CN109522000A - 基于Linux的嵌入式GUI系统及计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于Linux的嵌入式GUI系统及计算机程序产品。所述GUI系统包括：图形抽象层，用于通过标准的系统接口，对显示层进行设置和调用；图形设备接口，用于为上层应用提供绘制接口，以显示和/或绘制图片或文字；输入抽象层，用于对输入设备进行封装，提供对应的人机交互接口；消息处理层，用于投递事件至事件队列，按照所述事件队列的顺序依次处理；并且，预判事件的响应优先级，以优先处理响应优先级高于预设值的紧急事件以及窗口处理层，所述窗口处理层在所述输入抽象层、消息处理层以及图形设备接口之上；所述窗口处理层为单窗口架构。

Description

基于Linux的嵌入式GUI系统及计算机程序产品

技术领域

本发明涉及软件系统技术领域，尤其涉及一种基于Linux的嵌入式GUI 系统及计算机程序产品。

背景技术

在嵌入式领域，GUI系统一直是核心技术之一，其是决定用户使用体验的关键因素。同时GUI设计的效率和机制，会对不同事务之间数据传送产生时间上的滞后。

当前通用GUI系统代表有：Android,Linux上通用GUI系统，单片机单线程GUI三大类。

其中，android系统的高开销，对CPU和相关的外部设备要求较高，实时数据传输效率低，功耗大。解决唯一对策是升级到更高性能CPU，其严重依赖硬件体系发展，功耗、实时性和用户体验的瓶颈无法突破。

而单片机单线程系统因为只能一条流水线运行，没有有效任务调度系统，导致实时数据的传输和事件及显示的资源争用，故存在关键数据传送必须滞后等待，导致实时性数据连续传输效率不足的缺点。

Linux上的通用GUI系统一般是较旧的手机或者PDA、mp4显示系统，在事件处理和显示调用上都注重多功能的支持，而在显示和事件调度上很难做到高度优化，相对效率低。

本发明的申请人在研究现有技术的过程中发现：在用户的交互和各类状态切换频繁发生的情况下，通用GUI系统由于效率设计和资源占用并不会优先考虑数据的实时性和功能定义极度复杂，一直存实时性数据传输瓶颈问题。其同时也引发了功耗，成本等的问题。因此，迫切需要提供一种新的GUI系统满足用户的需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于Linux的嵌入式GUI 系统及计算机程序产品，以解决现有的GUI系统无法满足需求，存在数据传输实时性、功耗和成本瓶颈的问题。

本发明实施例的第一方面提供一种基于Linux的嵌入式GUI系统。该嵌入式GUI系统包括：

图形抽象层，用于适用标准的系统接口，对显示层进行设置和调用；图形设备接口，用于为上层应用提供绘制接口以显示和绘制图片或文字；输入抽象层，用于对输入设备进行封装，提供人机交互接口；消息处理层，用于投递事件至事件队列，按照所述事件队列的顺序依次处理；并且，预判事件的响应优先级，以优先处理响应优先级高于预设值的紧急事件；窗口处理层，所述窗口处理层在所述输入抽象层、消息处理层以及图形设备接口之上；所述窗口处理层为单窗口架构。

可选地，还包括系统控制模块，所述系统控制模块用于：监控CPU的占用情况，并且根据所述占用情况，动态调整所述CPU的工作频率和事件的响应优先级。

可选地，所述动态调整所述CPU的工作频率，具体包括：监控实时数据传输负载是否超过50％；若是，将所述CPU的工作频率调整至最大值；若否，将所述CPU的工作频率调整至预设的正常值。

可选地，所述动态调整所述CPU的工作频率，还包括：在系统空闲状态下，将所述CPU的工作频率调整至预设的最低值并停止不具有关联性的外围设备。

可选地，所述消息处理层具体用于：在事件发生时，判断所述事件是否为紧急事件；若是，保留现场信息，终止数据传输并处理所述紧急事件；所述紧急事件包括：低电量事件和热插拔事件；若否，将所述事件投递至事件队列；按照先进先出的顺序，依次处理所述事件队列中的事件。

