分類號 密級 學(xué) 位 論 文 基于 作系統(tǒng)的圖形工具開發(fā)包的設(shè)計與實現(xiàn) 關(guān)鍵技術(shù)與模塊類的設(shè)計與實現(xiàn) 作 者 姓 名 ： 鄧慶緒 副教授 東北大學(xué)計算機軟件與理論研究所 申請學(xué)位級別： 碩士 學(xué) 科 類 別 ： 工學(xué) 學(xué)科專業(yè)名稱： 計算機軟件與理論 論文 提交日期： 論文答辯日期： 學(xué)位授予日期： 答辯委員會主席： 評 閱 人 ： 東 北 大 學(xué) 2006 年 2 月 A of 006 - I - 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明 ， 所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學(xué)位論文作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。 （如作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流，請在下方簽名；否則視為不同意。） 學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 簽字日期： 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘 要 - 基于 作系統(tǒng)的圖形工具開發(fā)包的設(shè)計與實現(xiàn) 關(guān)鍵技術(shù)與模塊類的設(shè)計與實現(xiàn) 摘 要 本文首先介紹了嵌入式開發(fā)平臺的整體結(jié)構(gòu)，以及本 其中的位置和作用，接下來又對本 開發(fā)環(huán)境作了簡單的描述。 本文在深入討論當(dāng)今嵌入式領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的幾種 統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了運行在 時性嵌入式操作系統(tǒng)之上的圖形用戶界面開發(fā)包（ 整體分層結(jié)構(gòu)：底層接口抽象層、中間引擎層和上層應(yīng)用接口層。 本文在盡可能的考慮嵌入式系統(tǒng)和工控領(lǐng)域的要求下，進(jìn)行了該 塊類的功能定義和骨干類的接口實現(xiàn)。主要包括包括底層繪圖類（ ）、消息隊列類（ ）、繪圖類（ ）、繪圖對象類（ ）、鼠標(biāo)、鍵盤事件處理類（ ）、字體管理類（ ）等。 本文還詳細(xì)闡述了本 實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)：事件消息機制、窗口技術(shù)、顏色板查找算法、動態(tài)曲線繪制算法和 編譯規(guī)則等。其中，本 計實現(xiàn)了事件消息機制，它基于 消息管理器，以消息的完全封裝為特色，并對傳統(tǒng) C/文重點分析了實現(xiàn)該機制特色的關(guān)鍵設(shè)計部分，并且給出了具體實現(xiàn)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和事件消息處理邏輯流程；它還實現(xiàn)了顏色板的最接近查找算法，并對其通過增設(shè)軟件 方法做了改進(jìn)，提高查找速度；它采用了內(nèi)插法的動態(tài)曲線繪制算法，滿足工控曲線的繪制顯示要求；本文還為 用開發(fā)制定了統(tǒng)一的編譯規(guī)則，將 作系統(tǒng)、 塊庫和 用程序編譯到指定目標(biāo)硬件系統(tǒng)上的二進(jìn)制映象。 在文章的最后本文給出了本 最小系統(tǒng)定義和實現(xiàn)，并且進(jìn)行了性能評價。 關(guān)鍵詞： 嵌入式 計 事件消息機制 顏色板查找算法 編譯規(guī)則東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 of n of is in of a in On of a of UI we an of UI of UI is of is on is by of is a of , A a is to A is to of a of UI ib UI a A in of of UI is UI 第一章 引言 - 1 - 目 錄 獨創(chuàng)性聲明 . I 摘 要 . . 