的需求。用戶界面的重要性在于它極大地影響了最終用戶的使用，影響了計(jì)算機(jī)的 推廣應(yīng)用，甚至影響了人們的工作和生活。由于開發(fā)用戶界面的工作量極大，加上不同用 戶對界面的要求也不盡相同，因此，用戶界面已成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。 當(dāng)前，i n t e m e t 的發(fā)展異常迅猛，虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體技術(shù)等對用戶界面 提出了更高的要求。面臨新的挑戰(zhàn)，用戶界面將如何發(fā)展? 8 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第二章嵌入式系統(tǒng)及g u l 發(fā)展概況 2 2 2 圖形用戶界面的技術(shù)特點(diǎn) 圖形用戶界面( g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ，簡稱g u i ) 的廣泛流行是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的重 大成就之一，它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。“v i s u a l ”已成為當(dāng)前最流行的形容詞，如v i s u a l b a s i c 、v i s u a lc 4 - 4 - 等。之所以圖形用戶界面受到如此青睞，主要是由于它有如下主要特 征： 1 w i m p 其中：w ( w i n d o w s ) 指窗口，是用戶或系統(tǒng)的一個(gè)工作區(qū)域。一個(gè)屏幕上可以有多個(gè) 窗口。i ( i c o n s ) 手r 圖符，系形象化的圖形標(biāo)志，易于人們隱喻和理解。m ( m e n u ) 指菜單，可 供用戶選擇的功能提示。p ( p o i n t i n gd e v i c e s ) 指鼠標(biāo)器等，便于用戶直接對屏幕對象進(jìn)行 操作。 2 用戶模型 g u i 采用了不少d e s k t o p 桌面辦公的隱喻，使應(yīng)用者共享一個(gè)直觀的界面框架。由于 人們熟悉辦公桌的情況，因而對計(jì)算機(jī)顯示的圖符的含義容易理解，諸如：桌面、文件夾、 回收站、畫筆、記事簿、草稿箱及時(shí)鐘等。 3 直接操作 過去的界面不僅需要記憶大量命令，而且需要指定操作對象的位置，如行號(hào)、空格數(shù)、 x 及y 的坐標(biāo)等。采用g u i 后，用戶可直接對屏幕上的對象進(jìn)行操作，如拖動(dòng)、刪除、 插入以至放大和旋轉(zhuǎn)等。用戶執(zhí)行操作后，屏幕能立即給出反饋信息或結(jié)果，因而稱為所 見即所得( w h a ty o us e ei sw h a ty o uo e o 。用視、點(diǎn)( 鼠標(biāo)) 代替了記、擊( 鍵盤) ，給用戶帶 來了方便。 2 2 3 圖形用戶界面的結(jié)構(gòu)模型 一個(gè)圖形用戶界面系統(tǒng)通常v h - - 個(gè)基本層次組成。它們是顯示模型，窗口模型和用戶模型。 用戶模型包含了顯示和交互的主要特征，因此圖形用戶界面這術(shù)語有時(shí)也僅指用戶模 型。圖2 1 給出了圖形用戶界面系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。 9 桌面管理系統(tǒng) 用戶模型 窗口模型 顯不模型 操作系統(tǒng) 硬件平臺(tái) 圖2 1 圖形用戶界面系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 圖2 1 中的最底層是計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)，如m a c i n t o s h ，s u ns p a r c 等。硬件平臺(tái)的上面 是計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。大多數(shù)圖形用戶界面系統(tǒng)都只能在一兩種操作系統(tǒng)上運(yùn)行，只有少 數(shù)的產(chǎn)品可以跨平臺(tái)運(yùn)行。操作系統(tǒng)之上是圖形用戶界面的顯示模型。它決定了圖形在屏 幕上的基本顯示方式。不同的圖形用戶界面系統(tǒng)所采用的顯示模型各不相同。例如大多數(shù) 在u n i x 之上運(yùn)行的圖形用戶界面系統(tǒng)都采用x 窗口作顯示模型；m sw i n d o w s 則采用 m i c r o s o f t 公司自己設(shè)計(jì)的圖形設(shè)備接e i ( g d i ) 作顯示模型。顯示模型之上是圖形用戶界面 系統(tǒng)的窗口模型。窗口模型確定窗口如何在屏幕上顯示，如何改變大小，如何移動(dòng)，及窗 1 3 的層次關(guān)系等。它通常包括兩個(gè)部分：一是編程工具；二是對如何移動(dòng)，輸出和讀取屏 幕顯示信息的說明。因?yàn)閤 窗口不但規(guī)定了如何顯示基本圖形對象也規(guī)定了如何顯示窗 i = 1 ，所以它不但可以充當(dāng)圖形用戶界面的顯示模型，也可以充當(dāng)它的窗口模型。窗口模型 之上是用戶模型，圖形用戶界面的用戶模型又稱為圖形用戶界面的視感。它也包括兩個(gè)部 分：一是構(gòu)造用戶界面的工具；二是對于如何在屏幕上組織各種圖形對象，以及這些對象 之間如何交互的說明。比如，每個(gè)圖形用戶界面模型都會(huì)說明它支持什么樣的菜單和什么 樣的顯示方式。圖形用戶晃面系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口由其顯示模型，窗口模型和用戶模型的 應(yīng)用程序接口共同組成。