可选地，所述图形设备接口具体用于：以动态分块管理的方式，维护在固定区域的显示数据，并且对显示数据进行预处理，以二进制模式存储。

可选地，所述输入设备包括按键、触摸屏、拨轮、轨迹球、触摸板和触摸按键。

可选地，所述窗口处理层具体用于：定义每个窗口的属性；确定所述每个窗口需要占用的控件以及每个控件的位置、数量、布局模式和输入事件属性。

可选地，所述控件具有不同的类型和不同的功能，包括对话框、提示信息框、列表框以及多选框。

本发明实施例的第三方面提供一种计算机程序产品。所述计算机程序产品存储在非易失性存储设备中，被与所述非易失性存储设备连接的处理器执行，以实现如上所述的嵌入式GUI系统。

本发明实施例提供的技术方案中，利用linux系统开放性和多任务系统，可以在同等硬件环境或更低配置下实现高效数据实时传输，实现低功耗和对关键数据进行实时传送的技术效果，提升了用户操作体验和数据实时传输的流畅性。

进一步的，改进了架构和事件处理的调度策略，在保证实时性数据传输的同时确保对用户交互的及时反馈，提升用户体验。

更进一步的，基于Linux的模块化架构设计，极其方便对外围设备的对硬件支持，还可以便利的移植到ARM、MIPS、x86等体系结构之上，具有更合理的机制和软件架构模式，二次开发效率更高。

再进一步的，通过单窗口架构和功耗动态控制，极大的降低了对内存和 MCU的开销，有效的降低了整机功耗。

附图说明

图1为本发明实施例的GUI系统的一个实施例示意图；

图2为本发明实施例的消息处理机制的一个实施例示意图；

图3为本发明实施例的GUI系统的整体架构的一个实施例示意图；

图4为本发明实施例的电子设备的一个实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本实施例中的嵌入式GUI系统基于Linux系统搭建。其可以利用Linux 多线程特色，在通用CPU上实现低功耗和关键数据的实时传送，从而有效的提升用户的操作体验。

图1为本发明实施例提供的该嵌入式GUI系统。该GUI系统可以分为如下几个相对独立的功能模块进行描述，包括图形抽象层110，图形设备接口 120，输入抽象层130，消息处理层140以及窗口处理层150。

其中，所述图形抽象层110直接对Linux frame buffer操作，通过使用标准的系统接口，可以对显示层进行设置和调用。例如，设置显示分辨率和显示模式等。

图形设备接口120基于图形抽象层110而设置，用于为上层应用提供相关的绘制图形和文字等要素的绘制接口。用户基于这些接口可以绘制基本的点线面等元素。

在一些实施例中，图形设备接口还可以实现各种基本的字体绘制、显示以及支持基本的图片格式类型，例如BMP/PNG/JPEG的图片格式。

较佳的是，可以采用动态分块管理的方式维护在固定区域的显示数据，并且对显示数据进行预处理，以二进制模式存储。

其中，所述动态分块管理具体为：在维护过程中，判断并确定一些必须更新的局部数据，然后快速的对这些局部数据进行更新并维持其他部分的数据不变。

通过这样的方式可以有效的减少在显示过程中的预读和判断的过程(只需更新局部数据)，提高操作中所见即所得的速度。以下提供实现图片显示或者字符串绘制的具体实例。

1、首先获取到显存，并设置显存属性：

2、获取并初始化资源：

3、调用对应的处理函数进行绘制或者显示：

输入抽象层130用于对输入设备进行封装，提供人机交互接口。具体的，所述输入设备可以是现有任何类型的，用于采集用户操作指令的交互设备，包括但不限于按键、触摸屏、拨轮、轨迹球、触摸板和触摸按键等。

消息处理层140在输入抽象层130之上，用于实现特定的消息处理机制，是整个GUI显示系统的主线。在本实施例中，所述消息处理层140结合Linux 的定时器系统，以使时间发生后能够及时的得到系统投递。

