基于Linux下MiniGUI的图像处理GUI平台设计

涂春萍，甘 岚，张 旭

（华东交通大学信息工程学院，江西南昌 330013）

随着社会的不断发展，嵌入式图像处理技术在人们的日常生活中应用的越来越多，如手机、智能PDA类产品、摄像头监控技术、视频技术等，而且对嵌入式图像处理系统的要求也在不断的提高，人们希望在系统功能强大的同时，界面能够更加的方便实用。

嵌入式GUI（graphical user interface）是一个面向嵌入式应用的微型图形用户界面（GUI）支持系统，通过窗口、菜单、按键等方式极为方便地为非专业人士进行操作，其具有轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植等特点。作为人机交互的图形用户界面是嵌入式系统非常重要的组成部分，因此嵌入式GUI平台的选择对图像处理系统的设计起着关键的作用。伴随着嵌入式系统的迅速发展，嵌入式GUI系统也得到了相应的发展，涌现出大量的嵌入式GUI系统，这些通用的嵌入式GUI系统因具有很好的易用性和强大的功能而被广泛使用，但其为了具有应用上的通用性，很多时候都是以牺牲性能为代价，其中一个主要的表现是在体系结构的设计和实现上效率低下。对一些具体的嵌入式GUI应用系统，其内部应用程序需要占用大量的CPU计算能力或各种系统处理资源，而无法满足那些通用嵌入式GUI系统对性能的高要求。

MiniGUI/Embedded是目前比较流行的面向嵌入式GUI平台的系统，MiniGUI/Embedded可移植性强，支持跨平台开发，开发出的人机交互界面效率高，稳定性强，方便而且实用[1]。本文在系统方案中的GUI设计方面，采用MiniGUI系统分层的体系结构，在实现过程中采用事件消息驱动机制，来达到用户的实时性需求的目的。

1 嵌入式MiniGUI的GUI实现平台

1.1MiniGUI/Embedded的GUI硬件平台

嵌入式图像处理系统和其上的人机交互界面，以Samsung公司的处理器S3C2410为核心，其内部集成32位ARM920T处理器硬件内核，标准频率为203MHz，平台的硬件系统扩展64MB NandFlash、2MB Nor-Flash、64MB SDRAM和主/从USB等[2]。S3C2410开发板平台通过调试串口、JTAG并口、网口与宿主机通信，图像处理界面通过LCD显示、通过触摸屏/鼠标进行控制。本系统的硬件平台体系结构如图1所示。

1.2MiniGUI/Embedded的GUI软件平台

MiniGUI为基于Linux的实时嵌入式操作系统提供了一个轻量级的图形用户界面支持系统，MiniGUI为应用程序定义了一组轻量级的窗口和图形设备接口，利用这些接口，每个应用程序可以建立多个主窗口，然后在这些主窗口中创建按钮、编辑框等控制。

MiniGUI平台的构建。首先，在上位机安装Linux Redhat9.0操作系统作为宿主机开发环境，通过minicom进行程序调试。S3C2410目标开发板上移植ARM-Linux，并且该开发板装有Minigui1.6.10环境，以便将MiniGUI/Embedded开发的应用程序发布到嵌入式Linux的文件系统上。

其次，安装MiniGUI平台搭建过程所需要的库文件和编辑环境。安装编译器armv4l-unknown-linux-gcc，分别安装libminigui-1.6.10.tar.gz，minigui-res-1.6.tar.gz，qvfb-1.1.tar.gz，激活FrameBuffer，选择qvfb运行模式，配置过程中选择640×480"VGA"Depth 32 bit。特别注意的是在宿主机上编译MiniGUI应用程序时，要加上-lminigui-pithead-lm-lz-lmgext-lttf-lpng-ljpeg链接选项，用于支持绘图函数库、线程库、MiniGUI核心库、png图形支持库等。

2 嵌入式MiniGUI系统的特点

MiniGUI/Embedded为实时嵌入式操作系统提供了非常完善的图形（Graphics）及用户界面（user interface，UI）支持。MiniGUI本身的可移植性设计，使得不论在哪个硬件平台、哪种操作系统上运行，都可以为上层的应用程序提供基本一致的应用程序编程接口（API）。

