密級分類號編號成績本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯原文標題ResearchandImplementationofEmbeddedGraphicUserInterfaceBasedonLinux譯文標題嵌入式圖形界面系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)作者所在系別計算機科學(xué)與工程作者所在專業(yè)計算機科學(xué)與技術(shù)作者所在班級******作者姓名******作者學(xué)號****指導(dǎo)教師姓名**指導(dǎo)教師職稱**完成時間2021年2月北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制譯文標題嵌入式圖形界面系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)原文標題ResearchandImplementationofEmbeddedGraphicUserInterfaceBasedonLinux作者LiuYijun，ChenWenbin,HeXiaoman譯名劉毅軍，陳文斌，何小曼國籍中國原文出處

會議記錄基于Linux的嵌入式圖形用戶界面的研究與實現(xiàn)劉毅軍，陳文斌，何小曼西南石油大學(xué)計算機科學(xué)學(xué)院hexiaoman_2021@163摘要：雖然在深入的研究Linux系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的圖形用戶界面〔GUI〕，本文設(shè)計了一種基于Linux的嵌入式GUI，并將之實現(xiàn)。測試分析說明，研究成果和描述的設(shè)計思路和方法是合理，可行的，對于類似軟件的開發(fā)有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：Linux的嵌入式系統(tǒng)，圖形用戶界面Ⅰ.引言隨著計算機技術(shù)的開展，嵌入式系統(tǒng)已成為計算機領(lǐng)域的一個重要組成局部。所謂的嵌入式系統(tǒng)，是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為根底，軟件和硬件可定制的，以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的嚴格的專用計算機系統(tǒng)對功能，可靠性，本錢，體積，功耗的要求。嵌入式計算機中的應(yīng)用數(shù)量遠遠超過了各種通用計算機，制造工業(yè)，過程控制，通訊，設(shè)備，儀器儀表，汽車，船舶，航空，航空航天，軍事裝備，消費類產(chǎn)品都是嵌入式計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。Ⅱ基于嵌入式Linux的用戶界面A.嵌入式作業(yè)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)以用戶為導(dǎo)向，以產(chǎn)品為導(dǎo)向，以應(yīng)用為導(dǎo)向，功能不同于一般通用計算機，嵌入式系統(tǒng)是一個特殊的針對特定應(yīng)用系統(tǒng)，一般其對本錢敏感，對其硬件和軟件必須有效地設(shè)計，量身定制，去除冗余。一個很好的嵌入式系統(tǒng)是最小的系統(tǒng)來完成的預(yù)定目標。在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中，嵌入式軟件是實現(xiàn)多種系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，也是計算機技術(shù)最活潑的研究方向之一。在一般情況下，嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件兩個主要局部組成，硬件局部包括處理器/微處理器，存儲器，外圍設(shè)備的I/O端口，圖形控制器等嵌入式系統(tǒng)。與一般的計算機處理系統(tǒng)不同，它不具有大容量硬盤作為存儲介質(zhì)，而用最普遍使用的EPROM，EEPROM，或閃存作為存儲介質(zhì)。軟件局部包括操作系統(tǒng)軟件，該軟件需要實時和多任務(wù)操作，并可對應(yīng)用程序編程。操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序與硬件交互，以及應(yīng)用程序控制系統(tǒng)的操作和行為。B.圖形用戶界面概述廣泛普及是目前的計算機技術(shù)極大地方便了非專業(yè)用戶使用的主要成就之一，人們不再需要死記硬背大量的命令，但可以很容易地通過操作窗口和菜單對計算機進行操作。GUI系統(tǒng)通常由三個根本層次是顯示模式，窗口模式和用戶模式，用戶模型，包含顯示器的主要特點和互動，從而長期的GUI有時僅是指用戶模型。圖1是GUI系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。桌面管理系統(tǒng)用戶模型窗口模型操作系統(tǒng)硬件圖1.GUI系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)底部是上述操作系統(tǒng)的計算機硬件平臺，上面的是計算機操作系統(tǒng)，是GUI顯示模式，用以確定屏幕上的圖形顯示模式。不同的圖形用戶界面系統(tǒng)使用不同的顯示模式。以上顯示模式是窗口GUI系統(tǒng)模型。這是決定如何顯示在屏幕上的窗口，如何改變大小，如何移動和水平的關(guān)系之間的窗口，它通常由兩局部組成：首先是編程工具，第二個是如何輸出和閱讀對屏幕上的信息的描述，因為X窗口不僅要求如何顯示根本圖形對象，也提供了如何顯示窗口，所以它不僅可以是一個圖形用戶界面顯示模式，而且還可以是窗口模式。