MiniGUI 的软件架构

MiniGUI 的软件架构

4.1 基于 MiniGUI 的嵌入式系统结构
为什么 MiniGUI 能够在如此众多的嵌入式操作系统上运行？这是因为 MiniGUI 具有良好的软件
架构，通过抽象层将 MiniGUI 上层和底层操作系统隔离开来。如图 4.1 所示，基于 MiniGUI 的应用程序一般通过 ANSI C 库、操作系统和驱动程序接口以及 MiniGUI 自身提供的 API 来实现自己的功能；MiniGUI 中的“可移植层”可将特定操作系统及底层硬件的细节隐藏起来，而上层应用程序则无需关心底层的硬件平台输出和输入设备。

图 4.1 MiniGUI 和嵌入式操作系统的关系
另外，MiniGUI 特有的运行模式概念，也为跨操作系统的支持提供了便利。
4.2 MiniGUI 运行模式
如前所述，和 Linux 这样的类 UNIX 操作系统相比，一般意义上的传统嵌入式操作系统具有一些
特殊性。举例而言，诸如 uClinux、uC/OS-II、eCos 等操作系统，通常运行在没有 MMU（内存管理单元，用于提供虚拟内存支持）的 CPU 上；这时，往往就没有进程的概念，而只有线程或者任务的概念，这样，MiniGUI 的运行环境也就大相径庭。因此，为了适合不同的操作系统环境，我们可将MiniGUI 配置成三种不同的运行模式：
􀂄 MiniGUI-Threads。运行在 MiniGUI-Threads 上的程序可以在不同的线程中建立多个窗口，
但所有的窗口在一个进程或者地址空间中运行。这种运行模式主要用来支持大多数传统意义上
的嵌入式操作系统，比如 VxWorks、ThreadX、Nucleus、OSE、pSOS、uC/OS-II、eCos
等等。当然，在 Linux 和 uClinux 上，MiniGUI 也能以 MiniGUI-Threads 的模式运行。
􀂄 MiniGUI-Processes5。和 MiniGUI-Threads 相反，MiniGUI-Processes 上的每个程序是单独的进程，每个进程也可以建立多个窗口，并且实现了多进程窗口系统。MiniGUI-Processes 适合于具有完整 UNIX 特性的嵌入式操作系统，比如嵌入式 Linux。该运行模式在 MiniGUI
V2.0.x 中提供，有关该模式的详细介绍将在下面阐述。
􀂄 MiniGUI-Standalone。这种运行模式下，MiniGUI 可以以独立任务的方式运行，既不需要多线
程也不需要多进程的支持，这种运行模式适合功能单一的应用场合。比如在一些使用 uClinux
的嵌入式产品中，因为各种原因而缺少线程支持，这时，就可以使用 MiniGUI-Standalone 来
开发应用软件。
一般而言， MiniGUI-Standalone 模式的适应面最广， 可以支持几乎所有的操作系统6 ；
MiniGUI-Threads 模式的适用面次之，可运行在支持多任务的实时嵌入式操作系统，或者具备完整
UNIX 特性的普通操作系统；MiniGUI-Processes 模式的适用面较小，它仅适合于具备完整 UNIX 特性的嵌入式操作系统，比如 Linux。
但不论采用哪种运行模式，MiniGUI 为上层应用软件提供了最大程度上的一致性；只有少数几个
涉及初始化的接口在不同运行模式上有所不同。
4.2.1 MiniGUI-Processes 运行模式
MiniGUI-Processes 运行模式是 MiniGUI V2.0.x 在 MiniGUI-Lite 运行模式基础上为具有多进程
支持的嵌入式操作系统提供的。MiniGUI V1.6.x 及以前版本为具有多进程特性的 Linux 操作系统提供MiniGUI-Lite 运行模式，使之在高效的客户/服务器架构之上运行多个客户进程，从而充分利用进程地址空间保护这样的高级特性，有了这样的特性，可大大提高基于 MiniGUI 的嵌入式系统的灵活性、稳定性以及可扩展性。比如，我们可以在 MiniGUI-Lite 上运行多个 MiniGUI 客户进程，而单个进程的异常退出，不会影响其他的 MiniGUI 客户进程。而且在这种架构之上，我们可以非常方便地集成第三方应用程序。其实，这也是许多嵌入式设备开发商采用 Linux 操作系统的重要理由。
但是，MiniGUI-Lite 运行模式虽然提供了多进程支持，但无法同时管理来自不同进程间的窗口，
因此，MiniGUI-Lite 用层的概念将不同的进程之间的窗口区分开来。这种实现方法虽然可适用于大多数屏幕分辨率较小的嵌入式设备，但仍然给应用程序的开发带来了不便。
MiniGUI V2.0 则彻底解决了上述问题。MiniGUI V2.0 在 MiniGUI-Lite 运行模式基础上，实现了
完整的多进程环境中的窗口系统，来自不同进程的窗口可以在同一桌面上协调存在。图 4.2 给出了
MiniGUI V1.6.x 的 MiniGUI-Lite 运行模式及 MiniGUI 2.0.x 的 MiniGUI-Processes 运行模式在运行相同应用程序情况下的界面效果。

