随着嵌入式Linux应用的发展，也带动了基于Linux的GUI图形系统的发展。本书中介绍的Linux系统下的GUI是以嵌入式Linux中的GUI为主要对象的。这些GUI与PC机上的Linux GUI有一定的区别，受到嵌入式系统的内存、CPU主频率和磁盘存储空间等因素影响，所以这些GUI基本上都是轻量级的。在很多手持的嵌入式设备中，如MP4/PDA等设备都会使用到液晶——LCD显示，所以在这些嵌入式应用中，嵌入式GUI的性能就显得十分重要了。

6.1  Linux下的主流GUI介绍

支持Linux的图形开发系统比较多，常用的有MiniGUI、MicroWindow和Qt/Embedded等。在嵌入式环境下，GUI系统的整体构架跟桌面PC相差不大，如常用的绘图函数库和字型库、事件处理机制等都是嵌入式GUI系统所要面临的问题。但是嵌入式系统本身由于体积小、资源少的特点，所以在整体设计上必须较为严谨，考虑的条件更多。Linux下的编程可以认为是对编程技能的一种挑战，有时感觉又回到了DOS编程时代。

UNIX环境下的图形视窗标准为X Window System（以下简称X标准），Linux是类UNIX系统，所以顶层运行的GUI系统是兼容X标准的XFree86系统。X标准大致可以划分为X Server、Graphic Library（底层绘图函数库）、Toolkits、Window Manager和Internationalization（I18N）等几大部分。

虽然X架构不错，但是不怎么适用于嵌入式环境，因为实际工作起来实在过于庞大，因此许多嵌入式Linux GUI系统会把上述几点合并，甚至全部绑到一起，当然这样同时也会失去很多弹性与扩展功能，但为了适应嵌入式系统，这也是一个解决问题的方法。下面就介绍一下现存的几种主流嵌入式Linux GUI解决方案。

6.1.1  MiniGUI介绍

MiniGUI是国人做得比较好的自由软件之一，它是在Linux控制台上运行的多窗口图形操作系统，可以在以Linux为基础的应用平台上提供一个简单可行的MiniGUI支持系统。“小”是MiniGUI的特色，MiniGUI可以应用在电视机顶盒、实时控制系统及掌上电脑等诸多场合。由于这是由中国人自己开发的GUI系统，所以MiniGUI对中文的支持最好。它支持GB2312与BIG5字元集，其他字元集也可以轻松加入。

MiniGUI开发的主要目标就是为基于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。MiniGUI为应用程序定义了一组轻量级的窗口和图形设备接口。利用这些接口，每个应用程序可以建立多个主窗口，然后在这些主窗口中创建按钮、编辑框等控件。MiniGUI还为用户提供了丰富的图形功能，帮助你显示各种格式的位图并在窗口中绘制复杂图形。

MiniGUI分为底层的GAL（图形抽象层）和IAL（输入抽象层），向上为基于标准POSIX接口中pthread库的Mini-Thread架构和基于Server/Client的Mini-Lite架构。其中Mini-Thread受限于Thread模式，对于整个系统的可靠性影响——进程中某个Thread的意外错误可能导致整个进程的崩溃，该架构应用于系统功能较为单一的场合。Mini-Lite应用于多进程的应用场合，采用多进程运行方式设计的Server/Client架构能够较好地解决各个进程之间的窗口管理、Z序剪切等问题。MiniGUI-Lite上的每个程序是单独的进程，每个进程也可以建立多个窗口。

MiniGUI-Lite适合于具有完整UNIX特性的嵌入式操作系统，如嵌入式Linux。MiniGUI还有一种从Mini-Lite衍生出的Standalone运行模式。与Lite架构不同，Standalone模式一次只能以窗口最大化的方式显示一个窗口。这在显示屏尺寸较小的应用场合具有一定的应用意义。在这种运行模式下，MiniGUI可以以独立进程的方式运行，既不需要多线程也不需要多进程的支持，这种运行模式适合功能单一的应用场合。比如在一些使用uClinux的嵌入式产品中，因为各种原因而缺少线程支持，这时，就可以使用MiniGUI-Standalone来开发应用软件。