例如o s f m o t i f 的應(yīng)用程序接口就是由它的顯示模型和窗口模型 的應(yīng)用程序接口x l i b 和用戶模型的應(yīng)用程序接口x ti m r i n s i c s 及m o t i f t o o l k i t 共同組成 的。 2 2 4 圖形用戶界面的發(fā)展前景 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，新的人機(jī)交互技術(shù)不斷出 現(xiàn)，更加自然的交互方式將逐漸為人們所重視。新一代界面的主要特征可描述如下： 1 以用戶為中心 1 0 南京郵電大學(xué)碩上研究生學(xué)位論文第二章嵌入式系統(tǒng)及g u i 發(fā)展概況 以用戶對界面的需求變化為出發(fā)點(diǎn)，使用戶界面的外在形式和內(nèi)部機(jī)制能符合不同用 戶的需要，這就是以用戶為中心的設(shè)計(jì)思想。非特定人的連續(xù)語音識(shí)別技術(shù)將使計(jì)算機(jī)能 理解人們的要求，是一種重要的輸入界面和手段。魚h 更( f i s h e y e ) 技術(shù)使屏幕觀察( 或光標(biāo)) 位 置附近的內(nèi)容被放大，便于用戶觀察。在傳統(tǒng)的人機(jī)系統(tǒng)中，人被認(rèn)為是操作者，人去適 應(yīng)機(jī)器；在一般的人機(jī)系統(tǒng)中，人被稱為用戶，能與機(jī)器對話，但無主動(dòng)控制能力；而在 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，人才是主動(dòng)的參與者，機(jī)器將對人的各種動(dòng)作做出反應(yīng)。 2 多通道 多通道( m u l t i m o d a l i t y ) 界面旨在充分利用一個(gè)以上的感覺和運(yùn)動(dòng)通道的互補(bǔ)特性來捕 捉用戶的意向，從而增進(jìn)人機(jī)交互中的自然性。人的感覺通道有視覺、聽覺、觸覺、嗅覺 和平衡等；人的運(yùn)動(dòng)通道有手、嘴、眼、頭、足及身體等?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)操作時(shí)，人的眼 和手十分累，效率也不高。若將聽、說和手、眼等協(xié)同動(dòng)作，采用多通道、以自然方式交 互，可以實(shí)現(xiàn)高效人機(jī)通信，也可以由人或機(jī)器選擇最佳反應(yīng)通道，從而不會(huì)使某一通道 負(fù)擔(dān)過重。 3 智能化 精確交互技術(shù)是指能用一種技術(shù)來完全說明用戶交互目的的交互方式，鍵盤和鼠標(biāo)器 均需用戶精確輸入。而人們的動(dòng)作或思想往往并不很精確，計(jì)算機(jī)應(yīng)該理解人的要求，甚 至于糾正人的錯(cuò)誤，智能化的界面是一個(gè)重要方向。 4 高帶寬 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輸出的內(nèi)容已經(jīng)可以快速、連續(xù)地顯示彩色圖像，其信息量非常大。而人 們的輸入?yún)s還是使用鍵盤一個(gè)又一個(gè)地敲擊，因而，計(jì)算機(jī)的輸入帶寬是很低的。新一代 的用戶界面應(yīng)該支持高的輸入帶寬，快速大批量地輸入信息。語音、圖像及姿勢等的輸入 和理解是今后的發(fā)展方向。 5 不限制地點(diǎn) 目前，計(jì)算機(jī)主要是在辦公室、實(shí)驗(yàn)室或家庭中使用，人們面對著計(jì)算機(jī)屏幕進(jìn)行操 作，這種操作方式限制了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。雖然己可用遙控器代替部分動(dòng)作，但用望遠(yuǎn)鏡看 屏幕似不方便，而采用語音輸入輸出或其他計(jì)算機(jī)視覺( 攝像輸入) 技術(shù)，則可不受地點(diǎn)的 限制。 6 圖示編程 圖形用戶界面的編程是很費(fèi)時(shí)的工作，而采用圖示編程( v i s u a lp r o g r a m r u i n g ) 則比較 簡單和直觀?，F(xiàn)在有些多媒體制作工具，如a u t h o r w a r ep r o f e s s i o n a l 、i c o n a u t h o r 等， 采用圖示方法設(shè)計(jì)多媒體文檔腳本，以便于交互修改、控制時(shí)間關(guān)系。新一代的用戶界面 l l 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章嵌入式系統(tǒng)及g u l 發(fā)展概況 應(yīng)盡可能提供圖示化的開發(fā)工具。 2 3 典型的g u i 系統(tǒng) 目前看來，在l i n u x 之上進(jìn)行( 實(shí)時(shí)) 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的廠商，一般選擇如下幾種g u i 系統(tǒng)：緊縮的xw i n d o w 系統(tǒng)、m i c r o w i n d o w s 、m i n i g u i 、o p e n g u i 、q t e m b e d d e d 等 2 3 1 緊縮的xw i n d o w 系統(tǒng) 眾所周知，xw i n d o w 是l i n u x 以及其他類u n i x 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)g u i - 。xw i n d o w 系 統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的客戶服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，具有可擴(kuò)展性好、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)。