图 4.2 MiniGUI V1.6.x 的 MiniGUI-Lite 运行模式及 MiniGUI 2.0.x 的 MiniGUI-Processes 运行模式图 4.2 中，第一个屏幕运行了 vcongui 和推箱子游戏这两个客户进程。可以看到，我们在运行推箱子程序之后，就看不到 vcongui 程序了；第二个屏幕运行 vcongui、picview 和推箱子游戏这三个客户进程，但我们可在桌面上看到所有的客户进程窗口。
相比 MiniGUI-Lite，MiniGUI-Processes 运行模式具有明显的优势。这使得 MiniGUI 不仅可适用
于传统的嵌入式操作系统（MiniGUI-Threads），还可适用于具有多进程特性的嵌入式操作系统，比如Linux 操作系统。另外，MiniGUI-Processes 也保留了 MiniGUI-Lite 的层概念，用户可以将来自不同客户进程的窗口放到不同的层中，从而实现类似 X Window 那样的工作区。有了 MiniGUI-Processes运行模式，MiniGUI 的应用领域将进一步扩大，不仅可用于高端的嵌入式设备，还可能用于桌面环境。
4.2.2 各操作系统上可运行的 MiniGUI 运行模式
表 4.1 给出了 MiniGUI V2.0.x 和 V1.6.x 在各操作系统上可支持的运行模式。
表 4.1 MiniGUI 在操作系统上的运行模式

4.3 窗口系统
在 MiniGUI 中窗口组织为层次体系结构的形式。根窗口作为所有窗口的祖先，除了根窗口以外的
所有窗口都有父窗口，每一个窗口都可能有子窗口、兄弟窗口、祖先窗口和子孙窗口等。在同一级的窗口可以重叠，但是某个时刻只能有一个窗口输出到重叠区域。

MiniGUI 中有三种窗口类型：主窗口、对话框和控件窗口（子窗口）。主窗口通常包括一些子窗口，
这些子窗口通常是控件窗口，也可以是自定义窗口类。应用程序还会创建其它类型的窗口，例如对话框
和消息框。对话框本质上就是主窗口，应用程序一般通过对话框提示用户进行输入操作。
4.4 通讯机制
MiniGUI 下的通讯是一种类似于 Win32 的消息机制，对于运行在线程模式的 MiniGUI 版本，线
程间的消息传递模型如下图所示，其中的 Desktop 线程充当一个微服务器，所有的消息在 Event 线程获取出来以后就会投递给 Desktop 线程，然后再分发到目的应用程序主窗口上面，如图 4.3 所示。

对于运行在进程版的 MiniGUI 来说，应用程序的消息传递则通过套接字来进行，相应的处理模型
如图4.4 所示。

图 4.4 MiniGUI-Processes 运行模式的消息通讯机制

4.5 字体
MiniGUI 提供了对点阵字体及矢量字体的支持，到目前为止，MiniGUI 已经实现了对 RBF 和
VBF 字体（这是 MiniGUI 定义的两种点阵字体格式），以及 TrueType 和 Adobe Type1 字体等的支持。同时 MiniGUI 还提供了对 QPF（Qt Pre-rendered Fonts）字体的支持。同时，MiniGUI 可以对点阵字体进行自动放大处理，并可针对电视等特殊显示设备实现防锯齿功能。
目前 MiniGUI 支持 ISO8859-1～ISO8859-15、GB2312、GBK、GB18030、BIG5、EUC-JP、Shift-JIS、EUC-KR、UNICODE（UTF-8、UTF-16 编码）等字符集。
4.6 输入设备的支持
MiniGUI 支持各种通用的鼠标设备，对触摸屏的支持也非常出色，并针对触摸屏的校正为用户提
供了校正接口。
MiniGUI 支持最多含 255 个键的各种键盘。此外，MiniGUI 还提供了对多种键盘布局的支持，除
支持常见的美式 PC 键盘布局之外，还支持法语、德语等西欧语种的键盘布局。
除了常见的输入设备类型，如 PC 键盘、鼠标、触摸屏之外，MiniGUI 的输入抽象层机制也允许
支持遥控器、小键盘、按键等特殊的输入设备。
4.7 输入法
输入法是 MiniGUI 为支持中文、韩文、日文等多字节字符集而引入的机制，和 Windows 系统下
的输入法类似，输入法通常以顶层窗口的形式出现，并截获系统中的按键信息，经过适当的处理，将翻译之后的字符发送到当前活动窗口。MiniGUI 提供了多种输入法的支持，其中包括内码、全拼、智能拼音、五笔及自然码等输入法。此外，在 MiniGUI 独立的输入法组件 mGi 中，还为用户提供了软键盘输入法及手写输入法的框
架。