MiniGUI的GAL层技术是基于SVGA Lib、LibGDI库、FrameBuffer的native图形引擎及哑图形引擎等，对于Trolltech公司的QVFB在X Window下也有较好的支持。IAL层则支持Linux标准控制台下的GPM鼠标服务、触摸屏及标准键盘等。

MiniGUI下丰富的控件资源也是MiniGUI的特点之一。当前MiniGUI的最新版本是1.6.x。在该版本的控件中已经添加了窗口皮肤、工具条等桌面GUI的高级控件支持。其主要有以下特点。

n  提供了完备的多窗口机制和消息传递机制。

n  提供常用的控件类，包括静态文本框、按钮、单行和多行编辑框、列表框、组合框、进度条、属性页、工具栏、拖动条和树型控件等。

n  支持对话框和消息框。

n  包含其他GUI辅助元素，包括菜单、加速键、插入符及定时器等。

n  支持界面皮肤。用户可通过皮肤获得外观华丽的图形界面。

n  通过两种不同的内部软件结构支持低端显示设备（比如单色 LCD）和高端显示设备（比如彩色显示器），后者在前者的基础上提供了更加强大的图形功能。

n  支持Windows兼容的资源文件，如位图、图标、光标等。

n  支持各种流行图像文件，包括 JPEG、GIF、PNG、TGA、BMP 等。

n  支持多字符集和多字体，可以支持ISO8859-1～ISO8859-15、GB2312、GBK、GB18030、BIG5、EUC-JP、Shift-JIS、EUC-KR和UNICODE 等字符集，支持等宽点阵字体、变宽点阵字体、Qt/Embedded 使用的嵌入式字体QPF、TrueType及Adobe Type1等向量字体。

n  支持多种键盘布局。MiniGUI除支持常见的PC键盘布局之外，还支持法语、德语等西欧语种的键盘布局。

n  支持汉字（GB2312）输入法，包括内码、全拼、智能拼音等。用户还可以从飞漫软件获得五笔、自然码等输入法支持。

n  还有一些针对嵌入式系统的特殊支持，包括一般性的I/O流操作，字节序相关函数等。

n  层的支持。可以使用JoinLayer将一个客户程序加入到某个已由其他客户程序创建好的层中。如果成功，则处于同一个层中的客户能够同时向屏幕上进行图形输出（该功能增加在MiniGUI-Lite 版本中）。

n  借鉴著名的跨平台游戏和多媒体函数库 SDL（Simple DirectMedia Layer）的新GAL接口即NEWGAL。提供了更快、更强的位块操作，视频加速支持及Alpha混合等功能。

n  增强的新GDI函数，包括光栅操作、复杂区域处理、椭圆、圆弧、多边形及区域填充等函数。在提供数学库的平台上，还提供有高级二维绘图函数，可设置线宽、线型及填充模式等。

n  图形抽象层（GAL）及输入抽象层（IAL）。利用GAL和IAL，MiniGUI可以在许多图形引擎上运行，并且可以非常方便地将 MiniGUI移植到其他系统上，而这只需要根据抽象层接口实现新的图形引擎即可。目前，已经编写了基于FrameBuffer、QVFB、eCos LCD的图形引擎，内建有针对Xcopilot仿真器、EP7312开发板、iPAQ 系列和S3C2410开发板等硬件的输入引擎。利用QVFB，MiniGUI应用程序可以运行在X Window上，这将大大方便应用程序的调试。

MiniGUI有些遗憾的地方就是对输入法的支持不是很好。

6.1.2  Qt介绍

Qt是一个跨平台的C++图形用户界面库，由挪威TrollTech公司出品，目前包括Qt、基于FrameBuffer的Qtopia Core、快速开发工具Qt Designer和国际化工具Qt Linguist等部分。Qt支持所有的UNIX系统，当然也包括Linux系统，还支持WinNT/Win2k、Windows 95/98平台。

基本上Qt同X-Window上的Motif、Openwin、GTK等图形界面库和Windows平台上的MFC、OWL、VCL、ATL是同类型的。不过Qt还具有下列一些优点。