图2为本发明实施例提供的消息处理机制的示意图。如图2所示，整个处理机制具体如下：

210、监听到事件发生。

220、预判所述事件的响应优先级是否高于预设值。若是，执行步骤230，若否，执行步骤240。

该预设值是一个用于衡量事件紧急程度的指标或者标准。其具体可以根据实际情况设定，以区分不同的事件并确保情况较为紧急的事件可以优先处理，及时响应从而提高用户体验。

230、确定事件为紧急事件并优先处理。

具体的，所述紧急事件可以是低电量事件或者热插拔事件等一些需要及时响应或者处理的事件。在发生这些紧急事件时，可以立即保留现场信息，终止数据传输并处理所述紧急事件以确保优先级高的事件可以被及时的处理。

240、投递事件到事件队列中。

投递到事件队列中的事件按照先进先出的原则，依照事件队列中的事件排列次序依次进行处理。所述先进先出原则是指先投递到事件队列的事件优先处理。以下提供所述消息处理机制的具体实例。

1、定义eventid为事件分类，而wparam/lparam分别为各个事件发生时的状态和属性，每个事件发生以后，将被填充对应的信息并投递至事件队列。

2、所有的事件发生后，都会按照下述数据结构进行封装，并以事件队列的方式保留。事件队列中的事件按照先进先出的原则来进行处理。

3、另外，设置有预判断的节点，在事件进入事件队列之前，预先判断是否需要进行优先处理以确保紧急事件可以被及时的响应。

窗口处理层150在所述输入抽象层、消息处理层以及图形设备接口的基础之上，以实现GUI系统中窗口的管理和控制。所述窗口处理层为单窗口架构，采用单窗口显示切换的机制。

所述单窗口架构具体是指窗口在触发时创建，并且在窗口退出时立即被销毁。这样的可以保证对内存的低占用，规避多窗口存在的管理和切换复杂性的问题。

在一些实施例中，在单窗口架构上实现控件类。亦即，通过在窗口定制多个不同功能和不同类型的控件，从而更方便的显示数据的排布和事件系统的提示等。

具体的，所述控件可以根据实际情况设置为任何合适的类型和功能，包括但不限于，包括对话框、提示信息框、列表框以及多选框等基本功能框架。以下提供实现窗口和对应控件的具体实例。

1、定义窗口自身的属性command/wparam。

2、在每个窗口的运行周期中，需要分别处理由系统输入接口的事件。当然，对于系统运行中的状态，也可以以参数模式传递和保存，并且由窗口进行分别处理。

3、以下为控件的实现列表。亦即，实现控件所需要设置或者定义的项目。如下所示的，这些项目可以包括占用的控件、位置、数量、布局模式、输入事件的属性等。

为了进一步的降低系统的功耗，在较佳的实施例中，所述GUI系统还可以包括系统控制模块。

所述系统控制模块用于：监控CPU的占用情况，并且根据所述占用情况，动态调整所述CPU的工作频率和事件的响应优先级。

通过该额外设置的系统控制模块，可以在保证传输数据实时性的基础上，对于处理功耗和操作体验实现分级处理，使两者相适配以降低整体的功耗。以下提供动态调整所述CPU的工作频率的具体实例。

适应不同的工作环境，系统可以在正常运行状态和空闲状态之间切换。在系统正常运行时，由系统控制模块监控实时数据传输负载是否超过50％。若是，则将所述CPU的工作频率调整至最大值。若否，则将所述CPU的工作频率调整至预设的正常值。

所述正常值是一个经验数据，具体可以根据硬件的实际情况所确定，通常是指硬件在一般功耗下的正常工作频率。

当然，所述CPU的工作频率与数据传输负载之间还可以采用任何合适的映射函数进行关联，从而使CPU的工作频率可以跟随数据传输负载发生相应的变化。例如，使CPU的工作频率跟随数据负载的线性变化。

而当系统处于空闲状态时，所述系统控制模块可以将所述CPU的工作频率调整至预设的最低值。与所述正常值相类似的，所述最低值也是一个经验性数值，通常是指硬件在休眠状态下，可以实现的最低工作频率。

除了将工作频率降到最低以外，所述系统控制模块还可以在空闲状态下，逐步的停止不具有关联性的外围设备，以进一步的降低整体的功耗。

图3为本发明实施例提供的GUI系统的整体架构示意图。本发明实施例提供的GUI系统以Linux系统为基础，搭建和设计特定的架构和数据处理机制，从而针对性的解决了现有通用方案中数据传输效率低、存在硬件依赖以及操作体验差等问题，可以有效的保证数据的实时性。

