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基于嵌入式Qt的車載GUI平臺的設計詳解

電子工程師 ? 作者:工程師陳翠 ? 2018-06-24 08:13 ? 次閱讀

1 引言

隨著經濟社會的不斷發展汽車已進入普通家庭,汽車用戶對車載娛樂系統的要求不斷地提高,希望汽車載娛樂系統的功能更加強大娛樂設施更加完美。嵌入式GUI(Graphical User Interface)可以滿足用戶需求,人機交互好,作為車載娛樂系統中人機交互界面的開發平臺,對整個系統的設計起著決定性作用,越來越受到開發者的青睞。目前比較流行的GUI平臺有Qt/Embedded、緊縮的X Windows系統、MicroWindows以及MiniGUI系統。

X Window系統是一個基于客戶/服務器(Client/Server)結構的視窗系統,基于X的終端(服務器)上顯示出來。此系統配置在大多數的UNIX系統、DEC的VAX/VMS操作系統以及Linux系統中,可以自由拷貝以及傳播,但是系統龐大,占用內核資源較多。MicroWindows是一個完全開放源碼、分層設計的經典GUI系統,可以替代X Window系統,但是某些關鍵性代碼使用了匯編語言。MiniGUI系統適應于中小型企業的嵌入式GUI平臺,采用分層結構,并在核心層采用hash表的方式。本文采用的Qt/Embedded也是分層體系結構,在功能提供方面采用C++類方式。

2 嵌入式GUI的實現平臺

GUI是圖形用戶接口,一般用于PC機上人機交互界面的設計。而對于嵌入式GUI來說,由于嵌入式設備對資源的要求很嚴格,不同的嵌入式設備需要定制不同的嵌入式系統,那么對GUI的要求也就不一樣,因此,對于不同的嵌入式系統來說GUI也必須是可定制的。對于嵌入式的硬件來說,要求定制的嵌入式GUI應具有輕型、占用資源少、性能高、可靠性高、可配置等特點。由于Linux操作系統具有源碼公開性、可移植性、可裁剪性和靈活性等優點,所以嵌入式GUI的開發常在Linux環境下進行。

Qt/Embedded是著名的Qt庫開發商正在進行的面向嵌入式系統的Qt版本。它是專門為嵌入式系統設計圖形用戶界面的工具包,包括一個完整的窗口系統。它的特點是可移植性比較好,設計者能輕易的加入各種顯示設備和硬件輸入設備,很多基于Qt的XWindow都可以非常方便的移植到嵌入式版本。

Qt/Embedded為開發者提供了豐富的API調用功能,并公開源代碼。Qt/Embedded提供了非常豐富的窗口小部件(Widgets),并且還支持窗口部件的定制,因此它可以為用戶提供漂亮的圖形界面,但同時豐富的窗口對象也增大了軟件的體積,所以,Qt/Embedded一般用于對運行環境不太苛刻的嵌入式設備中。

3 嵌入式Qt系統的特點

Qt/Embedded移植了大量的原來基于Qt的XWindows程序,并提供了非常完整的嵌入式GUI解決方案,是一個成熟的GUI平臺,具有如下特點:

(1)Qt遵循GPL協議,開放主要的源代碼,用戶可以在GPL的規定下自由添加新特性。

(2)與其他嵌入式GUI相比,嵌入式Qt不僅是一個完整的窗口系統,而且也是一個應用程序框架,這更有利于應用程序的開發。

(3)Qt具有豐富的API,包括多達250個以上的C++類,支持諸如對圖形、網絡、數據庫、I/O操作、各種控件和XMI等眾多功能,可滿足大多數嵌入式應用系統開發的需要。

(4)Qt是一個GUI仿真工具包,它使用各自平臺上的低級繪圖函數仿真MS Windows和Motif(商用Llnix的標準GUI庫),因此程序運行速度快。

(5)Qt良好的封裝機制使得Qt的模塊化程度非常高,可靠性好,易于程序開發。

基于Qt的這些特點,在本車載嵌入式娛樂系統的開發過程中,本文采用了嵌入式Qt作為圖形用戶界面開發的GUl支持平臺,有效提高了應用程序的開發速度。

4 基于嵌入式Qt的車載GUI的設計

4.1 基于嵌入式Qt的車載GUI的總體設計

基于Linux的車載娛樂系統運行環境如表l所示,底層由Linux內核和驅動程序構成。該內核是經過裁減過的嵌入式Linux2.4,其中包括電源管理系統;驅動程序提供對各種接口硬件的支持;中間層是基于QT/Embedded的嵌入式Qt庫。它精簡和優化了各種圖形操作,程序運行時無需額外系統的支持,可以有效減少內存消耗和CPU負擔。QT/Embedded本身是可擴展的,并能不斷地升級。開發人員可以根據自己所面對的嵌入式設備的實際需要,對其進行適當的裁減,經過裁減所得到的QT/Embedded可以大約節約800k到3MB的內存空間,這樣也就意味著用Qt開發比用其他工具包開發相同的應用程序,在生成可執行文件后,代碼所占用的內存空間要小。最頂層是整個車載娛樂應用系統,它是實現車載娛樂具體功能的應用集合。