MiniGUI/Embedded系统具有如下特点[3]：

1）MiniGUI丰富的功能和可配置特性，使得它可以运行于CPU主频只有60 MHz的低端产品中，亦可以运行于高端嵌入式设备中，并使用MiniGUI的高级控件风格及皮肤界面等技术，创建华丽的界面。

2）轻型、占用资源少。MiniGUI是一个定位于轻量级的嵌入式图形库，对系统资源的需求完全考虑到了嵌入式设备的硬件情况，如MiniGUI库所占的空间最小可以裁减到500 K左右，对于目前嵌入式设备来说，满足这一条件是绰绰有余。

3）高性能、高可靠性。MiniGUI良好的体系结构及优化的图形接口，可确保最快的图形绘制速度。在设计之初，MiniGUI就充分考虑到了实时嵌入式系统的特点，针对多窗口环境下的图形绘制开展了大量的研究及开发，优化了MiniGUI的图形绘制性能及资源占用。

基于MiniGUI/Embedded的这些特点，在本图像处理系统设计的过程中，采用MiniGUI作为图形用户的交互界面，作为高效的GUI平台，有效的提高了应用程序的开发速度，达到了对整个系统的GUI要求：实用性、通用性、小巧性、可定制的图形用户支持系统。

3 嵌入式MiniGUI图像处理系统GUI设计

高效快速的GUI系统需要解决用户及其他数据的输入、数据处理、结果显示这3个主要部分。因此针对本文的嵌入式图像处理系统GUI方案设计思路是：用户导入的图像数据或其他方式输入的数据、经过GUI平台内部对传过来的图像进行分析处理、最后将结果显示给用户。GUI系统的大致模块化结构，如图2所示。

在嵌入式图像处理系统所采用的GUI的设计过程主要有：1对MiniGUI图像处理系统GUI平台的构建，包括对GUI平台的设计方案以及层次结构的分析；2GUI人机交互界面的设计，包括如何设计窗口更为合适简单；3MiniGUI图像处理系统GUI平台的工作机制，如何准确的响应用户的消息事件。

3.1 基于嵌入式MiniGUI的图像处理GUI平台的基本构建

为了提高此嵌入式图像处理系统的性能和GUI开发效率，嵌入式图像处理体系和GUI方案采用分层设计，至上而下分为5层：应用层、接口层、封装层、基础图形层和服务层（如图3所示）[4]。其中，服务层是为上层提供Linux等嵌入式操作系统的服务平台，包括用国际标准C语言开发相关库函数文件，以及对底层硬件提供设备驱动服务；基础图形层，是将来自不同操作系统或设备的图形接口进行抽象，为MiniGUI上层提供一致的接口，并且可对MiniGUI涉及的所有输入设备提供支持；封装层，是MiniGUI为本GUI提供组件及窗口界面的菜单、工具等支持；接口层，是MiniGUI为上层应用提供API函数；应用层，是利用中间层和服务层提供的支持，来设计应用程序的GUI图形用户界面。

3.2 基于嵌入式MiniGUI的人机交互控制界面设计

MiniGUI为应用程序定义了一组轻量级的窗口和图形设备接口，利用这些接口，每个应用程序可以在主窗口中建立多个子窗口，然后可在这些窗口中创建菜单、按钮、编辑框、文本框等控件[5]；它还为用户提供了丰富的图形显示和控制功能，能显示各种各样的位图和在窗口中绘制复杂的图像。

本文中所设计的人机对话界面是针对用户所选择的位图图像，通过GUI系统来选择想要对图像处理的方式，最终将结果显示到界面上。考虑到具体应用领域的特点，以及嵌入式图像处理系统在处理位图过程中对内存的要求，因此，在设计上放弃了多窗口管理及设计带来的复杂性，进而减少了对系统资源的占用，也便于项目的管理，简化了应用编程。该图像处理系统的人机交互控制界面如图4所示。

3.3 基于嵌入式MiniGUI的控制界面的事件驱动消息机制

GUI系统的图像处理的应用程序，从运行方式上看，该系统一般不是一个单独运行的过程，而是典型的需要靠接受外部的事件来驱动，再根据事件触发相应的消息，进而完成与用户之间的交互操作。

