面向嵌入式系统的图形用户界面研究.doc
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面向嵌入式系统的图形用户界面研究,页数：26字数：19646摘要伴随着信息家电，手持设备，无线设备等的迅速发展，相应的硬件和软件也得到迅速发展。许多设备都配有 intel，mips，摩托罗拉等公司生产的32位微处理器，甚至还使用了液晶显示器。许多开发商也开始为这些设备提供界面友好的嵌入式操作系统。利用linux搭建嵌入式...
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面向嵌入式系统的图形用户界面研究
页数：26 字数：19646
摘要
伴随着信息家电，手持设备，无线设备等的迅速发展，相应的硬件和软件也得到迅速发展。许多设备都配有 Intel，MIPS，摩托罗拉等公司生产的32位微处理器，甚至还使用了液晶显示器。许多开发商也开始为这些设备提供界面友好的嵌入式操作系统。利用Linux搭建嵌入式操作系统是近年来出现的最令人振奋的方案。这有多方面的原因。首先，运行在嵌入式系统上的Linux能够提供全功能的桌面计算（Desktop Computing），且由于其开放代码，定制变得非常方便。其次，Linux 已经支持大多数嵌入式系统上使用的芯片，包括 StrongARM , MIPS 和 PowerPC。 最后，Linux是免费的，使用Linux 不需要付出任何费用。所以利用 Linux 作为底层操作系统, 其上使用一个 GUI 系统成为现在日益流行的嵌入式操作系统的解决方案。市场上常见的 PDA 等小型手持式设备上，以前由于硬件条件等的限制，我们看到的用户界面都非常简单，几乎看不到 PC 机上华丽美观的 GUI 界面。但最近出现的 Palm 等手持式电脑或者在 Windows CE 等面向嵌入式系统的操作系统上，我们已经看到了完整的图形用户界面支持。随着手持式设备的硬件条件的提高，估计嵌入式系统对轻量级 GUI 的需求会越来越迫切。近来的市场需求也显示，越来越多的嵌入式系统，包括 PDA、机顶盒、DVD/VCD 播放机、WAP 手机等等系统均要求提供全功能的 Web 浏览器。这包括 HTML 4.0 的支持、JavaScript 的支持，甚至包括 Java 虚拟机的支持。而这一切均要求有一个高性能、高可靠的 GUI 系统的支持。受导师的影响，本人长期以来对以Linux 操作系统比较感兴趣，并从研二开始加入由魏永明先生发起的 MiniGUI 项目，对整个MiniGUI系统及同类系统如 Microwindows 等进行了一定的研究，并对 MiniGUI 进行了一定的改进和功能扩充。本论文基于这些事实，对面向嵌入式系统的 GUI 系统的体系结构和一些技术内幕做了较深入的探讨。论文首先概述了嵌入式系统及用户界面的发展情况，接着介绍了几种嵌入式系统下的图形用户界面，通过相互比较，指出和通用的图形用户界面系统相比，嵌入式系统下的图形用户界面需要有轻型、占用资源少，高性能，高可靠性，可配置等特点。第三章介绍了典型系统MiniGUI，第四章介绍了本人实现的MiniGUI对Type1 字体的支持。本文的第五章将介绍 MiniGUI 输入和图形输入/输出引擎的设计，实现难点及相关的一些技术细节。MiniGUI的私有输入和图形输入/输出引擎为本人设计实现，在这些过程中获得的一些宝贵经验将一并介绍。第六章给出MiniGUI的一些应用实例。最后是一点感想和展望。关键词：图形用户界面；嵌入式系统；私有输入和图形输入/输出引擎
第一章嵌入式系统及用户界面概况1.1嵌入式系统概况1.1.1嵌入式技术的历史发展嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史了，嵌入式技术也历经了几个发展阶段。进入90年代后，以计算机和软件为核心的数字化技术取得了迅猛发展，不仅广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域，掀起了一场数字化技术革命。多媒体技术与Internet的应用迅速普及，消费电子、计算机、通信（3C）一体化趋势日趋明显，嵌入式技术再度成为一个研究热点。综观嵌入式技术的发展，大致经历了以下4个阶段[1]。第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能都相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格很低，以前在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远远不能适应高效的、需要大容量存储介质的现代化工业控制和新兴的信息家电等领域的需求。第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。1.1.2嵌入式系统的技术特点和应用前景嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器(MCU)组成。而这些嵌入式CPU目前多是8位和16位的，与32位或64位的高性能处理器相比，具有很强的经济性和现实性。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质（ROM和RAM等）、通讯设备、IC卡或信用卡的读取设备等。嵌入式系统有别于一
