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基于MiniGUI的嵌入式系统用户界面关键问题的解决方案
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2017-10-27
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引言
在需要丰富人机交互信息的嵌入式系统应用中，高精度的动态图像显示非常重要。因此，嵌入式系统对GUI的实时性和稳定性的要求也越来越明显。但是，动态图像的抖动和刷新延迟的问题在嵌入式系统中经常出现，影响系统的显示效果
国产图形用户界面系统MiniGUI提供完备的多窗口机制和类Win32消息传递机制，便于实现多个进程间的消息传递。而且具有占用内存少、可移植性好等特点，因此在嵌入式领域中被广泛应用。但在实际应用中，笔者发现了两个问题：一是用MiniGUI的animation控件实现时出现动画抖动，二是显示较多图片的窗口刷新时屏幕闪烁，严重影响屏幕的显示效果。为解决以上两个问题，本系统采用MiniGUI的双缓冲技术和多张图片交替显示的方法，并通过实际应用证明了该方法的有效性
1 数字加密电话系统架构
1．1 硬件系统
数字加密电话硬件系统的芯片采用ATMEL公司的AT91SAM9263处理器。主频为200 MHz，2 MB高速Data Flash、64 MB NAND Flash和64 MB SDRAM。核心板的对外接口包括键盘接口、LCD接口、LED接口、MODEM模块、电话机模块和接口、SD卡接口和USB主从接口等。如图1所示。
1．2 软件系统
操作系统：开放源码的Linux操作系统是开发嵌入式产品的首选。本系统采用开放源码的嵌入式Linux系统。它的内核版本为2．6．22，是基于default_at91sam9263_config配置的
交叉编译工具链：采用arm-linux-XXX。arm-linux-gcc用于交叉编译源程序，生成执行文件；arm-linux-strip用于去掉执行文件中的调试信息，起到减小执行文件大小的作用
GUI系统：MiniGUI是国产的一款面向嵌入式系统、跨操作系统的轻量级国产高级窗口系统（Windowing System）和图形用户界面（Graphi-cal User Interface，GUI）支持系统。经过10余年的发展，MiniGUI已经发展成为比较成熟、性能优良且功能丰富的跨操作系统的嵌入式图形界面支持系统。MiniGUI可在Linux／μClinux、eCos、μC／OS-II、VxWorks、pSOS、ThreadX等操作系统以及Win32平台上运行，已广泛应用于手持信息终端、机顶盒、工业控制系统、便携式多媒体播放器等产品中
MiniGUI支持BMP、GIF、PNG、JPEG、PCX、TGA等常见图像文件和位图、图标、光标等Windows资源文件，支持多字符集和多种字体，库文件较小且可配置。MiniGUI3．0比其之前的版本，在以下几方面有新的发展：
①主窗口双缓冲技术，可以在自定义缓冲区中获得整个窗口的渲染结果
②外观渲染器技术，外观渲染器提供了多种风格的主窗口和控件界面外观，并且应用程序可在几种风格之间动态切换
③双向文本显示与输入，增加了对阿拉伯文和希伯来文语言的支持，实现了文本的变形和重排，并提供了阿拉伯文和希伯来文键盘的支持
④支持不规则窗口，如圆角矩形、非矩形窗口等
⑤增加了组件mGUtilis，该组件为用户提供了一些常用的对话框模板，便于代码复用
⑥增加了组件msgplus，该组件是对MiniGUI图形绘制接口的一个扩充和增强，主要提供对二维矢量图形和高级图形算法的支持
因此，MiniGUI非常适合编写嵌入式图形用户界面应用程序。
1．3 用户界面设计
数字加密电话系统需要显示当前的系统状态和具体内容，以此进行系统与用户之间的信息交流，因此对界面的稳定性和实时性要求较高。本系统将整个屏幕分为3个区域，即状态区域、Logo与时间显示区域和主显示区域，如图2所示。状态显示区主要表示当前系统的工作状态和设备的状态。比如是挂机态还是摘机态，是加密还是非加密态，是否插入U盘，当前的数据传输率为多少等。不同的状态需要用不同的图片来显示。从一个状态过渡到另一个状态，需要用一个动画来表示。主显示区域主要显示表示当前系统的工作情况的动画或文字提示。比如表示普通语音电话的动画、表示正在加密传输的动画，也可以显示其他信息，如系统功能选择界面、选文件界面、日志管理界面等。Logo及时间显示区显示公司的Logo与当前系统时间。对于本系统的界面设计来说，最重要的是各种动画的显示要流畅。