錄 . 1 第一章 引言 . 1 入式系統(tǒng)背 景 . 1 題來源及其描述 . 2 繼章節(jié)安排 . 3 第二章 統(tǒng)基本概念與相關(guān)工作 . 5 統(tǒng)概念及其發(fā)展歷史 . 5 統(tǒng)概念 . 5 統(tǒng)的發(fā)展歷史 . 6 入式 統(tǒng)簡介 . 6 存的主要的嵌入式 統(tǒng)簡介 . 7 T/. 7 . 9 . 10 . 11 種重要的事件消息通信機制簡介 . 12 于管道的 議 . 12 號 制 . 12 信機制 . 13 信機制 . 13 享內(nèi)存 . 15 第 三章 發(fā)環(huán)境 . 17 能儀器嵌入式開發(fā)平臺結(jié)構(gòu) . 17 件系統(tǒng) . 18 件系統(tǒng) . 21 發(fā)系統(tǒng)搭建 . 24 主機環(huán)境 . 24 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 引言 - 2 - 標(biāo)機環(huán)境 . 25 第四章 關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn) . 27 件消息機制設(shè)計實現(xiàn) . 27 間通信 . 27 部對象之間通信的設(shè)計實現(xiàn) . 27 部對象之間通信機制整體設(shè)計 . 27 息轉(zhuǎn)換中心 . 28 息管理維護(hù)中心 . 31 式下通信的設(shè)計實現(xiàn) . 33 口技術(shù) . 34 建彈出式窗口 . 34 窗口技術(shù)實現(xiàn) . 35 口 Z 序 . 36 口剪切算法 . 36 切域的計算算法 . 36 的多窗口技術(shù)探討 . 37 作系統(tǒng)支持 . 38 核對通信機制的支持 . 38 動程序的支持 . 39 譯規(guī)則制定（嵌入式的特色） . 39 色板查找算法 . 40 色板工作原理 . 40 于軟件 最接近查找算法 . 41 接近查找算法 . 41 接近查找算法之上的軟件 設(shè)計 . 42 線繪制算法 . 43 插法原理 . 43 插法算法實現(xiàn) . 44 第五章 體設(shè)計與原型實現(xiàn) . 47 統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 47 統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 47 作原理圖 . 49 統(tǒng)類設(shè)計和功能定義 . 50 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 引言 - 3 - 設(shè)計 . 50 塊類功能定義 . 51 息機制實現(xiàn)規(guī)則 . 57 戶接口以及交互技術(shù) . 57 單技術(shù) . 57 標(biāo)定位技術(shù) . 58 示（ 術(shù) . 59 它交互技術(shù) . 60 小系統(tǒng)實現(xiàn)、調(diào)試與評價 . 60 小系統(tǒng)實現(xiàn) . 60 統(tǒng)調(diào)試 . 61 試環(huán)境搭建 . 61 現(xiàn)的最小系統(tǒng)的測試調(diào)試 . 61 小系統(tǒng)性能評價 . 62 能評測要求 . 62 能測試結(jié)果 . 63 第六章 結(jié)論與未來工作 . 65 參考文獻(xiàn) . 67 致 謝 . 69 攻研期間論文發(fā)表情 況 . 71 攻研期間科研情況 . 73 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 引言 - 1 - 第一章 引言 入式系統(tǒng)背景 美 國 著名未 來學(xué) 家尼葛洛 龐 帝 99 年 1 月 訪華時預(yù)言 ， 4 5 年后嵌入式智能 (計 算機 )工 具將是繼 因特網(wǎng)之后最 偉 大 的發(fā) 明。我 國 著名嵌入式系 統(tǒng)專 家沈 緒 榜院士 98年 11 月在武 漢 全 國 第 11 次微機 學(xué)術(shù) 交流 會 上 發(fā) 表的 計 算機 的發(fā) 展與技 術(shù) 一文中，對 未 來 10 年以嵌入式芯 片 為基礎(chǔ) 的 計 算器 工業(yè)進(jìn) 行了科 學(xué) 的 闡 述和展望 1。 