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郑州大学硕： 学位论文 校网卡自助服务终端关键技术的研究 摘要 校园卡自助服务终端是校园卡应用中为用户提供自助服务的重要设备，随着 校园网的广泛普及和面向服务的体系结构在校园网上的推广应用，传统的自助服 务设备在许多方面已经无法满足应用的需要。 本文讨论了以a r m 9 处理器为硬件平台、具有图形用户界面和远程对象访问 机制的校园卡自助服务终端的软硬件构造和实现中的关键技术；给出了基于嵌入 式l i n u x 和q t e m b e d d e d 环境的软件对象结构、终端图形用户界面、嵌入式系统 如何访问w e b 服务等几项关键技术的设计和实现方法。 本文比较了嵌入式l i n u x 下的几种图形用户界面开发技术，选择了适合复杂 交互界面开发的q t e m b e d d e d 作为自助服务终端的人机界面开发平台，并介绍了 工作原理和开发过程。分析了传统自助服务终端与后台通信的方式；比较了w e b 服务访问中的x m l s o a p 在嵌入式系统中的各种实现方式；提出了采用开源工具 软件g s o a p 交叉生成s o a p 客户端的方法。 文中按照嵌入式软件的开发思想和u m l 建立嵌入式软件的对象模型的方法 和步骤，设计了自助终端软件的对象模型和交互模型。设计中，将面向对象软件 模式应用到嵌入式q t e 窗口环境中，采用分层模式、代理模式、观察者模式以 提高嵌入式终端软件的可重用性；并对关键问题给出了包图、顺序图和关键代码。 鉴于嵌入式系统空间和网络处理能力的限制，本文针对远程服务的访问进行 了深入的研究，没有采用移植完整的x m l s o a p 协议栈和解析器实现与后台 w e b 服务通讯的方式，而是用开源的g s o a p 生成客户桩和相应的传输解析代码。 文中给出了从服务端w s d l 生成c + + 本地桩代码和本地代理的结构和实现过程， 以及如何使用x s d 类型编码实现复杂参数的交互。 针对用户界面技术，文中在简单的需求分析的基础上，设计了界面导航和操 作风格，给出了一种使用观察者模式实现界面显示、表格数据的更新显示的软件 结构设计和实现。 在论文的最后总结了所做的工作，并对未来校园卡自助服务系统、图形界面 和嵌入式w e b 服务进行了展望。 关键词：校园卡自助服务终端，嵌入式系统，q t e m b e d d e d ，g s o a p 郑州大学硕士学位论文 校园卡自助服务终端关键技术的研究 a b s t r a c t c a m p u sc a r d s e l f - s e r v i c et e r m i n a l sa r et h ei m p o r t a n te q u i p m e n tp r o v i d e d s e l f - s e r v i c ef o ru s e r si nt h ec a m p u sc a r d a p p l i c a t i o n w i t l lt h er a p i dp o p u l a r i z a t i o no f c a m p u sn e t w o r ka n dt h ea p p l i c a t i o no fs e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r ei nt h ec a m p u s n e t w o r k ，t h et r a d i t i o n a ls e l f - s e r v i c ed e v i c e sh a v eb e e nu n a b l et om e e tt h en e e d so f a p p l i c a t i o ni nm a n yr e s p e c t s t h i s p a p e r d i s c u s s e st h e k e yt e c h n o l o g y i nt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e c o n s t r u c t i o na n dr e a l i z a t i o no ft h ec a m p u sc a r ds e l f - s e r v i c et e r m i n a l n et e r m i n a li s b a s e do na r m 9p r o c e s s o rh a r d w a r ep l a t f o r m ，w i t l lt h eg r a p h i cu s e ri n t e r f a c ea n dt h e r e m o t eo b j e c ta c c e s sm e c h a n i s m t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o nm e t h o d so ft h r e ek e y t e c h n o l o g i e sw o u l db ep r e s e n t e d ，s u c ha st h es o f t w a r eo b j e c ts t r u c t u r eb a s e do nt h e e m b e d d e dl i n u xa n dq t e m b e d d e de n v i r o n m e n t ，t e r m i n a lg r a p h i c si n t e r f a c ea n d h o wt h ee m b e d d e ds y s t e ma c c e s s e st h ew e bs e r v i c e b yc o m p a r i n gt h ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g i e so fg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c eb a s e do n e m b e d d e dl i n u x ，t h eq t e m b e d d e da sas e l f - s e r v i c et e r m i n a li n t e r a c t i v ei n t e r f a c e d e v e l o p m e n tp l a t f o r mi st a k e n , w h i c hf i t sp e r f e c t l yi n t ot h ec o m p l e xi n t e r f a c e d e v e l o p m e n t a n dt h eq t ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dd e v e l o p m e n tp r o c e s sa r ea l s o i n t r o d u c e d b e s i d e s ，t h ec o m m u n i c a t i o nm e a n sa l ea n a l y z e db e t w e e nt h et r a d i t i o n a l s e l f - s e r v i c et e r m i n a l sa n db a c k g r o u n dd a t a b a s e ；av a r i e t yo fr e a l i z a t i o nm e t h o d so f t h ex m l s o a pa r ec o n t r a s t e di n t h ee m b e d d e ds y s t e mw h i l ew e bs e r v i c ea c c e s s i n g ； t h es o a pc l i e n tg e n e r a t i n ga p p r o a c hi ss t a t e do fu s i n gt h eo p e ns o u r c eg s o a p p a c k a g e i nt h i sp a p e r ，t h eo b j e c tm o d ea n