窗口模型的頂部是用戶模式，這也被稱為圖形用戶界面，它包括兩局部：一種是用戶界面的工具，另一個是對如何在屏幕上組織各種圖形對象和如何開展這些對象之間的互動的描述。Ⅲ.嵌入式GUI系統(tǒng)的設(shè)計A.系統(tǒng)架構(gòu)嵌入式GUI系統(tǒng)采用分層設(shè)計，其體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。應(yīng)用程序編程接口核心I/O接口圖2.嵌入式GUI的層次結(jié)構(gòu)API是應(yīng)用程序編程接口，提供各種GUI對象〔如窗口，菜單等〕。核心是提供中心的圖形操作功能，如消息機制，圖形設(shè)備接口，字體，窗口和桌面管理功能，中心的圖形操作層的核心模塊的特定分區(qū)如圖3所示。控制庫控制庫圖形資源核心機制模塊LALGAL初始化桌面子模塊驅(qū)動模塊定時器圖3．中心的圖形操作層結(jié)構(gòu)LAL和GAL是單獨的硬件設(shè)備輸入抽象層和圖形輸出抽象層,這是根本輸入輸出設(shè)備，以方便GUI連接到不同的輸入和輸出設(shè)備,以到達良好的可移植性和GUI系統(tǒng)的多功能性。B.核心機制的設(shè)計和實施核心機制模塊是嵌入式GUI系統(tǒng)的最重要組成局部，包括消息和事件驅(qū)動機制，桌面操作預(yù)先定義的堆棧，初始化，定時器操作等幾個子模塊，以下將簡要介紹這幾個子功能模塊。C消息和事件驅(qū)動機制的子模塊該子模塊主要負責消息接收，分配和路由操作。1〕消息隊列初始化：考慮到多消息隊列GUI系統(tǒng)開銷和資源消耗的系統(tǒng)缺陷，通常有很少的互動關(guān)系的圖形用戶界面和實時控制任務(wù)，因此GUI本是一個單一的消息隊列架構(gòu)。當運行在正常工作狀態(tài)時，GUI系統(tǒng)將初始化消息隊列。2〕消息循環(huán)：當控制應(yīng)用程序窗口和控件創(chuàng)立已經(jīng)完全顯示在屏幕上，進入消息循環(huán)，等待輸入事件，消息循環(huán)流如圖4所示。獲取信息獲取信息信息類型識別消息數(shù)據(jù)分析消息數(shù)據(jù)分布是否輸出消息結(jié)束是否圖4消息循環(huán)流程圖3〕消息分布：從消息隊列中刪除消息后，他們將被分配到相應(yīng)的窗口或控件，被他們消息處理函數(shù)響應(yīng)。D.Desktop子模塊桌面是非常重要的圖形用戶界面系統(tǒng)的一局部，這相當于一個底部窗口，它涵蓋了所有主要的窗口，也保存了許多全球業(yè)務(wù)在GUI中，如輸入消息的分布；增加影響的主要窗口的處理。此外，顯示，刪除，移動和其他對環(huán)境的業(yè)務(wù)，并完成相應(yīng)的映射操作，通過分布的PAINT的相關(guān)消息，調(diào)用窗口模塊或GUI模塊的功能。1〕窗口添加：除了設(shè)定自己的屬性值，當用戶在調(diào)用系統(tǒng)API創(chuàng)立一個主窗口時，相關(guān)系統(tǒng)的信息也將被改變，例如：新的主窗口和現(xiàn)有的主窗口之間有重疊的關(guān)系，這將關(guān)系到Z序列表的操作：新增加的主窗口將導(dǎo)致現(xiàn)有的主要窗口削減信息的變化。2〕窗口刪除：在GUI中它往往需要刪除一個主窗口，例如，對話框在主窗口的形式出現(xiàn)，所以它將被關(guān)閉，它應(yīng)該被刪除，用戶可能有獨立刪除一個主窗口。窗口模塊提供的功能來刪除通過系統(tǒng)調(diào)用的窗口，到桌面最終發(fā)送MEG_REMOVEMAINWIN的消息。假設(shè)要移動主要窗口到頂端。需要顯示其他窗口被遮住的局部，然后更新目標窗口的移動對其他窗口的影響以及系統(tǒng)變量。3〕窗口顯示：窗口模塊提供系統(tǒng)調(diào)用GUI窗口顯示功能，其命令參數(shù)設(shè)置初始值是SW_SHOW時，窗口顯示為無法看到。對于主窗口，它實際上是發(fā)送MSG_SHOWMAINWIN消息到桌面。4〕窗口移動：GUI系統(tǒng)的根本要求之一是可以拖動窗口，為窗口模塊提供了一個系統(tǒng)調(diào)用GUI窗口顯示函數(shù)來完成這個功能，和發(fā)送MSG_SHOWMAINWIN消息到桌面。E.子模塊的初始化這是一個根本的GUI系統(tǒng)模塊，每個GUI操作的開始均是通過這個模塊的API函數(shù)開展整個GUI環(huán)境參數(shù)的設(shè)置和初始化操作。當要終止GUI時，初始化模塊只提供了一個整體的GUI初始化函數(shù)和去除功能，因此界面的入口函數(shù)可以通過調(diào)用GUI初始化函數(shù)初始化GUI的各種操作，使GUI正常工作。去除功能的GUI終止是負責在終止所有相關(guān)的清理工作完成GUI功能的。F.定時器子模塊定時器是一個GUI的非常重要的組成局部，當用戶需要及時處理時將使用它，并在系統(tǒng)中使用一定的操作。用戶在使用它之前必須先設(shè)置定時器，它由在TJMER模塊表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定時器，定時器限值涉及到記錄定時器時比它更大值，它將發(fā)送一個MSGTIMER消息給所屬窗口的計時器。G.系統(tǒng)性能測試本文僅測試事件-驅(qū)動響應(yīng)速度，結(jié)果如表1和表2所示。表Ⅰ.Windows事件響應(yīng)速度測試事件創(chuàng)立頻率(/s)銷毀頻率(/s)滾動頻率(/s)翻新頻率(/s)單色2.93.02.83.1彩色4.3表Ⅱ.