图4为本申请实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。如图4所示，该设备40包括：一个或多个处理器401以及存储器402。图4中以一个为例。其中，处理器401以及存储器402可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。

存储器402作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的GUI 系统对应的程序指令/模块。处理器401通过运行存储在存储器402中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而实现上述基于Linux的GUI系统。

存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储GUI系统所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401 远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至定位装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory， ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

综上所述，本发明实施例提供的GUI系统利用linux系统开放性和多任务系统，可以在同等硬件环境，设置更低的硬件配置下实现高效数据实时传输、

而且，通过特别设计的的架构和事件处理的调度策略，可以在保证实时性数据传输同时确保对用户交互的及时响应，提升用户体验。

由于整个GUI系统采用模块化的架构设计，可以方便实现对外围设备的硬件支持，并且基于Linux的开放性，还可以便利的移植到ARM、MIPS、x86 等体系结构之上。上述GUI系统提供的更合理的机制和软件架构模式，令二次开发的效率更高效。

另外，单窗口的架构对内存和MCU的开销非常低。例如，在100M的 MCU上运行，MCU的占用可达到3％。在无事件发生或者整体开销降低的场景下，还可以调节MCU工作频率和工作模式，从而很好的降低整机功耗。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于Linux的嵌入式GUI系统，其特征在于，包括：

图形抽象层，用于通过标准的系统接口，对显示层进行设置和调用；

图形设备接口，用于为上层应用提供绘制接口，以显示和/或绘制图片或文字；

输入抽象层，用于对输入设备进行封装，提供对应的人机交互接口；

消息处理层，用于投递事件至事件队列，按照所述事件队列的顺序依次处理；并且，预判事件的响应优先级，以优先处理响应优先级高于预设值的紧急事件；

窗口处理层，所述窗口处理层在所述输入抽象层、消息处理层以及图形设备接口之上；所述窗口处理层为单窗口架构。

2.根据权利要求1所述的嵌入式GUI系统，其特征在于，还包括系统控制模块，所述系统控制模块用于：

监控CPU的占用情况，并且根据所述占用情况，动态调整所述CPU的工作频率和事件的响应优先级。

3.根据权利要求2所述的嵌入式GUI系统，其特征在于，所述动态调整所述CPU的工作频率，具体包括：

监控实时数据传输负载是否超过50％；

若是，将所述CPU的工作频率调整至最大值；若否，将所述CPU的工作频率调整至预设的正常值。

4.根据权利要求3所述的嵌入式GUI系统，其特征在于，所述动态调整所述CPU的工作频率，还包括：

在系统空闲状态下，将所述CPU的工作频率调整至预设的最低值，并且停止不具有关联性的外围设备。

5.根据权利要求1所述的嵌入式GUI系统，其特征在于，所述消息处理层具体用于：

在事件发生时，判断所述事件是否为紧急事件；

若是，保留现场信息，终止数据传输并处理所述紧急事件；所述紧急事件包括：低电量事件和热插拔事件；

若否，将所述事件投递至事件队列；

按照先进先出的顺序，依次处理所述事件队列中的事件。

6.根据权利要求1所述的嵌入式GUI系统，其特征在于，所述图形设备接口具体用于：

以动态分块管理的方式，维护在固定区域的显示数据，并且对显示数据进行预处理，以二进制模式存储。

7.根据权利要求1所述的嵌入式GUI系统，其特征在于，所述输入设备包括按键、触摸屏、拨轮、轨迹球、触摸板和触摸按键。

8.根据权利要求1所述的嵌入式GUI系统，其特征在于，所述窗口处理层具体用于：

定义每个窗口的属性；

确定所述每个窗口需要占用的控件以及每个控件的位置、数量、布局模式和输入事件属性。

9.根据权利要求1所述的嵌入式GUI系统，其特征在于，所述控件具有不同的类型和不同的功能，包括对话框、提示信息框、列表框以及多选框。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品存储在非易失性存储设备中，被与所述非易失性存储设备连接的处理器执行，以实现如权利要求1-9任一所述的嵌入式GUI系统。