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嵌入式Linux系統下Microwindows的應用
摘要：通過(guò)對嵌入式GUI軟件Microwindows進(jìn)行分析并與X window進(jìn)行對比，闡述Microwindows用于嵌入式設備上的優(yōu)點(diǎn)；簡(jiǎn)要論述Microwindows的體系結構和圖形應用程序接口；介紹其設備驅動(dòng)特性、API、客戶(hù)機/服務(wù)器模型、畫(huà)圖機制和FLTK。引言
在進(jìn)入后PC時(shí)代以后，嵌入式設備以一種無(wú)法抑制的迅猛速度普及和發(fā)展到日常生活及工作當中，眾多知名開(kāi)發(fā)商為了搶占市場(chǎng)和爭奪利潤，競相推出各種性能優(yōu)異的軟硬件及內核芯片。鑒于以視窗為代表的桌面操作模式取得巨大成功，該模式目前已成為國內外開(kāi)發(fā)者們在嵌入式設備中的首選方案。
近幾年，隨著(zhù)Linux技術(shù)的興起，越來(lái)越多的企業(yè)和科研機構把目光轉向嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)和研究。Linux不僅具有桌面電腦的全部功能和特性，允許修改和根據用戶(hù)的要求進(jìn)行定制，而且作為一種免費的開(kāi)放式源碼，還支持目前在嵌入式設計領(lǐng)域中常用的新型微處理器，如StrongARM、MIPS以及PowerPC等，具有穩定、高效、易定制、易裁減、硬件支持廣泛等特點(diǎn)。Microwindows是一個(gè)著(zhù)名的開(kāi)放式源碼的嵌入式GUI軟件，目的是把圖形視窗環(huán)境引入到運行Linux的小型設備和平臺上。作為X Window系統的替代品，Microwindows可用更少的RAM和文件存儲空間（100K～600KB）提供相似的功能，允許設計者輕松加入各種顯示設備、鼠標、觸摸屏和鍵盤(pán)等；可移植性非常好，可用C語(yǔ)言和少部分匯編語(yǔ)言實(shí)現，支持Intel 16位、32位CPU，MIPS R4000以及基于A(yíng)RM內核的處理器芯片，有多種平臺支持Microwindows。
1 X Window的不足
由于使用了帶有TCP/IP結構的自由式開(kāi)放源碼操作系統，使嵌入式設備進(jìn)入了一個(gè)創(chuàng )新應用時(shí)代，不過(guò)這些新的應用需要考慮其資源環(huán)境，這是因為多數的嵌入式設備缺少硬件驅動(dòng)和大的RAM。目前，在Linux系統中普遍使用X Window系統，如圖1所示。X Window是在20世界80年代早期由MIT、DEC等提出來(lái)的，是一個(gè)基于Client/Server結構的視窗系統；允許在任一臺UNIX主機（Clients——客戶(hù)端）上運行程序，而在基于X的終端（Server——服務(wù)器）上顯示出來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，相當一部分代碼用于確認主機和服務(wù)器上運行的Client/Server程序是否正常。目前，大多數X的客戶(hù)端和服務(wù)器是在同一臺機器上運行，X Window服務(wù)器經(jīng)編譯后一般用于自動(dòng)檢測硬件。服務(wù)器中還包含有眾多的畫(huà)圖函數，它們的位置根據執行速度被位置在裁減層之上或之下。這些便利X Window過(guò)于臃腫和復雜，運行時(shí)需要至少8MB的內存空間。
2 Microwindows分析比較
對于大多數嵌入式設計，尤其是在運行專(zhuān)用圖形程序的場(chǎng)合，X Window不是一種恰當的選擇。由此而發(fā)展起來(lái)的Microwindows是專(zhuān)門(mén)設計用于在小型設備上開(kāi)發(fā)具有高品質(zhì)圖形功能的開(kāi)放式源碼桌面系統，有許多針對現代圖形視窗環(huán)境的功能部件。它的結構設計使其可方便地加入不同的顯示、鼠標、觸屏以及鍵盤(pán)等設備。Microwindows基于2.2.0版本的Linux系統如圖2所示。其內核所包含的代碼允許用戶(hù)程序將圖形顯示的內存空間作為framebuffer進(jìn)行存取操作，這樣在用戶(hù)程序空間中可作為內存映射區域來(lái)直接控制圖形顯示，可使得用戶(hù)在編寫(xiě)圖形程序的時(shí)候不再需要去了解底層硬件，這是目前Microwindows在嵌入式系統中被很多人使用的原因。
設計得在設計Microwindows時(shí)沿用了已有的兩個(gè)圖形應用程序接口（API）：一是Microsoft Windows中Win32/WinCE的圖形設備接口（GDI），它適用于所有Windows CE和Win32的應用程序；另外就Nano-X(Xlib-like界面)，它與GDK非常相似，用在Linux上，是像X的API，用于占用資源少的應用程序。這使得熟悉Windows或者是Linux X11的用戶(hù)可在熟悉的環(huán)境下開(kāi)發(fā)圖形應用程序。
Microwindows在運行過(guò)程中僅需要50～250KB的內存空間，遠小于X Windows系統所需空間。這主要是因為Microwindows對于在驅動(dòng)層的每一個(gè)繪圖函數采用的是單進(jìn)程的方式，由驅動(dòng)層核驗是否裁減并調用驅動(dòng)程序來(lái)繪制未被裁減的像素點(diǎn)或線(xiàn)；而在X Window系統中，則是出于對速度的考慮，包含所有像素點(diǎn)的繪制程序并分別有裁減和未裁減的版本。Microwindows完全支持新的Linux內核的幀緩沖區結構，同時(shí)支持1、2、4、8、16、24、32位像素點(diǎn)顯示，支持調色板、真彩色、灰度等顏色模式，并對渲染提供內置支持。在其API函數的支持下，還可以以RGB的格式描述上述的顏色模式，系統中包含顏色轉換的程序，可將像素點(diǎn)轉換成相近的可顯示顏色或相應單色系統中的灰度級。雖然Microwindows支持Linux系統，但它是基于相對簡(jiǎn)單的屏幕驅動(dòng)界面結構，因此，可在許多不同的實(shí)時(shí)操作系統（RTOS）上運行，甚至于那些無(wú)硬件的實(shí)時(shí)操作系統也可運行Microwindows。這樣，可使得客戶(hù)的圖形應用程序在不的工程中共享使用，也可在不同的RTOS上運行不同的目標程序而不需要重新編寫(xiě)圖形應用程序，大大提高了編程效率。
Microwindows支持圖形目標平臺的主機平臺競爭，也就是說(shuō)應用于Linux的Microwindows應用程序不需要跨平臺編譯，就可在桌面上直接運行和測試，同時(shí)仍可在目標平臺上運行。這一點(diǎn)需通過(guò)使用Micorwindows的X11屏幕驅動(dòng)器實(shí)現，同時(shí)驅動(dòng)器可以根據像素點(diǎn)和顏色值來(lái)模擬目標平臺的顯示。因此，即使桌面系統是24位的顏色模式，它也可以以2色模式顯示目標系統中的應用程序。
對于那些熟悉使用Microsoft Windows或Linux X Windows
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