控制事件響應(yīng)速度測試事件點擊頻率(/s)文本集頻率(/s)翻新頻率(/s)單色3.02.92.8彩色從上面可以看出，與其他嵌入式GUI系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有更好的可移植性，準備和可裁剪性，系統(tǒng)資源消耗少。Ⅳ.結(jié)論目前，嵌入式Linux系統(tǒng)的研究正在蓬勃開展，已經(jīng)占據(jù)了很大的市場份額，但在基于嵌入式Linux系統(tǒng)的GUI系統(tǒng)的開展階段，有許多重要問題有待解決。本文設(shè)計了一個嵌入式的基于Linux的圖形用戶界面，并實現(xiàn)了它。它的測試結(jié)果和分析說明，與其他嵌入式GUI系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有更好的可移植性，準備和定制，系統(tǒng)資源消耗少，對于相關(guān)軟件的開展有一定的參考價值。參考[1].基思.哈維蘭，迪娜灰色，本薩拉馬Unix系統(tǒng)編程。〔第二版〕艾迪·韋斯利，2004：321-323。[2].米哈伊爾，使用一個GUI框架瀏覽和搜索編寫的應(yīng)用程序的源代碼，軟件工程，2002年，ICSE2002，第24屆國際大會，2002年，327-337。[3].羅素，丹尼爾·昆蘭密碼博士。文件系統(tǒng)層次標準V2.3，文件系統(tǒng)層次標準集團，2004年55-56。[4].謝爾，乙，嵌入式處理的崛起和開放標準的時機[J]IEEE技術(shù)與社會“雜志，2004.23〔2〕夏季：4-5。[5].尼科斯·羅伊·費道宜，維克多等。嵌入式系統(tǒng)軟件本錢估算與ISPE的第十屆國際會議并行工程環(huán)境訴訟2003：353-357。[6].梅蒙AM，波拉克ME。層次??的GUI測試用例生成使用自動化規(guī)劃。軟件工程匯刊，2001，2.V01.27，144.155。ResearchandImplementationofEmbeddedGraphicUserInterfaceBasedonLinuxLiuYijun，ChenWenbin,HeXiaomanComputerScienceCollege，SouthwestPetroleumUniversityhexiaoman_2021@163．comAbstract-thoughtheIn-depthresearchonLinuxsystemandembeddedsystemgraphicaluserinterface(GUI),thispaperdesignsanembeddedGUIbasedonLinuxandimplementsit．Thetestanalysisshowsthattheresearchresultsandthedescribeddesignideasandmethodsarereasonable,feasible,havecertainreferencevalueforsimilarsoftwaredevelopment.Keywords-Linux;embeddedsystem;GUIⅠ.INTRODUCTIONWiththedevelopmentofcomputertechnology,embeddedsystemhasbecomeanimportantpartofthecomputerfield．Theso-calledembeddedsystem,thatis,aspecialcomputersystemwithapplicationascenter,computertechnologyasthebasis，softwareandhardwarecanbetailoredtomeettheapplicationSystemstrictrequirementsforfunctionality,reliability,cost,size，andpowerconsumption．Embeddedcomputerfarexceedsavarietyofgeneral-purposecomputersinthenumberoftheapplications，manufacturingindustry,processcontrol,communications，equipment,instruments，automobiles，ships，aviation,aerospace，militaryequipment,andconsumerproductsarealltheapplicationfieldoftheembeddedcomputer．Ⅱ．USERINTERFACEBASEDONEMBEDDEDLINUXA.EmbeddedoperationsystemEmbeddedsystemhasuser-oriented,product-oriented,application-orientedfeatures．Differentfromgeneral—purposecomputers，embeddedsystemisaspecialsystemforspecificapplications，generallyiscost-sensitive，anditshardwareandsoftwaremustbeefficientlydesigned,tailoredtoremoveredundancy．Agoodembeddedsystemistheminimumsystemtocompletethetargetfunctions．Inembeddedsystemdevelopment,embeddedsoftwareisthekeytoachieveavarietyofsystemfunctions,alsooneofthemostactiveresearchdirectionsofcomputertechnology．