嵌入式Linux下的圖形用戶界面系統設計

2. 4. 1窗口的定義

SKY-GUI中，窗口既包含桌面、對話框這種狹義的窗口，也包含窗口控件(如按鈕、下拉菜單、編輯框等等)這樣的廣義窗口，其定義為：

typedef struct __WINDOW {

STR32 caption; / /窗口的名稱

RECT rect; / /窗口的大小、位置

int style; / /窗口的類型

MsgQueue* pMsgQ; / /附屬于窗口的消息隊列

struct __WINDOW*pFocus; / /活動窗口指針

struct __WINDOW*pParent; / /父窗口指針

struct __WINDOW*pChldHead; / /子窗口列表

struct __WINDOW*pNext; / /兄弟窗口或控件指針

struct __WINDOW*pCtrlHead; / /控件列表

WNDPROC WndProc; / /消息處理函數指針

void* data1; / /窗口私有數據

void* data2; / /窗口私有數據

void* data3; / /窗口私有數據

int msg1; / /窗口狀態變化消息

} WINDOW;

caption為窗口的名稱;rect為保存窗口位置和大小的矩形;style為窗口的類型;pMsgQ為窗口的消息隊列的指針;pFocus指向當前窗口的活動子窗口或控件;pParent指向當前窗口的父窗口;pNext指向當前窗口的兄弟窗口;pChldHead用來保存當前窗口的子窗口列表;pCtrlHead保存當前窗口的控件列表。WndProc指向當前窗口的消息處理函數;data1、data2、data3為窗口的私有數據，msg1為窗口狀態變化時需要發出的控件消息，它們的意義根據窗口的類型而定。

從窗口的定義可以看出，本文要實現的是一種樹形的窗口關系，整個系統可以擁有一個或多個主窗口，每個主窗口擁有自己的控件和子窗口，而子窗口又可以擁有各自的子窗口和控件，依此類推。

2. 4. 2窗口與消息隊列的關系

窗口定義中含有指向消息隊列的指針，但并不是所有的窗口都有自己的消息隊列。主窗口(如桌面)需要隨時呈現在用戶的面前，可以擁有自己的消息隊列;其他的子窗口、控件則沒有必要擁有自己的消息隊列。這兩類窗口用不同的方式使用事件系統。

擁有消息隊列的主窗口必須擁有自己獨立的線程，其消息發送和處理的流程如圖5所示。

圖5擁有消息隊列的窗口的消息發送和處理流程。

當其他窗口或輸入抽象層需要操作主窗口時，就調用事件系統中的Post_Msg或Send_Msg函數向該窗口的消息隊列發送一個消息。而主窗口得知有消息輸入，就調用事件系統中的Get_Msg函數取出消息，并使用Dispatch_Msg調用自己的消息處理函數，找到相應的事件處理方法處理事務。這種消息傳遞的特點是消息的發送和處理分別在不同的窗口線程中完成，一般用于兩個主窗口之間或者輸入抽象層和主窗口之間的消息通信。

沒有消息隊列的子窗口或控件處理消息的流程如圖6所示。

圖6沒有消息隊列的窗口的消息處理流程

主窗口調用事件系統中的Post_Msg或Send_Msg函數向子窗口或控件發送消息，由于該窗口沒有自己的消息隊列，事件系統不會將該消息保存，而是直接調用該窗口的消息處理函數找到具體的事件處理方式完成這次窗口操作。這種消息傳遞方式中，發送消息和處理消息都在主窗口的線程中完成，向一個窗口發送消息相當于要求該窗口立刻對事件進行處理。

SKY-GUI只設置了一個主窗口，即桌面。其他所有的窗口或對話框都作為桌面的子窗口而存在。

這樣系統中只有一個窗口線程和一個消息隊列，第一種消息處理方式只存在于輸入抽象層和桌面之間，而窗口之間的消息處理都采用第二種方式，這樣系統的線程開銷和消息循環開銷會大大減少，從而提高其運行效率。

2. 4. 3窗口之間的消息傳遞

窗口之間的消息傳遞根據消息類型的不同有兩種不同方式。

主窗口從消息隊列中取得的消息在SKY-GUI中稱為底層消息。這類消息是由主窗口處理，還是交給子窗口或是控件處理，是根據窗口定義中的pFocus變量而定的。當一個窗口的pFocus不為空時，表示該窗口上方有子窗口被用戶使用，消息應該交給它指向的子窗口處理，而這個子窗口也檢查自己的pFocus變量，依此類推;只有當一個窗口的pFocus為空，表示該窗口位于屏幕的最上方，得到的底層消息由窗口自身處理(如圖7左邊流程)。

而當控件的狀態變化產生控件消息時，其消息處理的過程正好跟上面的流程相反。控件產生的消息首先由自己處理，有必要時再送給pParent指針指向的父窗口處理，而后還有必要的話再送給父窗口的父窗口處理，最后也可以由主窗口送入消息隊列(如圖7右邊流程)。

圖7從消息隊列讀出的消息處理流程(左)和控件產生的消息處理流程(右)。

pFocus變量和pParent變量加上這樣樹形的窗口系統實質上是實現了很多GUI系統中的窗口的Z序[6](窗口的上下順序)功能。該功能是建立在子窗口顯示在其父窗口之上，且控件顯示在其所屬窗口之上的思想上的。由于底層消息一般代表用戶對輸入設備的操作，所以應該送給位于屏幕最上方的用戶正在使用的窗口處理，而控件消息一般代表著GUI界面自上而下的圖形和數據變化過程，所以應該從上到下逐層處理。

3實驗和測試

SKY-GUI現已嵌入已有的視頻監控系統項目中予以使用，它有下拉菜單、輸入框、密碼框、按鈕、軟鍵盤等十幾種控件，提供視頻監控的操控界面和配置界面。其中的一個典型的界面如圖8所示。

圖8 SKY-GUI在視頻監控系統中的典型界面。

為了測試其的性能，本文利用SKY-GUI和開源的Qt界面庫分別為視頻監控系統制作了一套用戶界面，其參數對比如表1所示。

表1 SKY-GUI與Qt在視頻監控系統中的性能比較。

很顯然，Qt在嵌入式監控系統中占用資源過多，導致其運行速度緩慢并影響到系統的正常編解碼。

而SKY-GUI加上其所需的開源圖片和字體庫大小也不超過1 M，運行時只占用4 M左右的內存，這在典型的嵌入式Linux系統中完全可以接受，也不會影響到監控系統本身的性能。可以看出，Qt要運用在該監控系統中還需進行更深層次的剪裁和性能優化，而SKY-GUI則可滿足其對界面的功能和性能需求。

4總結

本文描述了一種嵌入式Linux平臺下GUI的設計方案。實驗證明此設計方案可行，可以滿足一般嵌入式平臺上的圖形界面要求。