1 引言

随着汽车用户对车载娱乐系统的要求不断地提高,传统的字符界面和简单的图形界面已不能完全满足用户的需求,人们对轻量级嵌入式GUI（Graphic User Interface,图形用户界面）的需求越来越迫切。嵌入式GUI是人机交互技术的重要组成部分,以其丰富的图形图象信息、直观方便的操作等特点被越来越多的嵌入式系统所采用,也成为当今嵌入式技术应用研究领域的焦点之一。

X Window系统是一个基于客户／服务器（Client／Server）结构的视窗系统,此系统配置在大多数的UNIX系统、DEC的VAX／VMS操作系统以及Linux系统中,可以自由拷贝以及传播,但是系统庞大,占用内核资源较多。MicroWindows是一个完全开放源码、分层设计的经典GUI系统,可以替代X Window系统,但是某些关键性代码使用了汇编语言。MiniGUI系统适应于中小型企业的嵌入式GUI平台,采用分层结构,并在核心层采用hash表的方式。

2 嵌入式GUI的实现平台

GUI是图形用户接口,一般用于PC机上人机交互界面的设计。而对于嵌入式GUI来说,由于嵌入式设备对资源的要求很严格,不同的嵌入式设备需要定制不同的嵌入式系统,那么对GUI的要求也就不一样,因此,对于不同的嵌入式系统来说GUI也必须是可定制的。由于Linux操作系统具有源码公开性、可移植性、可裁剪性和灵活性等优点,所以嵌入式GUI的开发常在Linux环境下进行。

Qt／Embedded为开发者提供了丰富的API调用功能,并公开源代码。Qt／Embedded提供了非常丰富的窗口小部件（Widgets）,并且还支持窗口部件的定制,因此它可以为用户提供漂亮的图形界面,但同时丰富的窗口对象也增大了软件的体积,所以,Qt／Embedded一般用于对运行环境不太苛刻的嵌入式设备中。

3 嵌入式Qt系统的特点

Qt／Embedded移植了大量的原来基于Qt的XWindows程序,并提供了非常完整的嵌入式GUI解决方案,是一个成熟的GUI平台,具有如下特点:

（1）Qt遵循GPL协议,开放主要的源代码,用户可以在GPL的规定下自由添加新特性。

（2）与其他嵌入式GUI相比,嵌入式Qt不仅是一个完整的窗口系统,而且也是一个应用程序框架,这更有利于应用程序的开发。

（3）Qt具有丰富的API,包括多达250个以上的C++类,支持诸如对图形、网络、数据库、I／O操作、各种控件和XMI等众多功能,可满足大多数嵌入式应用系统开发的需要。

（4）Qt是一个GUI仿真工具包,它使用各自平台上的低级绘图函数仿真MS Windows和Motif（商用Llnix的标准GUI库）,因此程序运行速度快。

（5）Qt良好的封装机制使得Qt的模块化程度非常高,可靠性好,易于程序开发。

4 基于嵌入式Qt的车载GUI的设计

4.1 基于嵌入式Qt的车载GUI的总体设计

基于Linux的车载娱乐系统运行环境如表l所示,底层由Linux内核和驱动程序构成。该内核是经过裁减过的嵌入式Linux2.4,其中包括电源管理系统;驱动程序提供对各种接口硬件的支持;中间层是基于QT／Embedded的嵌入式Qt库。QT／Embedded本身是可扩展的,并能不断地升级。开发人员可以根据自己所面对的嵌入式设备的实际需要,对其进行适当的裁减,经过裁减所得到的QT／Embedded可以大约节约800k到3MB的内存空间,这样也就意味着用Qt开发比用其他工具包开发相同的应用程序,在生成可执行文件后,代码所占用的内存空间要小。最顶层是整个车载娱乐应用系统,它是实现车载娱乐具体功能的应用集合。

基于嵌入式Qt的车载嵌入式娱乐系统软件,最大限度的满足了车载视听娱乐的要求。提供视频播放、音频播放等多媒体软件,个人信息管理软件,无线网络服务等。其系统架构如图l所示。

4.2 基于嵌入式Qt的窗口系统结构设计

本文设计的上层GUI窗口系统采用了客户／服务器系统结构。该窗口系统包括:一个服务器进程、一个或者多个客户进程。服务器负责为客户和本身分配显示区域,生成鼠标、键盘或者触摸屏事件,它通常包含那些启动客户的用户界面。而客户则通过与服务器通信来申请显示区域,接受鼠标或触摸屏事件。客户可以直接访问所分配的显示区域,以便为用户提供GUI服务。服务器和客户通过共享内存的方式来传递所分配显示区域上的信息。窗口系统体系结构如图2所示。

4.3 基于嵌入式Qt的事件响应设计

在前述的客户／服务器系统结构中,每个键的按下、释放都以QWSKeyEvent事件发出。一个QWSKeyEvent事件通常包括以下各域:

Unicode:Unicode值。

Keycode:Qt键码值,定义在qnamespace.h头文件中。

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

Is press:键按下时为真,释放时为假。

Is auto repeat:键处于自动重复状态时为真。

嵌入式Qt处理键事件的过程为:键盘驱动程序负责从设备中读取数据,并将键事件发送到服务器中。当服务器从键盘驱动程序接收到一个键事件时,它首先要经过一个事件过滤器,然后再将其发送至每个客户进程,最后由客户进程负责处理键事件,并将其发送到适当的窗口。具体流程如图3所示。

在Qt中,一个事件通过调用QObject::event（）被发送到继承自QObject的对象。事件发送就是一个事件已经产生,由QEvent正好去表达,且QObject需要去回应。多数事件来自窗口系统类QWidget,如QMouseEvent,QkeyEvent事件。某些事件来自其他源头,如QTimerEvent,而某些来自应用程序,Qt会一视同仁的处理。

事件过滤器在目标对象处理之前去处理事件。过滤器通过调用QObject::eventFilter（）实现,它可以接受或丢弃过滤,也可容许或拒绝进一步去处理事件。如果所有的事件过滤器允许进一步的处理事件,事件自己就被送达目标对象。

本文通过分析、比较目前流行的几种嵌入式GUI,选择了嵌入式Qt作为研究对象并对其进行了深入讨论,在此基础上完成了基于嵌入式Qt的车载GUI的设计和实现,具有较高的经济价值,并可为其他嵌入式娱乐系统提供参考价值。