Ingeneral，embeddedsystemconsistsofhardwareandsoftwaretwomajorcomponents．Thehardwarepartincludesprocessors／microprocessors，memory，peripheraldevices，I／0ports，graphicscontrollerandsoon．Embeddedsystemisdifferentfromthegeneralcomputerprocessingsystems,whichdoesnothavealarge-capacitystoragemediumasharddrive．butmostuseEPROM，EEPROM．orflashmemoryasstoragemedium．Thesoftwarepartincludesoperatingsystemsoftwarewhichneedsreal-timeandmultitaskingoperations，andtheapplicationprogramming．Theoperatingsystemcontrolstheapplicationprogrammingandhardwareinteraction,andtheapplicationcontrolsthesystemoperationandbehaviors．B．GUIoverviewThebroadpopularityisoneofthemajorachievementsofcurrentcomputertechnology，whichgreatlyfacilitatestheuseofnon-professionalusers，andpeoplenolongerneedstocramalotofcommands．butcaneasilyoperatethroughthewindowandmenu．AGUIsystemisusuallycomposedbythreebasiclevelswhicharedisplaymodel,windowmodelandusermodel．Usermodelcontainsthemainfeaturesofdisplayandinteraction,thusthetermofGUIsometimesonlyreferstotheusermodel．Figure1istheGUIsystemhierarchystructure.DesktopmanagementsystemUsermodelWindowmodelOperatingsystemHardwareFigure1.GUIsystemhierarchystructureThebottomisthecomputerhardwareplatform,theaboveofwhichisthecomputeroperatingsystem．TheaboveoftheoperatingsystemistheGUIdisplaymodelwhichdeterminesthebasicdisplaymodeofthegraphicsonthescreen．Differentgraphicaluserinterfacesystemsusedifferentdisplaymodels．TheaboveofthedisplaymodelisthewindowmodeloftheGUIsystem．whichistodeterminehowtodisplaythewindowonthescreen,howtochangethesize，howtomoveandthelevelrelationshipbetweenthewindows．Itusuallyconsistsoftwoparts：firstistheprogrammingtool，andthesecondisthehowtomoveoutputandreadthedescriptionofthescreeninformation.BecauseXwindownotonlyrequireshowtodisplaybasicgraphicsobjects，butalsoprovideshowtodisplaythewindow，soitcannotonlybeagraphicaluserinterfacedisplaymodel，butalsocanbeawindowmodel．Thetopofthewindowmodelistheusermodelwhichisalsoknownasgraphicaluserinterfacesense．Itincludestwoparts：oneistheuserinterfacetool；theotheristhedescriptionofhowtoorganizethevariousgraphicalobjectsonthescreen,andhowtocarryoutinteractionbetweentheseobjects．Ⅲ．EMBEDDEDGUISYSTEMDESIGNA.SystemarchitectureEmbeddedGUIsystemuseshierarchicaldesign,thearchitectureasshowninfigure2．APICoreI/OinterfaceFigure2.EmbeddedGUIhierarchicalstructureAPIistoprovidetheapplicationprogramminginterfacefunctionsforvariousGUIobjects(suchaswindows,menus,etc．)．Coreistoprovidecentricgraphicaloperationfunctions，suchasmessagemechanism，graphicsdeviceinterface，fonts，windowanddesktopmanagementcapabilities．