基于嵌入式Qt的車載GUI平臺的設計詳解

基于嵌入式Qt的車載嵌入式娛樂系統軟件,最大限度的滿足了車載視聽娛樂的要求。提供視頻播放、音頻播放等多媒體軟件,個人信息管理軟件,無線網絡服務等。其系統架構如圖l所示。

基于嵌入式Qt的車載GUI平臺的設計詳解

4.2 基于嵌入式Qt的窗口系統結構設計

本文設計的上層GUI窗口系統采用了客戶/服務器系統結構。該窗口系統包括:一個服務器進程、一個或者多個客戶進程。服務器負責為客戶和本身分配顯示區域,生成鼠標、鍵盤或者觸摸屏事件,它通常包含那些啟動客戶的用戶界面。而客戶則通過與服務器通信來申請顯示區域,接受鼠標或觸摸屏事件。客戶可以直接訪問所分配的顯示區域,以便為用戶提供GUI服務。服務器和客戶通過共享內存的方式來傳遞所分配顯示區域上的信息。窗口系統體系結構如圖2所示。

基于嵌入式Qt的車載GUI平臺的設計詳解

服務器(進程)維護著一組區域,當窗口被創建、移動、改變大小和破壞時,通過這組區域來改變每個客戶的申請。該區域存放在共享內存中,在執行繪圖操作時,客戶可以從中讀取信息;服務器連接著一些系統設備,如鼠標、鍵盤或者觸摸屏,服務器負責將這些設備所產生的事件發送到適當的客戶進程。服務器能夠生成一個設備獨立的鼠標或鍵盤事件,并將其發送到相應的客戶進程。觸筆設備通常沒有鼠標光標,但是觸筆操作能轉化為設備獨立的鼠標事件,然后由客戶以標準事件進行處理。

嵌入式Qt為客戶(進程)提供API,當客戶使用Qt API畫線時,QT/Embedded庫能直接訪問顯存,完成畫線工作;在一些情況下嵌入式Qt客戶庫需要與服務器進程建立連接,如在客戶進程啟動時,發生了會影響到全局后果的操作而與服務器通信時。例如,當客戶進行了拖放操作后,由于窗口覆蓋而導致顯示區域的變化,則從用戶那里接收到鼠標和鍵盤事件時就需要建立這樣的連接;嵌入式Qt客戶庫負責處理所有的繪畫操作,包括文本顯示和字體處理等。

4.3 基于嵌入式Qt的事件響應設計

在前述的客戶/服務器系統結構中,每個鍵的按下、釋放都以QWSKeyEvent事件發出。一個QWSKeyEvent事件通常包括以下各域:

Unicode:Unicode值。

Keycode:Qt鍵碼值,定義在qnamespace.h頭文件中。

Modifier:位域, 包括Qt::ShiftButton,Qt::ControlButton和Qt::AltButton。

Is press:鍵按下時為真,釋放時為假。

Is auto repeat:鍵處于自動重復狀態時為真。

嵌入式Qt處理鍵事件的過程為:鍵盤驅動程序負責從設備中讀取數據,并將鍵事件發送到服務器中。當服務器從鍵盤驅動程序接收到一個鍵事件時,它首先要經過一個事件過濾器,然后再將其發送至每個客戶進程,最后由客戶進程負責處理鍵事件,并將其發送到適當的窗口。具體流程如圖3所示。

基于嵌入式Qt的車載GUI平臺的設計詳解

這里,鍵事件未必都來自鍵盤設備,包括觸摸屏,觸筆都可以產生鍵事件。服務器在任何時候都可以調用函數QWSServer::sendKeyEvent()產生鍵事件。根據這個特點,再結合事件過濾器的特性,便可構造出所需的輸入服務器平臺。

在Qt中,一個事件通過調用QObject::event()被發送到繼承自QObject的對象。事件發送就是一個事件已經產生,由QEvent正好去表達,且QObject需要去回應。多數事件來自窗口系統類QWidget,如QMouseEvent,QkeyEvent事件。某些事件來自其他源頭,如QTimerEvent,而某些來自應用程序,Qt會一視同仁的處理。

事件過濾器在目標對象處理之前去處理事件。過濾器通過調用QObject::eventFilter()實現,它可以接受或丟棄過濾,也可容許或拒絕進一步去處理事件。如果所有的事件過濾器允許進一步的處理事件,事件自己就被送達目標對象。本文在服務器進程中安排事件過濾器,接收鍵事件,經過處理后,將結果發送到客戶進程。在客戶進程中,處理鍵事件,并發送到適當的窗口中。

5 結語

嵌入式Linux是目前流行的嵌入式系統解決方案,而嵌入式GUI是嵌入式Linux不可缺少的組成部分。本文通過分析、比較目前流行的幾種嵌入式GUI,選擇了嵌入式Qt作為研究對象并對其進行了深入討論,在此基礎上完成了基于嵌入式Qt的車載GUI的設計和實現,具有較高的經濟價值,并可為其他嵌入式娛樂系統提供參考價值。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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