隨著 后 代的到 來 ，使得人 們開始 越 來 越多地接觸到一 個 新的概念 嵌入式產(chǎn) 品。像手機、 商 務(wù) 通等）均 屬于 手持的嵌入式 產(chǎn) 品， 、機 頂盒 等也屬于嵌 入式 產(chǎn) 品，而像 車載 統(tǒng)、數(shù) 控機床、網(wǎng) 絡(luò) 冰箱等同 樣 都采用嵌入式系 統(tǒng) 。形式多 樣 的 數(shù) 字化 設(shè)備 正努力把 接到人 們 生活各 個 角落，也就是 說 中 國數(shù) 字化 設(shè)備 的 潛 在消 費 者 數(shù)量將 以 億為單 位。嵌入 式軟 件是 數(shù) 字化 產(chǎn) 品的核心。如果 說 發(fā) 展 帶動 了整 個 桌面 軟件的發(fā) 展，那么 數(shù) 字化 產(chǎn) 品的 廣泛 普及必 將為 嵌入 式 軟 件 產(chǎn)業(yè) 的蓬勃 發(fā) 展提供 無窮 的推 動 力。 嵌入式系 統(tǒng) 被定 義為： 以 應(yīng) 用 為 中心、以 計 算機技 術(shù)為基礎(chǔ) 、 軟 件硬件可裁剪、 適應(yīng)應(yīng) 用系 統(tǒng)對 功能、可靠性、成本、體 積 、功耗 嚴(yán)格 要求的 專用計 算機系 統(tǒng) 。 重要的特 點 有 4 個 ： 專用 性，功能 強大 ，性價比高， 開發(fā) 周期短。 嵌入式系 統(tǒng)是將 先 進(jìn) 的 計 算機技 術(shù) 、半 導(dǎo) 體技 術(shù) 和 電 子技 術(shù) 和各 個 行 業(yè) 的具體 應(yīng)用相結(jié)合 后的 產(chǎn) 物， 這 一 點 就 決定 了它必然是一 個 技 術(shù) 密集、 資 金密集、高度分散、不 斷創(chuàng) 新的知 識 集成系 統(tǒng) 。 今天嵌入式系 統(tǒng)帶來 的 工業(yè) 年 產(chǎn) 值已超 過了 1 萬億 美元， 1997 年 來 自美 國 嵌入式系統(tǒng) 大 會 ( 報 告指出，未 來 5 年 僅 基于嵌入式 計 算機系 統(tǒng) 的全數(shù) 字 電視產(chǎn) 品，就 將 在美 國產(chǎn) 生一 個 每年 1500 億 美元的新市 場 2。美 國 汽 車 大王福特公司的高 級經(jīng) 理也曾宣 稱 ， “福特出售的 計 算能力 已超 過了 由此可以 想見 嵌入式 計 算器 工業(yè) 的 規(guī) 模和 廣 度。 縱觀國際 相 關(guān)產(chǎn)業(yè) 在 圖 形化用 戶 接口 設(shè)計 方面 的發(fā) 展 現(xiàn)狀 ， 許 多 國際 知名公司早已意 識到 產(chǎn) 品方 面產(chǎn) 生的 強大 的增值功能，以及 帶動 的巨大的市 場 價值，因此在公司 內(nèi) 部 設(shè) 立了相 關(guān)部門專門從 事 研究與 設(shè)計 。同行 業(yè)間 也成立了若干機構(gòu)，以互相交流 計理論 與 經(jīng)驗為 目的。 隨著 中 國 業(yè) ，移 動 通信 產(chǎn)業(yè) ，家 電產(chǎn)業(yè) 的迅猛 發(fā) 展，在 產(chǎn) 品的人機交互接口 設(shè)計發(fā) 展上日益 滯 后， 這對 于提高 產(chǎn)業(yè)綜 合素 質(zhì) ，提升與 國際 同行 業(yè)者 的 競爭能 力等方面 無疑 起到了很大的制 約作 用。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 引言 - 2 - 題來 源及其描述 隨著嵌入式技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展 ,面向大中型機電設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷類儀器的開發(fā)已經(jīng)形成了一個很大的產(chǎn)業(yè)，該類智能儀器的出現(xiàn)，已經(jīng)在大型機電設(shè)備維修和故障診斷方面帶來了一場革命，這就是用科學(xué)的“狀態(tài)維修”，逐漸代替非科學(xué)的周期性維修。