嵌入式Linux系统中高效可扩的图形用户开发平台研究与实现

论文摘要

随着信息技术和电子产品的发展,嵌入式Linux系统已经广泛用于生产生活的各个方面,许多基于嵌入式Linux的硬件设备均需要一个高效率、可扩展的GUI。嵌入式Linux环境下,GUI的整体架构与桌面Linux环境类似,但考虑到系统资源限制,可移植性等方面,需要对桌面Linux环境下GUI系统进行部分重新设计与裁剪。目前国内外存在多种基于Linux的嵌入式GUI解决方案,形成不同架构多种实现形式,各自存在一定的优势和不足。在这种形势下,开发出一种高效稳定、扩展性和移植性强的嵌入式GUI,具有重要的研究意义和应用价值。本文从GUI系统模型入手,分析其设计原则,结合Linux内核关于GUI的关键技术,研究了消息驱动、窗口管理、输入输出等几个重要GUI模块的原理和实现,从嵌入式系统资源占用少、高效可靠、扩展移植性强的要求出发,总结出一种高效率可扩展的GUI系统架构,在此基础上设计并实现了一个基于Linux的GUI原型系统,对系统功能和性能进行了测试和分析。本论文主要工作如下:①对GUI系统的结构以及Linux下帧缓存、进程间通信以及I/O多路复用等GUI关键技术进行了深入研究,划分出GUI系统的三大层次与六大功能模块。采用了基于多任务的C/S模式体系架构,分析了消息驱动中同步/异步消息处理各自的优势和不足,总结出窗口管理中的z序、剪切域等概念和有效的窗口裁剪算法,并指出图形库、输入/输出抽象层和控件的模块划分对于系统的扩展性与可移植性的重要意义。②在本文总结出的GUI系统架构的基础上,设计实现了一个GUI原型系统。该系统采用UNIX域套接字实现C/S通信,使用I/O多路复用和基于优先级的消息队列处理同步/异步消息,通过共享存储完成服务器与客户端的显示同步。论文对系统设计和实现中的关键部分进行了分析和阐述。③在模拟环境中对原型系统进行了测试,测试结果表明本系统能够实现GUI中窗口管理、消息驱动及显示的功能,具有较高的可靠性,同时在平衡C/S各端负载,提高整体效率方面具有很好的性能表现。测试结果验证了本文所述的GUI设计是有效可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 背景
• 1.1.2 意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容及组织结构
• 2 GUI 模型与关键技术
• 2.1 GUI 模型
• 2.1.1 GUI 基本元素
• 2.1.2 GUI 的任务管理
• 2.2 关键技术
• 2.2.1 帧缓存
• 2.2.2 进程间通信机制
• 2.2.3 I/O 操作
• 2.3 本章小结
• 3 GUI 分层模块结构分析
• 3.1 总体层次
• 3.2 消息驱动
• 3.2.1 消息产生
• 3.2.2 消息传递
• 3.2.3 消息处理
• 3.3 窗口管理
• 3.3.1 窗口叠放相关概念
• 3.3.2 窗口裁剪算法
• 3.4 图形库
• 3.5 GAL/IAL
• 3.6 控件
• 3.7 本章小结
• 4 GUI 的设计与实现
• 4.1 系统结构设计
• 4.1.1 系统总体结构
• 4.1.2 主要功能模块
• 4.1.3 系统工作流程
• 4.2 多进程C/S 模式
• 4.2.1 服务器端数据的等待式读取
• 4.2.2 客户端数据的发送等待
• 4.2.3 数据通信
• 4.3 分类消息驱动
• 4.3.1 消息分类
• 4.3.2 产生消息
• 4.3.3 传递消息
• 4.3.4 处理消息
• 4.4 全局窗口管理
• 4.4.1 窗口z 序矩阵
• 4.4.2 窗口裁剪
• 4.4.3 窗口指令
• 4.5 C/S 显示同步
• 4.5.1 用Framebuffer 映射显存
• 4.5.2 共享窗口z 序矩阵
• 4.6 高级绘图特性
• 4.6.1 Overlap
• 4.6.2 Alpha 混合
• 4.7 本章小结
• 5 系统测试与分析
• 5.1 测试环境和测试策略
• 5.2 功能测试
• 5.2.1 测试方法与评价标准
• 5.2.2 测试结果与分析
• 5.3 性能测试
• 5.3.1 测试方案与评价标准
• 5.3.2 测试结果与分析
• 5.4 结论
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录