基于跨平台下的嵌入式GUl人机界面系统研究与设计

0 引言
随着硬件条件的提高，移动终端的嵌入式系统对轻量级GUI的需求会越来越迫切。用户界面是指计算机与其使用者之间的对话接口，它为用户提供与应用系统交互的可视化通道，同时为程序员提供了一种编程模式，即GUI负责系统可视化界面的生成、管理以及系统与用户之间的信息交互，而程序员只需专注于对实际应用的分析。GUI在移动终端系统中扮演着很重要的角色，它运行在操作系统抽象层(OSAL)之上，为应用程序提供基于消息机制的图形用户界面编程接口。GUI与其他一些应用引擎一起为实现丰富的移动终端应用而提供支持，从而将应用程序的计算部分与界面分离开来，这样就充分保证了根据不同需求快速定制出功能强大、界面丰富的应用程序界面。
GUI是一种以图形化为基础的用户界面，使用统一的图形操作系统，如可移动的视窗、选项与鼠标，作为用户与操作系统之间的中介。G-UI最重要的优势在于使用户摆脱了在命令行提示符下与操作系统进行交互的方式，用户可以仅通过鼠标点击来实现熟悉程序的操作，而且由于图表、对话框等的引入，使得操作直观形象。GUI已成为一种用户与计算机交互的标准。其内核来源于Micro Window，是具有图形用户界面支持的开源嵌入式系统软件，具备类似WIN32标准的消息循环和窗口管理机制，提供和WIN32 SDK一样的API接口。方便跨平台的开发和移植。主要功能包括窗口管理、消息派发、控件、输入法、图形设备接口(GDI)；扩展的功能和服务包括图形编解码、ALARM管理、数据库、注册表等。

1 GUI和操作系统的功能架构
GUl对上层(应用程序)提供了基于事件或消息驱动的图形界面处理机制；它依赖于底层的操作系统，但是不限于某一类操作系统。功能架构如图1所示。

应用程序一般都有自己的消息循环：

其中，GetMessage()得到本先线程的消息。如果没有消息则检查有没有窗口需要重绘；如有则直接给相应的窗口发WM_PAINT消息；如果还没有，就会挂起本线程。TranslateMessage()：如果当前的消息是WM_KEYDOWN，则根据键值转换中相应的WM_CHAR消息。DispatchMessage()：将消息派发到指定的窗口。如果这个消息没有指定目标窗口则这个消息丢掉，因此，对于给线程发送的消息(未指定窗口)，用户必须在此截获并由用户自己派发。
窗口的管理需要每一个窗口有3个基本的链：子窗口→children；父窗口→parent；兄弟窗口→sibling，其中，rootwp窗口是GUI初始化时创建的根窗口。根窗口的子窗口一般是POPU窗口或没有Child属性的OVERLAPPEDWINDOW；每个AP或线程可以有多个这样的窗口。创建窗口前，必须注册窗口类；窗口类是一种具有相同属性或动作的窗口的集合，相当于某一类窗口的横板，这类窗口具有相同的窗口过程、窗口背景、基本风格等，属于同一个线程(WIN32是实例)。所有的窗口都是某一窗口类的一个实例。窗口类以名字作为ID，但是不同的进程可以拥有相同名字的窗口类。
消息的传递机制需要在GUI初始化时创建一个优先级别很高的后台服务线程，专门从事消息获取与派发。没有任何消息时，该线程挂起。一旦驱动层有任何消息触发，都将恢复该线程，进入驱动消息查询。然后将查询到的消息经过转换后，或者转发到桌面，或者直接发送给指定窗口。以笔点点击为例：Micro Window将笔点消息解释为鼠标消息，对应鼠标的左键。产生的消息有：WM_MOVE，WM_LBUTTONDOWN，WM_ LB UTTONUP，WM_LBUTTONDBCLK，WM_NCLBUTTONDOWN，WM_NCILBUTTONUP，WM_LBUTTONDBCLK等。笔点时产生Touchpannel中断，经过Driver层处理后，将唤醒GUl后台线程，后者从Driver层获取笔点的消息和坐标，结合上一次的笔点座标信息，生成一定的鼠标消息；根据坐标，在窗口链中查找笔点所在的窗口；如果有捕获窗口，直接发给此窗口。如果是系统消息，则直接发给桌面。如充电、插入USB等消息。
绝大多数的图形设备接口(GDI)函数都是基于DC的。DC是一种图形设备上下文环境。它集成了当前绘制操作的所有信息，包括输出的屏幕设备、字体、笔的属性、光栅特点等。在绘制操作之前必须得到设备上下文。而且在得到DC的期间，不能阻塞。否则容易造成死锁。获取DC的方式有3种：
(1)GetDC：获取客户区DC，限于在客户区的绘制操作；
(2)GetWindowDC：获取屏幕DC，可以在客户区和标题区绘制操作；
(3)BeginPaint：获取客户区DC，限于且推荐在WM_PAINT消息中调用。
MicroWindow不保存用户区的绘制内容，需要更新时，只会发送WM-PAINT消息；所以比较标准的做法是将图形绘制操作全部放进WM_PAINT中去，采用BeginPaint获取DC。
内存设备上下文(MemoryDC)是一种虚拟的图形设备上下文环境，也就是所谓的虚屏。有时为了避免屏幕闪烁感，把不连续的图形内容绘制到MemoryDC中，然后统一绘制到真正的屏幕设备上去；有助于提高画面的连续性和完整性，下面是使用MemoryDC绘制位图并叠加文字的例子：

系统数据资源采用VC的Resource标准数据格式，主要应用在3类：系统资源、公共资源、应用程序私有的资源。资源内容包括位图、ICO-N、String、对话框、BIN数据等。在VC中需要事先做好所需的资源，生成资源数据．res和资源头文件resource．h。在不同的平台中，资源数据在物理介质中的存放方式不同，但AP访问资源的方式可以相同。系统平台同时还支持应用程序显式加载资源的方式。对话框提供了一种简化Window编码工作的机会。也就是提供了一种创建多个窗口的模板，用户可以填写对话框中的子窗口或控件的相关信息，或者从资源文件中装载对话框，系统会提取其中的信息，为用户一一创建相应的窗口。它分为两类：模态对话框和非模态对话框。差别在于模态对话框有自己的消息循环。
应用程序的编译和连接方式依赖于具体的硬件开发平台。就移动终端而言，CPU若采用ARM7系列，编译工具使用ADS，应用程序和操作系统集成在一起编译。需要注意的是C文件采用thumb模式，而ASM文件采用的是ARM模式。而Linux平台下应用程序的编译连接是独立完成的，最终生成exe文件，然后在打包成pak文件下载到硬件板中。

2 结语
由于移动终端的应用越来越广泛，而嵌入式GUI系统是一项复杂的软件工程，因此研究和设计的GUI占用资源少、可配置，特别适用于移动终端。它给终端上层应用提供了一个清晰的图形界面。同时，在将它用于多种终端平台时还需要尽可能考虑其可扩展性、兼容性、可移植性等属性。为后继终端软件应用开发建立了良好的开发基础，性能优越且易于移植，已经成功应用于Linux和Windows CE等嵌入式操作系统的无线移动多媒体终端项目中，效果理想。由于限于篇幅，不再赘述。