但該系統(tǒng)的龐 大、累贅和低效率也是大家所共知的。為了獲得應(yīng)用程序的可移植性，許多廠家都試圖通 過對xw i n d o w 系統(tǒng)的緊縮開發(fā)，使之能夠在嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行。國外已經(jīng)開發(fā)出了大小 約為8 0 0 k 的x 服務(wù)器。這對西方國家來說基本能夠滿足嵌入式系統(tǒng)的需求了。但該系 統(tǒng)的源代碼尚不開放，從而很難進(jìn)行本地化丌發(fā)。 2 3 2m i c r o w i n d o w s m i c r o w i n d o w s 是一個(gè)開放源碼的項(xiàng)目，目前由美國一家公司在主持開發(fā)。該項(xiàng)目的 開發(fā)非?；钴S，國內(nèi)也有人參與了其中的丌發(fā)，并編寫了g b 2 3 1 2 等字符集的支持。該項(xiàng) 目的主要特色在于提供了比較完善的圖形功能，包括一些高級(jí)的功能，比如a l p h a 混合， 三維支持，t r u e t y p e 字體支持等。但作為一個(gè)窗口系統(tǒng)，該項(xiàng)目提供的窗口處理功能還需 要進(jìn)一步完善，比如控件或構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)還很不完備，鍵盤和鼠標(biāo)等的驅(qū)動(dòng)還很不完善。該 項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)了一個(gè)開放源碼的瀏覽器項(xiàng)目，該瀏覽器在k d ek f m 提供的h t m l 解釋 器的基礎(chǔ)上開發(fā)，目前能夠解釋一些簡單的h t m l 頁面。 2 3 3m i n i g u i m i n i g u i 是一種面向嵌入式系統(tǒng)或者實(shí)時(shí)系統(tǒng)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。它主要運(yùn)行 于l i n u x 控制臺(tái)，實(shí)際可以運(yùn)行在任何一種具有p o s i x 線程支持的p o s i x 兼容系統(tǒng) 上。m i n i g u i 同時(shí)也是國內(nèi)最早出現(xiàn)的幾個(gè)自由軟件項(xiàng)目之一。 m i n i g u i 主要具有如下特性【l 】【2 】： 1 2 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第二章嵌入式系統(tǒng)及g u i 發(fā)展概況 1 虛擬內(nèi)存技術(shù)：使用虛擬內(nèi)存技術(shù)，應(yīng)用程序打破了d o s6 4 0 k 常規(guī)內(nèi)存的限制，從 而可以處理大量數(shù)據(jù)。m i n i g u i 使用虛擬內(nèi)存技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了字體庫的存儲(chǔ)和屏幕圖形的臨 時(shí)保存。 2 直接寫屏技術(shù)：使用直接寫屏技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)圖形、包括漢字的快速顯示。 3 消息驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)：m i n i g u i 使用了類似w i n d o w s 的消息驅(qū)動(dòng)的程序結(jié)構(gòu)。系 統(tǒng)管理消息的產(chǎn)生和分發(fā)，應(yīng)用程序提供消息回調(diào)函數(shù)用以實(shí)現(xiàn)消息處理。 4 類w i n d o w s 的界面風(fēng)格：m i n i g u i 提供了類w i n d o w s 的界面風(fēng)格，實(shí)現(xiàn)了大部分的 g u i 元素和對話框控制類型。g u i 元素包括菜單、狀態(tài)欄、對話框、消息框、快捷鍵等； 對話框控制類型包括靜態(tài)文本框、按鈕、單選鈕和檢查框，組合框等；支持基于窗片的簡 單多窗口特性。 m i n i g u i 的主要不足： 1 只支持v g a 一種顯示卡。 2 只支持1 6 點(diǎn)陣宋體字庫。 3 圖形操作a p i 不夠充分。 使用m i n i g u i 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求： 1 至少2 m b 內(nèi)存。 2 m s d o s5 0 以上操作系統(tǒng)。 3 x m s 或e m s 驅(qū)動(dòng)程序。 4 v g a 顯示卡。 2 3 4o p e n g u i o p e n g u i 采用l g p l 條款發(fā)布。o p e n g u i 比較適合基于x 8 6 平臺(tái)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它的跨 平臺(tái)的可移植性較差，目前發(fā)展較慢。當(dāng)然，o p e n g u i 在l i n u x 系統(tǒng)上已經(jīng)存在一段時(shí)間 了。最初的名字叫f a s t g l ，只支持2 5 6 色的線性顯存模式，目前支持其他顯示模式，并 且支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，比如m s d o s 、q n x 和l i n u x 等，不過目前只支持x 8 6 硬件平 臺(tái)。但這個(gè)庫是用c