（1）优良的跨平台特性。

Qt支持下列操作系统：Microsoft Windows 95/98、Microsoft Windows NT、Linux、Solaris、SunOS、HP-UX、Digital UNIX (OSF/1、Tru64)、Irix、FreeBSD、BSD/OS、SCO、AIX、OS390和QNX等。

（2）面向对象。

Qt的良好封装机制使得Qt的模块化程度非常高，可重用性较好，对于用户开发来说是非常方便的。Qt提供了一种称为signals/slots 的安全类型来替代callback，这使得各个元件之间的协同工作变得十分简单。

（3）丰富的API。

Qt包括多达250个以上的C++类，还提供基于模板的collections、serialization、file、I/O device、directory management和date/time类。甚至还包括正则表达式的处理功能。

（4）支持2D/3D图形渲染，支持OpenGL。

（5）大量的开发文档。

（6）XML支持。

但是真正使得Qt在自由软件界的众多Widgets（如Lesstif、Gtk、EZWGL、Xforms及fltk等）中脱颖而出的还是基于Qt的重量级软件KDE。Qt虽然是商业公司的产品，但是走的却是开源路线，提供免费下载，全部都是开放源代码，非商业用途亦采用GPL的版权宣告，著名的Open Source“KDE”项目便是采用Qt开发的。

Trolltech也针对嵌入式环境推出了Qt/Embedded产品。与桌面版本不同，Qt/Embedded已经直接取代了X Server及X Library等角色，将所有的功能全部整合在一起。

Qt/Embedded同样具有跨平台的特点，省掉了不少移植软件的功夫，这样的概念和Java十分接近。同时它还采用模块化设计，其最大的好处是有弹性，Qt/Embedded号称最小，可以缩到800 KB左右，最多可以长到3 MB（for Intel x86），这样的弹性也让Qt/Embedded更适合在嵌入式环境下生存。

Qt/Embedded延续了Qt在X上的强大功能，在底层摒弃了X lib，仅采用FrameBuffer作为底层图形接口。同时，将外部输入设备抽象为keyboard和mouse输入事件，底层接口支持键盘、GPM鼠标、触摸屏及用户自定义的设备等。

Qt/Embedded类库完全采用C++封装。丰富的控件资源和较好的可移植性是Qt/Embedded最为优秀的一方面。它的类库接口完全兼容于同版本的Qt-X11，使用X下的开发工具可以直接开发基于Qt/Embedded的应用程序QUI界面。

与前两种GUI不同的是，Qt/Embedded的底层图形引擎只能采用FrameBuffer，这就注定了它是针对高端嵌入式图形领域的应用而设计的。由于该库的代码追求面面俱到，以增加它对多种硬件设备的支持，造成了其底层代码比较凌乱，各种补丁较多的问题。Qt/Embedded的结构也过于复杂和臃肿，很难进行底层的扩充、定制和移植，尤其是用来实现signal/slot机制的moc文件。

Qt/Embedded当前已经升级为Qtopia Core和Qtopia Core，继承了Qt4的新技术，包括：高性能渲染引擎、模板容器类及基于行为的主窗口架构，改进的功能特点包括文本渲染与多线程技术。当编译Qtopia Core时，可以去除不用的功能，以最小化软件的占用空间。

6.1.3  MicroWindows介绍

MicroWindows Open Source Project成立的宗旨是针对体积小的装置建立一套先进的视窗环境。在Linux桌面上通过交叉编译可以很容易地制作出MicroWindows的程序。MicroWindows能够在没有任何操作系统或其他图形系统的支持下运行，它能对裸显示设备进行直接操作。因此，MicroWindows就显得十分小巧，便于移植到各种硬件和软件系统上。

然而MicroWindows的免费版本进展一直很慢，而且至今为止，国内没有一家专门对MicroWindows提供全面技术支持、服务和担保的公司。在2005年MicroWindows项目被改为Nano-X Window项目，Nano-X Window是一个典型的基于Server/Clinent体系结构的GUI系统，基本分为3层，如表6-1所示。