2 实现GUI时存在的两个问题
本系统GUI的实现问题主要是各种图片的显示、动画和选择功能界面的实现。图片的显示方法很简单，因此，在下面只介绍动画和选择功能界面的实现方法及存在的问题。
2．1 动画的实现方法及存在的问题
MiniGUI为实现动画，已提供了animation控件，用animation控件实现动画的过程非常简单：
①准备动画文件，文件格式应该是GIF格式，GIF格式的动画文件可以用Flash和PhotoShop生成
②用函数CreateAnimationFromGIF89aFile（）读入GIF文件
③用CreateWindow（）创建动画显示窗口
④用SendMessage（）函数控制动画，该函数的第2个参数为ANM_STARTPLAY表示启动动画，参数为ANM_PLAYSTOP表示暂停动画。也可以用函数SendMessage（GetDlgItem（hInitface，IDC_MAINANIMATION），ANM_SETANIMATION，0，（LPARAM）anim）实现更换动画文件。但是，在嵌入式环境下，使用该方法播放动画时，在状态显示区和主显示区内都产生严重的抖动现象。而且屏幕越大抖动就越明显，分辨率为480×640时的抖动现象比240×320时更明显。减少动画的帧数或延长每一帧的播放时间，抖动仍然存在，严重影响屏幕的显示效果。
2．2 功能选择界面的实现及存在的问题
功能选择界面一般由多个图片来组成，各表示不同的系统功能，用上下左右键选择不同的功能，按Enter键运行相应程序，即打开另一个窗口，完成相应功能。当关闭窗口时重新显示功能显示界面。为区别被选中功能和未选中功能，放大或下沉显示当前被选中的功能图片，而前一个被选中功能图片恢复成原来的大小，如图3所示。每次用上下左右键选择功能时和关闭功能窗口时，都要重新刷新背景，并重绘窗口客户区的各个图片。因为MiniGUI不保存被覆盖区域的内容，因此在MSG_PAINT消息中需要重绘的内容较多，重绘图片的常用方法是用FillB-oxWithBitmap（）函数填充相应图片区域，但是这种方法加重了屏幕刷新负载，引起屏幕明显地闪烁。
柄，STM_SETIMAGE，pngmap，0）函数更换图片的方式实现较好。
在需要丰富人机交互信息的嵌入式系统应用中，高精度的动态图像显示非常重要。因此，嵌入式系统对GUI的实时性和稳定性的要求也越来越明显。但是，动态图像的抖动和刷新延迟的问题在嵌入式系统中经常出现，影响系统的显示效果
国产图形用户界面系统MiniGUI提供完备的多窗口机制和类Win32消息传递机制，便于实现多个进程间的消息传递。而且具有占用内存少、可移植性好等特点，因此在嵌入式领域中被广泛应用。但在实际应用中，笔者发现了两个问题：一是用MiniGUI的animation控件实现时出现动画抖动，二是显示较多图片的窗口刷新时屏幕闪烁，严重影响屏幕的显示效果。为解决以上两个问题，本系统采用MiniGUI的双缓冲技术和多张图片交替显示的方法，并通过实际应用证明了该方法的有效性
1 数字加密电话系统架构
1．1 硬件系统
数字加密电话硬件系统的芯片采用ATMEL公司的AT91SAM9263处理器。主频为200 MHz，2 MB高速Data Flash、64 MB NAND Flash和64 MB SDRAM。核心板的对外接口包括键盘接口、LCD接口、LED接口、MODEM模块、电话机模块和接口、SD卡接口和USB主从接口等。如图1所示。
1．2 软件系统
操作系统：开放源码的Linux操作系统是开发嵌入式产品的首选。本系统采用开放源码的嵌入式Linux系统。它的内核版本为2．6．22，是基于default_at91sam9263_config配置的
交叉编译工具链：采用arm-linux-XXX。arm-linux-gcc用于交叉编译源程序，生成执行文件；arm-linux-strip用于去掉执行文件中的调试信息，起到减小执行文件大小的作用
GUI系统：MiniGUI是国产的一款面向嵌入式系统、跨操作系统的轻量级国产高级窗口系统（Windowing System）和图形用户界面（Graphi-cal User Interface，GUI）支持系统。经过10余年的发展，MiniGUI已经发展成为比较成熟、性能优良且功能丰富的跨操作系统的嵌入式图形界面支持系统。MiniGUI可在Linux／μClinux、eCos、μC／OS-II、VxWorks、pSOS、ThreadX等操作系统以及Win32平台上运行，已广泛应用于手持信息终端、机顶盒、工业控制系统、便携式多媒体播放器等产品中
