基于嵌入式Qt的车载GUI平台的设计详解
1 引言
随着经济社会的不断发展汽车已进入普通家庭，汽车用户对车载娱乐系统的要求不断地提高，希望汽车载娱乐系统的功能更加强大娱乐设施更加完美。嵌入式gui（graphical user interface）可以满足用户需求，人机交互好，作为车载娱乐系统中人机交互界面的开发平台，对整个系统的设计起着决定性作用，越来越受到开发者的青睐。目前比较流行的gui平台有qt／embedded、紧缩的x windows系统、microwindows以及minigui系统。
x window系统是一个基于客户／服务器（client／server）结构的视窗系统，基于x的终端（服务器）上显示出来。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。本文采用的qt／embedded也是分层体系结构，在功能提供方面采用c++类方式。
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。对于嵌入式的硬件来说，要求定制的嵌入式gui应具有轻型、占用资源少、性能高、可靠性高、可配置等特点。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是著名的qt库开发商正在进行的面向嵌入式系统的qt版本。它是专门为嵌入式系统设计图形用户界面的工具包，包括一个完整的窗口系统。它的特点是可移植性比较好，设计者能轻易的加入各种显示设备和硬件输入设备，很多基于qt的xwindow都可以非常方便的移植到嵌入式版本。
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。
基于qt的这些特点，在本车载嵌入式娱乐系统的开发过程中，本文采用了嵌入式qt作为图形用户界面开发的gul支持平台，有效提高了应用程序的开发速度。
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。它精简和优化了各种图形操作，程序运行时无需额外系统的支持，可以有效减少内存消耗和cpu负担。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。
服务器（进程）维护着一组区域，当窗口被创建、移动、改变大小和破坏时，通过这组区域来改变每个客户的申请。该区域存放在共享内存中，在执行绘图操作时，客户可以从中读取信息；服务器连接着一些系统设备，如鼠标、键盘或者触摸屏，服务器负责将这些设备所产生的事件发送到适当的客户进程。服务器能够生成一个设备独立的鼠标或键盘事件，并将其发送到相应的客户进程。触笔设备通常没有鼠标光标，但是触笔操作能转化为设备独立的鼠标事件，然后由客户以标准事件进行处理。
嵌入式qt为客户（进程）提供api，当客户使用qt api画线时，qt/embedded库能直接访问显存，完成画线工作；在一些情况下嵌入式qt客户库需要与服务器进程建立连接，如在客户进程启动时，发生了会影响到全局后果的操作而与服务器通信时。例如，当客户进行了拖放操作后，由于窗口覆盖而导致显示区域的变化，则从用户那里接收到鼠标和键盘事件时就需要建立这样的连接；嵌入式qt客户库负责处理所有的绘画操作，包括文本显示和字体处理等。
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。
这里，键事件未必都来自键盘设备，包括触摸屏，触笔都可以产生键事件。服务器在任何时候都可以调用函数qwsserver：：sendkeyevent（）产生键事件。根据这个特点，再结合事件过滤器的特性，便可构造出所需的输入服务器平台。
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。本文在服务器进程中安排事件过滤器，接收键事件，经过处理后，将结果发送到客户进程。在客户进程中，处理键事件，并发送到适当的窗口中。
5 结语
嵌入式linux是目前流行的嵌入式系统解决方案，而嵌入式gui是嵌入式linux不可缺少的组成部分。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。
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qt／embedded是著名的qt库开发商正在进行的面向嵌入式系统的qt版本。它是专门为嵌入式系统设计图形用户界面的工具包，包括一个完整的窗口系统。它的特点是可移植性比较好，设计者能轻易的加入各种显示设备和硬件输入设备，很多基于qt的xwindow都可以非常方便的移植到嵌入式版本。
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。
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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。
基于qt的这些特点，在本车载嵌入式娱乐系统的开发过程中，本文采用了嵌入式qt作为图形用户界面开发的gul支持平台，有效提高了应用程序的开发速度。
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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。它精简和优化了各种图形操作，程序运行时无需额外系统的支持，可以有效减少内存消耗和cpu负担。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。
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unicode：unicode值。
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modifier：位域， 包括qt：：shiftbutton，qt：：controlbutton和qt：：altbutton。
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这里，键事件未必都来自键盘设备，包括触摸屏，触笔都可以产生键事件。服务器在任何时候都可以调用函数qwsserver：：sendkeyevent（）产生键事件。根据这个特点，再结合事件过滤器的特性，便可构造出所需的输入服务器平台。
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5 结语
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