先進(jìn)國家的大型設(shè)備都逐步采用在線維修的方法 ，采用該方法一是可以提前發(fā)現(xiàn)故障，避免重大事故和經(jīng)濟(jì)損失，二是維修變得經(jīng)濟(jì)可靠，在大型機電設(shè)備上應(yīng)用智能化狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷儀器之后，使企業(yè)可以有依據(jù)的只對有問題的設(shè)備進(jìn)行維修，而其他設(shè)備可以照常運行，產(chǎn)生效益。我國當(dāng)前普遍采用的維修方法是周期性維修，即到一定周期，不管設(shè)備有沒有問題，全部停機大拆。這種維修方法沒有可靠性依據(jù)，長時間的大修期給企業(yè)造成的損失巨大，僅以電廠的一個機組為例，一次大修需要 3 個月，給電廠造成的損失可達(dá)千萬。而在兩個維修期之間的這段時間，設(shè)備出現(xiàn)故障卻不能被提前發(fā)現(xiàn)，仍然不可避免的出現(xiàn) 一些大型事故。 面向大型設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷智能儀器的開發(fā)，在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)非常成熟，美國的 特立、恩泰克、西屋等公司的產(chǎn)品在世界各地的各大工礦企業(yè)都有成功的應(yīng)用 ,產(chǎn)生了巨大的社會效益。國內(nèi)許多企業(yè)逐漸認(rèn)識到設(shè)備在線故障監(jiān)測的重要性，美國 特立、恩泰克、西屋等公司的產(chǎn)品在中國都有應(yīng)用，先進(jìn)的維修理念已開始在我國工礦企業(yè)得到逐步的滲透。但是到目前為止 , 基于嵌入式技術(shù)的該類設(shè)備在我國仍屬空白 ,沒有成熟的產(chǎn)品應(yīng)用 ,其根本原因就是因為我國在開發(fā)這類產(chǎn)品時，沒有統(tǒng)一的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和一個共用的開發(fā)平臺，使 各個企業(yè)的開發(fā)技術(shù)力量分散，而且沒有可靠的功能和性能測試標(biāo)準(zhǔn)，極大的影響了該類產(chǎn)品開發(fā)的效率和可靠性，同國外產(chǎn)品相比，功能相差太大，沒有競爭力，市場基本上被國外公司所占領(lǐng)，開發(fā)一個該類嵌入式開發(fā)系統(tǒng)已經(jīng)是勢在必行。 同國外相比，國內(nèi)還沒有一套針對該類智能儀器開發(fā)的嵌入式軟件開發(fā)平臺和環(huán)境，因此迫切需要一套這樣的系統(tǒng)，來整體上提高我國開發(fā)該類智能儀器的水平和開發(fā)速度。為了提高該類智能化儀器產(chǎn)品的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率，滿足不同儀器開發(fā)的需要，本課題主要研究嵌入式軟件開發(fā)平臺的有關(guān)內(nèi)容。 本 課題隸屬于國 家 863項目 設(shè)備狀態(tài)檢測 與故障 診斷 的智能 儀 器嵌入 式軟件開發(fā) 平臺的 開發(fā) 。 該 863 項目 已 經(jīng) 完成了基于 307 的底 層硬件 系 統(tǒng) 和 實時 操作系 統(tǒng) 核的移值。本 課題 就是 實現(xiàn)該 嵌入式 開發(fā) 平臺 操作系 統(tǒng) 上 圖 形用 戶開發(fā) 工具包（ 開發(fā)，為該開發(fā) 平臺 實現(xiàn) 上 層圖 形用 戶 接口 開發(fā)的 支持。本 圖 形用 戶開發(fā) 工具包 （ 開發(fā) 充分考 慮 到了嵌入式系 統(tǒng) 和工控 領(lǐng) 域的特 點 ，主要包括 統(tǒng) 整體 設(shè)計 、功能 類設(shè)計實東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 引言 - 3 - 現(xiàn) 以及事 件消息機制、窗口技 術(shù) 、用 戶 接口和交互技 術(shù) 、 口 驅(qū)動 等 關(guān)鍵 技 術(shù)的 實現(xiàn) 。本 行于 作系 統(tǒng) 之上，提供豐富的功能模 塊，完善的圖形功能，清晰的用 戶開發(fā) 接口（ 力求 應(yīng) 用本 發(fā) 出 來 的 圖 形用 戶 界面功能豐富， 簡 潔美 觀 。 