页数：26 字数：19646
摘要
伴随着信息家电，手持设备，无线设备等的迅速发展，相应的硬件和软件也得到迅速发展。许多设备都配有 Intel，MIPS，摩托罗拉等公司生产的32位微处理器，甚至还使用了液晶显示器。许多开发商也开始为这些设备提供界面友好的嵌入式操作系统。利用Linux搭建嵌入式操作系统是近年来出现的最令人振奋的方案。这有多方面的原因。首先，运行在嵌入式系统上的Linux能够提供全功能的桌面计算（Desktop Computing），且由于其开放代码，定制变得非常方便。其次，Linux 已经支持大多数嵌入式系统上使用的芯片，包括 StrongARM , MIPS 和 PowerPC。 最后，Linux是免费的，使用Linux 不需要付出任何费用。所以利用 Linux 作为底层操作系统, 其上使用一个 GUI 系统成为现在日益流行的嵌入式操作系统的解决方案。市场上常见的 PDA 等小型手持式设备上，以前由于硬件条件等的限制，我们看到的用户界面都非常简单，几乎看不到 PC 机上华丽美观的 GUI 界面。但最近出现的 Palm 等手持式电脑或者在 Windows CE 等面向嵌入式系统的操作系统上，我们已经看到了完整的图形用户界面支持。随着手持式设备的硬件条件的提高，估计嵌入式系统对轻量级 GUI 的需求会越来越迫切。近来的市场需求也显示，越来越多的嵌入式系统，包括 PDA、机顶盒、DVD/VCD 播放机、WAP 手机等等系统均要求提供全功能的 Web 浏览器。这包括 HTML 4.0 的支持、JavaScript 的支持，甚至包括 Java 虚拟机的支持。而这一切均要求有一个高性能、高可靠的 GUI 系统的支持。受导师的影响，本人长期以来对以Linux 操作系统比较感兴趣，并从研二开始加入由魏永明先生发起的 MiniGUI 项目，对整个MiniGUI系统及同类系统如 Microwindows 等进行了一定的研究，并对 MiniGUI 进行了一定的改进和功能扩充。本论文基于这些事实，对面向嵌入式系统的 GUI 系统的体系结构和一些技术内幕做了较深入的探讨。论文首先概述了嵌入式系统及用户界面的发展情况，接着介绍了几种嵌入式系统下的图形用户界面，通过相互比较，指出和通用的图形用户界面系统相比，嵌入式系统下的图形用户界面需要有轻型、占用资源少，高性能，高可靠性，可配置等特点。第三章介绍了典型系统MiniGUI，第四章介绍了本人实现的MiniGUI对Type1 字体的支持。本文的第五章将介绍 MiniGUI 输入和图形输入/输出引擎的设计，实现难点及相关的一些技术细节。MiniGUI的私有输入和图形输入/输出引擎为本人设计实现，在这些过程中获得的一些宝贵经验将一并介绍。第六章给出MiniGUI的一些应用实例。最后是一点感想和展望。关键词：图形用户界面；嵌入式系统；私有输入和图形输入/输出引擎
第一章嵌入式系统及用户界面概况1.1嵌入式系统概况1.1.1嵌入式技术的历史发展嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史了，嵌入式技术也历经了几个发展阶段。进入90年代后，以计算机和软件为核心的数字化技术取得了迅猛发展，不仅广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域，掀起了一场数字化技术革命。多媒体技术与Internet的应用迅速普及，消费电子、计算机、通信（3C）一体化趋势日趋明显，嵌入式技术再度成为一个研究热点。综观嵌入式技术的发展，大致经历了以下4个阶段[1]。第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能都相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格很低，以前在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远远不能适应高效的、需要大容量存储介质的现代化工业控制和新兴的信息家电等领域的需求。第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。1.1.2嵌入式系统的技术特点和应用前景嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器(MCU)组成。而这些嵌入式CPU目前多是8位和16位的，与32位或64位的高性能处理器相比，具有很强的经济性和现实性。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质（ROM和RAM等）、通讯设备、IC卡或信用卡的读取设备等。嵌入式系统有别于一