TheparticularpartitionofthecentricgraphicaloperationlayerCoremoduleisshownasinfigure3．ControllibraryControllibraryGraphicresourcesCoremechanismmoduleLALGALInitializationDesktopsub-moduleDrivingmoduleTimerFigure3．CentricgraphicaloperationlayerstructureLALandGALisseparatelythehardwaredeviceinputabstractionlayerandthegraphicsoutputabstractionlayer，whichareconnectedwiththeunderlyinginput-outputdevicetofacilitatetheGUItoconnectdifferentinputandoutputdevices，toachievegoodportabilityandversatilityoftheGUIsystem．B.CoremechanismdesignandimplementationThecoremechanismmoduleisthemostimportantcomponentoftheembeddedGUIsystem,includingmessageandevent-drivenmechanism，desktopoperationspre-definedstack,initialization,andtimeroperationseveralsub-modules，thefollowswillbrieflyintroducethefunctionsofseveralsub-modules.CMessageandevent-drivenmechanismsub-moduleThissub-moduleismainlyresponsibleformessagereceiving,distributionandroutingoperations．1)Messagequeueinitialization:consideringthedefectsofthemulti-messagequeueGUIsysteminsystemoverheadandresourceconsumption,andthereareusuallyverylittleinteractionbetweenthegraphicaluserinterfaceandreal-timecontroltasksinaembeddedsystem,sotheGUIinthispaperisasinglemessagequeuearchitecture．TheGUIsystemwillinitializethemessagequeuewhenbeginningrunningtomakeitinanormalworkstate．2)Messagecycle:whenthewindows,controlstheapplicationcreatedhavebeencompletelydisplayedonthescreen,toenterthemessageloopwaitingforinputevents,andthemessagecycleflowasshowninfigure4.ObtainmessageObtainmessageMessagetypediscriminationMessagedataanalysisMessagedatadistributionWhetherthemessageoutENDYNFigure4messagecycleflowchart3)Messagedistribution:afterthemessagesremovedfromthemessagequeue,theywillbedistributedtothecorrespondingwindoworcontrol,toberespondedbytheirmessageprocessingfunction．D.Desktopsub-moduleDesktopisaveryimportantpartoftheGUIsystem,whichisequivalenttoabottomwindow，allthemainwindowsarecoveredonit,alsoitpreservesmanyglobaloperationsintheGUI，suchasthedistributionofinputmessages；processingtheimpactofthemainwindowaddition,display，deletion,movementandotheroperationsontheenvironment,andthecompletionofthecorrespondingmappingoperationsthroughthedistributionofthePAINTrelatednews,callingthewindowmoduleorGUImodulefunctions．l)Windowaddition:whentheusercreatingamainwindowinthecallingsystemAPI,inadditiontosettingitsowncharacterattributevalue,alsotherelatedsysteminformationwillbechanged,forexample,thereisoverlappingrelationshipbetweenthenewmainwindowandtheexistingmainwindow,whichwillberelatedtotheoperationoftheZorderlist:andthenewaddedmainwindowwillleadtothechangeoftheexistingmainwindowcutinformation．