繼章節(jié) 安排 本章主要 對 嵌入式系 統(tǒng) 尤其是嵌入式 統(tǒng) 進(jìn) 行了 簡單 的介 紹 ，接 著講 述了 課題來 源，并 對 本 課題進(jìn) 行了概括性的描述。 第二章 對 統(tǒng)、 嵌入式 統(tǒng)進(jìn) 行了 簡單 的 敘 述， 討論了現(xiàn) 在嵌入式系 統(tǒng)中 應(yīng) 用 廣泛 的幾種嵌入式 系 統(tǒng) 機構(gòu)及其優(yōu)缺 點 ，最后 簡單 介 紹 了一下常 見 的幾種 統(tǒng)內(nèi) 部的通信方式。 第三章重 點 介 紹 了本 開發(fā)環(huán) 境。首先 說 明的是本 屬的863 項目 嵌入式系 統(tǒng)開發(fā) 平臺的整體 結(jié) 構(gòu)，以及本 其中所 處 的位置和作用。接下 來 是 對 本 主機和目 標(biāo) 機 開發(fā)環(huán) 境的 說 明。 第四章介 紹 了本 設(shè)計 實現(xiàn)的關(guān)鍵 技 術(shù) 。其中包括具有消息完全封 裝特色的消息通信機制、多窗口技 術(shù) 、 顏 色板查找算法、 動態(tài)曲線繪 制算法和 編譯規(guī)則 等。 第五章 給 出了本 整體 結(jié) 構(gòu) 設(shè)計 ，重 點 描述了模 塊類 的功能定 義 和 類接口的 實現(xiàn) 。并在最后 給 出了最小系 統(tǒng) 的 實現(xiàn) 和性 能評 價。 第六章是 結(jié)論 與未 來 工作。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 - 5 - 第二章 統(tǒng) 基本概念與相 關(guān) 工作 統(tǒng)概念及其發(fā)展歷史 統(tǒng) 概念 人機交互 圖 形化用 戶 接口 設(shè)計 ，準(zhǔn)確 點說 就是屏幕產(chǎn) 品的 視覺 體 驗 和互 動操 作部分。它是一種 結(jié)合計 算機科 學(xué) 、美 學(xué) 、心理 學(xué) 、行 為學(xué) 以及各商 業(yè)領(lǐng) 域需求分析的人機系 統(tǒng) 工程， 強調(diào) 人機 環(huán) 境三者作 為 一 個系統(tǒng)進(jìn) 行 總 體設(shè)計 ，其 設(shè)計 的主要準(zhǔn) 則 如下： （ 1） 減 少用 戶 的 認(rèn)知負(fù)擔(dān) ； （ 2）保持界面的一致性； （ 3） 滿 足不同目 標(biāo) 用 戶 的 創(chuàng) 意需求； （ 4）用 戶 接口友好性； （ 5） 圖 示 識別 平衡性； （ 6） 圖標(biāo) 功能的一致性； （ 7）建立接口與用 戶 的互 動 交流； 其主要的 應(yīng)用領(lǐng) 域有： （ 1）手機 通訊 移 動產(chǎn) 品； （ 2） 計 算機操作平臺； （ 3） 軟 件 產(chǎn) 品； （ 4） 品； （ 5） 數(shù)碼產(chǎn) 品； （ 6） 車載 系 統(tǒng)產(chǎn) 品； （ 7）智能家 電產(chǎn) 品； （ 8） 游戲產(chǎn) 品； （ 9） 產(chǎn) 品的 在線 推 廣 等； 縱觀國際 相 關(guān)產(chǎn)業(yè) 在 圖 形化用 戶 接口 設(shè)計 方面 的發(fā) 展 現(xiàn)狀 ， 許 多 國際 知名公司早已意 識 到 產(chǎn) 品方 面產(chǎn) 生的 強大 的增值功能，以及 帶動 的巨大的市 場 價值，因此在公司 內(nèi) 部 設(shè) 立了相 關(guān)部門專門從 事 研究與 設(shè)計 。同行 業(yè)間 也成立了若干機構(gòu)，以互相交流 計理論 與 經(jīng)驗為 目的。 隨著 中 國 業(yè) ，移 動 通信 產(chǎn)業(yè) ，家 電產(chǎn)業(yè) 的迅猛 發(fā) 展，在 產(chǎn) 品的人機交互接口 設(shè)計發(fā) 展上日益 滯 后， 這對 于提高 產(chǎn)業(yè)綜 合素 質(zhì) ，提升東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 - 6 - 與 國際 同行 業(yè)者 的 競爭能 力等方面 無疑 起到了很大的制 約作 用。 統(tǒng)的發(fā) 展 歷 史 圖 形用 戶 接口（ 一概念