表6‑1  Nano-X 3层结构

底层是面向图形显示和键盘、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ECMA APIW（Win32子集）的API。其中使用Nano-X接口的API与X接口兼容，但是该接口没有提供窗口管理，如窗口移动和窗口剪切等高级功能。系统需要先启动Nano-X中Server程序的nanox-server和窗口管理程序nanowm。用户程序连接Nano-X的Server获得自身的窗口绘制操作。使用ECMA APIW编写的应用程序无须nanox-server和nanowm，可直接运行。

MicroWindows提供了相对完善的图形功能和一些高级的特性，如Alpha混合、三维支持和TrueType字体支持等。该系统为了提高运行速度，改进基于Socket套接字的X实现模式，采用了基于消息机制的Server/Client传输机制。MicroWindows也有一些通用的窗口控件，但其图形引擎存在一些问题：首先，无任何硬件加速能力；其次，图形引擎中存在一些低效算法。不过MicroWindows支持中文、日文、韩文等多种语言，而且也支持Truetype字体，目前可知的MicroWindows版本是0.91。

6.1.4  OpenGUI介绍

OpenGUI采用LGPL条款发布。OpenGUI比较适合基于x86平台的实时系统，它的跨平台的可移植性较差，目前发展较慢。

当然，OpenGUI在Linux系统上已经存在一段时间了。最初OpenGUI只支持256色的线性显存模式，目前支持其他显示模式，并且支持多种操作系统平台，比如MS-DOS、QNX和Linux等，不过目前只支持x86硬件平台。OpenGUI分为三层：最低层是由汇编语言编写的快速图形引擎；中间层提供了图形绘制API，包括线条、矩形和圆弧等，并且兼容Borland的BGIAPI；第三层用C++编写，提供了完整的GUI对象库。另外OpenGUI还提供了二维绘图原语、消息驱动的API及BMP文件格式支持等，使用较为方便。OpenGUI同样支持鼠标和键盘事件，在Linux上基于Frambuffer或SVGALib实现绘图。由于它基于汇编实现的内核并且利用MMX指令进行了优化，所以其运行速度非常快。正是由于其内核用汇编实现，使可移植性受限。

6.1.5  主流GUI对比

综合上述GUI解决方案各方面的性能，下面对这些进行一下归纳，在实际设计系统的时候究竟选择哪种嵌入式GUI，要根据系统资源及项目的需求来综合考虑。

1）OpenGUI

由于基于汇编实现内核，并利用MMX指令进行了优化，OpenGUI运行速度非常快。它支持32位的机器，能够在多种操作系统下运行，主要用来在这些系统中开发图形应用程序和游戏。由于历史悠久，OpenGUI非常稳定，但是由于其内核用汇编语言实现，内部使用的是私有API，所以其可移植性较差，可配置性也较差。

2）Qt/Embedded→Qtopia Core

该版本的主要特点是可移植性较好。因为Qt是KDE等项目使用的GUI支持库，所以许多基于 Qt 的 X Window程序可以非常方便地移植到 Qtopia Core 版本上。因此，自从Qt/Embedded以GPL条款发布以来，就有大量的嵌入式Linux开发商转到了Qt/Embedded系统上，如韩国的Mizi公司。但是，由于它是基于C++类库的，所以和其他GUI相比系统消耗资源较大。因此说Qt/Embedded是肥美型的产品，功能丰富，一般用于手持式高端信息产品。

3）MiniGUI和MicroWindows

MiniGUI和MicroWindows均为自由软件，但这两个系统的技术路线有所不同。MiniGUI的策略是建立在比较成熟的图形引擎之上，比如Svgalib和LibGDI，开发的重点在窗口系统和图形接口上。而MicroWindows开发的重点则在底层图形引擎之上，所以可以对裸显示器直接操作，但窗口系统和图形接口方面的功能还稍有欠缺。比如说，MiniGUI有一套用来支持多字符集和多编码的函数接口，可以支持各种字符集，包括GB、BIG5、UNI-CODE等，而MicroWindows在多字符支持上尚没有统一接口。