2)Windowdeletion:intheGUI,itisoftenneededtodeleteamainwindow,forexample,thedialogisoccurredintheformofmainwindow,sowhenitwillbecloseditshouldbedeletedandusersmayhavetoindependentlyremoveamainwindow．Thewindowmoduleprovidesthefunctiontodeletethewindowthroughsystemcalling,andultimatelysendsMEG_REMOVEMAINWINmessagetothedesktop．Tomoveamainwindowtothetoplaver．itneedstodisplaythepartoriginallycoveredbyotherwindows,andthenupdatetheimpactofthemovementonotherwindowsandsystemvariables．3)Windowdisplay:windowmoduleprovidessystemcallaGUIwindowshowfunction,whensettingitscommandparameterisSW_SHOW,awindoworiginallycouldnotseecanbedisplayed.Forthemainwindow,itactuallyistosendaMSG_SHOWMAINWINmessagetothedesktop．4)Windowmovement:oneofthebasicrequirementsoftheGUIsystemisthatthewindowcanbedraggedsothewindowmoduleprovidesasystemcallaGUIwindowshowfunctiontocompletethisfunction,andsendMSG_SHOWMAINWINmessagetothedesktop.E.Initializationonsub-moduleItisabasicGUIsystemmodule，andthebeginningofeachGUIoperationwillcarryoutsetandinitializationoperationsfortheentireGUIenvironmentparametersthroughtheAPIfunctionofthismodule．InitializationmoduleonlyprovidesanoverallGUIinitializationfunctionandaclearancefunctionwhenterminatingtheGUI,thustheGUIentrancefunctioncaninitializethevariouspansoftheGUIthroughcallingaGUIinitializationfunction,tomaketheGUIworknormally．TheclearancefunctionofGUIterminationisresponsibleforthecompletionofallrelevantclearanceworkintheterminationoftheGUI.F.Timersub-moduleTimerisaveryimportantcomponentoftheGUI．Whenusersneedtotimelyprocessacertainoperationitwillbeused,andalsousedinthesystem．Usersmustfirstsetthetimerbeforeusingit,anditinTJMERmoduleisexpressedbythedatastructureTIMER,Timerlimitvaluereferstothatwhentherecordingvalueofthetimergreaterthanit，itwillsendaMSGTIMERmessagetothewindowthetimerbelongedto．G.SystemperformancetestingThispaperonlyteststheevent—drivenresponsespeed,theresultsasshownintable1andtable2．TABLEⅠ．WINDOWSEVENTRESPONSESPEEDTesteventCreationFrequency(/s)DestructionFrequency(/s)RollFrequency(/s)RefurbishmentFrequency(/s)Monochrome2.93.02.83.1Multicolor4.3TABLEⅡ．CONTROLEVENTRESPONSESPEEDTesteventClickFrequency(/s)TextsetFrequency(/s)RefurbishmentFrequency(/s)Monochrome3.02.92.8MulticolorFromtheaboveitcanbeseen,comparedwithotherembeddedGUIsystems，thissystemhasbetterportability，preparationandcustomization,andthesystemresourceconsumptionisfewer．IV．CONCLUSIONAtpresent,thestudyoftheembeddedLinuxsystemisbooming，andhasoccupiedalotofmarketshare，buttheGUIsystembasedonemb