MiniGUI支持BMP、GIF、PNG、JPEG、PCX、TGA等常见图像文件和位图、图标、光标等Windows资源文件，支持多字符集和多种字体，库文件较小且可配置。MiniGUI3．0比其之前的版本，在以下几方面有新的发展：
①主窗口双缓冲技术，可以在自定义缓冲区中获得整个窗口的渲染结果
②外观渲染器技术，外观渲染器提供了多种风格的主窗口和控件界面外观，并且应用程序可在几种风格之间动态切换
③双向文本显示与输入，增加了对阿拉伯文和希伯来文语言的支持，实现了文本的变形和重排，并提供了阿拉伯文和希伯来文键盘的支持
④支持不规则窗口，如圆角矩形、非矩形窗口等
⑤增加了组件mGUtilis，该组件为用户提供了一些常用的对话框模板，便于代码复用
⑥增加了组件msgplus，该组件是对MiniGUI图形绘制接口的一个扩充和增强，主要提供对二维矢量图形和高级图形算法的支持
因此，MiniGUI非常适合编写嵌入式图形用户界面应用程序。
1．3 用户界面设计
数字加密电话系统需要显示当前的系统状态和具体内容，以此进行系统与用户之间的信息交流，因此对界面的稳定性和实时性要求较高。本系统将整个屏幕分为3个区域，即状态区域、Logo与时间显示区域和主显示区域，如图2所示。状态显示区主要表示当前系统的工作状态和设备的状态。比如是挂机态还是摘机态，是加密还是非加密态，是否插入U盘，当前的数据传输率为多少等。不同的状态需要用不同的图片来显示。从一个状态过渡到另一个状态，需要用一个动画来表示。主显示区域主要显示表示当前系统的工作情况的动画或文字提示。比如表示普通语音电话的动画、表示正在加密传输的动画，也可以显示其他信息，如系统功能选择界面、选文件界面、日志管理界面等。Logo及时间显示区显示公司的Logo与当前系统时间。对于本系统的界面设计来说，最重要的是各种动画的显示要流畅。
2 实现GUI时存在的两个问题
本系统GUI的实现问题主要是各种图片的显示、动画和选择功能界面的实现。图片的显示方法很简单，因此，在下面只介绍动画和选择功能界面的实现方法及存在的问题。
2．1 动画的实现方法及存在的问题
MiniGUI为实现动画，已提供了animation控件，用animation控件实现动画的过程非常简单：
①准备动画文件，文件格式应该是GIF格式，GIF格式的动画文件可以用Flash和PhotoShop生成
②用函数CreateAnimationFromGIF89aFile（）读入GIF文件
③用CreateWindow（）创建动画显示窗口
④用SendMessage（）函数控制动画，该函数的第2个参数为ANM_STARTPLAY表示启动动画，参数为ANM_PLAYSTOP表示暂停动画。也可以用函数SendMessage（GetDlgItem（hInitface，IDC_MAINANIMATION），ANM_SETANIMATION，0，（LPARAM）anim）实现更换动画文件。但是，在嵌入式环境下，使用该方法播放动画时，在状态显示区和主显示区内都产生严重的抖动现象。而且屏幕越大抖动就越明显，分辨率为480×640时的抖动现象比240×320时更明显。减少动画的帧数或延长每一帧的播放时间，抖动仍然存在，严重影响屏幕的显示效果。
2．2 功能选择界面的实现及存在的问题
功能选择界面一般由多个图片来组成，各表示不同的系统功能，用上下左右键选择不同的功能，按Enter键运行相应程序，即打开另一个窗口，完成相应功能。当关闭窗口时重新显示功能显示界面。为区别被选中功能和未选中功能，放大或下沉显示当前被选中的功能图片，而前一个被选中功能图片恢复成原来的大小，如图3所示。每次用上下左右键选择功能时和关闭功能窗口时，都要重新刷新背景，并重绘窗口客户区的各个图片。因为MiniGUI不保存被覆盖区域的内容，因此在MSG_PAINT消息中需要重绘的内容较多，重绘图片的常用方法是用FillB-oxWithBitmap（）函数填充相应图片区域，但是这种方法加重了屏幕刷新负载，引起屏幕明显地闪烁。
柄，STM_SETIMAGE，pngmap，0）函数更换图片的方式实现较好。
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