所谓的事件驱动机制，就是以事件作为驱动机制的源，程序的执行取决于对事件的触发，进而产生消息，并进入消息的循环队列，等待响应。也就是说，系统的发生、发展与并发、空闲以及终止的全部过程都是由事件来控制的，这里的事件是指用户采取的行为动作，如键盘键入、鼠标的移动、对触摸屏的点击动作等，都是事件的例子。事件驱动的程序是一种“被动”式程序设计方法。程序运行时，处于等待用户输入事件状态，然后取得事件所对应的消息并做出相应响应，处理完毕又返回消息队列等待事件所引发的消息，具体流程见如图5。

在此过程中，消息常常作为外部事件与程序之间的接口，程序会一直处于一种循环状态，在这个循环当中，程序从外部输入设备获取特定的事件（比如鼠标的移动），然后根据这些特定事件产生特定的消息，系统再根据消息做出特定响应，完成特定的功能，这个循环直到程序接受到特定消息终止为止[6]。事件驱动的底层基础，就是消息队列和消息循环，消息是报告有事件发生的通知[7]。消息机制是系统处理事件的核心，各种不同的消息可以视为系统对不同事件的抽象描述。

4 MiniGUI到目标板上的移植

把MiniGUI移植到目标板需要经过3个步骤[8]：一是安装和设置交叉编译环境，获得编译器：CC=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc；二是使用编译器CC对MiniGUI进行交叉编译，获得可在目标板上运行的可执行程序；三是把MiniGUI可执行程序复制到目标板文件系统，并下载到目标板，在板上运行可执行程序后，可得到系统人机交互对话界面。

当有按钮按下或是释放的时候，应用程序检测对应的消息ID码来确认是哪个按钮已经被操作，再通过判断确认消息是将按钮按下还是释放。在该对话框界面中，通过鼠标选择图像，此时GUI响应用户事件请求，系统即需要开始图像处理服务；程序检测到对应的图像处理系统中某项图像处理算法，即相应的菜单被触发时，启动相关子程序，此时，转入后台实现对该图像文件的处理。

在Linux系统中，由于采用了虚拟文件系统（Virtual Filesystm Switch，VFS）技术，对所有设备的操作和对文件的操作是完全一样的，只需要利用VFS提供的统一文件接口，就可以打开该设备文件，对该设备进行相应的输入、输出、定位等操作，具体操作由设备驱动程序来实现，对上层应用来说是不可视的，也是不需要在该界面对话程序中考虑的。

5 结束语

综上所述，把性能优良的GUI系统应用于嵌入式设备中，为产品设计实用、简单易操作的人机交互界面是当前嵌入式领域开发的技术关键，因此，本文采用嵌入式MiniGUI系统是比较理想的GUI的选择，因为该系统不仅仅可以为用户提供人性化的人际交互界面，而且，其自身的轻型、占用资源少、高性能、高可靠性提高了整个嵌入式图像处理系统的性能，具有较高的经济价值，并可以为其他相关领域提供参考。

[1]北京亚嵌教育研究中心组.嵌入式GUI开发设计——基于MiniGUI[M].北京：电子工业出版社，2009：1-8.

[2]Samsung Electronics.Samsung Electronics S3C2410A Microprocessor Users Manual[M].Yongin-City：Samsung Electronics Microcontroller Business，2004：31-35.

[3]北京飞漫软件技术有限公司.MiniGUITechWhitePaper-1.3[M].北京：北京飞漫软件技术有限公司，2003：3-6.

[4]孙家广，杨长贵.计算机图形学[M].北京：清华大学出版社，1999：10-20.

[5]李玉东，李玉萍.精通嵌入式Linux编程——构建自己的GUI环境[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010：110-121.

[6]方丰平.嵌入式环境下高性能可配置GUI系统设计[D].杭州：浙江大学，2006：114-126.

[7]刘黎志，刘军.一个基于消息通知的工作流管理系统[J].武汉工程大学学报，2008，30（2）：94-97.

[8]郑军，郝久玉，翟霄翔.嵌入式图形用户界面的研究和移植[J].电子测量技术，2006，29（2）：43-44.