di n t e r a c t i v em o d ea l ed e s i g n e d ，a c c o r d i n gt o n o t o n l yt h ee m b e d d e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n ti d e a , b u ta l s o t h em e t h o da n d p r o c e d u r e so fu m l e s t a b l i s h m e n te m b e d d e ds o r w a r e o ft h ed e s i g n i n gp r o c e s s ，t h e o b j e c t - o r i e n t e ds o f t w a r em o d ei sa p p l i e d i n t ot h ee m b e d d e dq t ew i n d o w e n v i r o n m e n t m u l t i l a y e rp a t t e r n ,r e p r e s e n t a t i v ep a t t e r na n do b s e r v o rp a t t e r na r e a d o p t e dt op r o m o t et h ea p p l i a b i l i t yo ft h ee m b e d d e dt e r m i n a ls o f t w a r e ；t h ep a c k a g e 郑州大学硕士学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 f i g u r e ；s e q u e n c ef i g u r ea n dt h ek e yc o d ea r ea l s og i v e n i nv i e wo ft h ee m b e d d e ds y s t e ms p a c ea n dn e t w o r kp r o c e s s i n gc a p a c i t y c o n s t r a i n t s ，a f t e rc a r r i n go u ti n d e p t hr e s e a r c ho nr e m o t es e r v i c ea c c e s s ，i n s t e a do f t r a n s p l a n t i n gc o m p l e t ex m l s o a pp r o t o c o ls t a c ka n dp a r s e ，t h i sp a p e ru s i n gt h e o p e ns o u r c eg s o a pp a c k a g ew h i c hg e m e r a t et h e c l i e n ts t u ba n dc o r r e s p o n d i n g t r a n s m i s s i o np i l ea n a l y s i sc o d et or e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o nw i t ht h eb a c k g r o u n d w e bs e r v i c e a l s o ，t h er e a l i z a t i o np r o c e s si sp r e s e n t e do ft h eg e m e r a t i o no fc + + l o c a l s t u bc o d ea n dl o c a l a g e n c ys t r u c t u r ef r o mt h ew s d lo ns e l f - s e r v i c et e r m i n a l ， a c c o m p a n i e dw i t hh o wt ou s et h ex s dt y p ec o d et oi m p l e m e n tt h ei n t e r a c t i o no f c o m p l e xp a r a m e t e r s a sf o rt h eu s e ri n t e r f a c et e c h n o l o g y , t h ei n t e r f a c en a v i g a t i o na n do p e r a t i o ns t y l e a r ed e s i g n e di nt h i sp a p e ro nt h eb a s eo fs i m p l er e q u i r e m e n ta n a l y s i s a l s o ，a nd e s i g n a n di m p l e m e n to fs o f t w a r es t r u c t u r ei sr a i s e d ，w h i c ha d o p t so b s e r v e rp a t t e r nt o a c c o m p l i s ht h ei n t e r f a c ed i s p l a ya n dt h et a b l e - s t r u c t u r e dd a t au p d a t e dd i s p l a y t h i sp a p e rw o u l de n d 惭mt h ec o n c l u s i o no fw h a th a v eb e e nd o n e ，a n dt h e e x p e c t a t i o n so f t h ef u t u r ec a m p u sc a r ds e l f - s e r v i c es y s t e m ，g r a p h i c su s e ri n t e r f a c ea n d e m b e d d e dw e bs e r v i c e k e y w o r d s ：c a m p u sc a r ds e l f - s e r v i c et e r m i n a l ，q t e m b e d d e d ，g s o a p ，e m b e d d e d s y s t e m i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者： 孝许日期：沙卵年 岁月；。日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门 或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学 可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文 或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者：巷溥 日期：卅年于月7 。日 郑州大学硕士学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 1 1研究背景与意义 第一章绪论 校园卡自助服务终端是银行和学校自助交易的终端设备，已得到广泛的应 用，它以超强的现实功能和普遍的实用性，为各大高校所青睐。自助服务系统的 实现是建设校园一卡通的迫切需要，是满足数字化校园的必要条件，是学校规范 管理的必要步骤。 嵌入式图形用户界面( e g u i ，e m b e d d e dg r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ) 是用户与嵌入 式产品交互的中介，由于嵌入式l i n u x 内核没有提供对嵌入式图形用户界面的支 持，所以需要针对产品的应用功能进行开发【l 】。g u i 最重要的优势在于使用户可 以更直观、方便的进行操作。校园卡自助服务系统是学生与自助设备交互的接口， 需要一个友好的用户界面，所以要研究自助服务系统的g u i 设计。 随着面向对象服务的体系结构( s o a ) 在校园环境中的应用，为了将嵌入式 系统接入i n t e m e t ，实现大范围的分布式系统的无缝集成，同时又要考虑各种平 台间的差异性，实现简单方便的远程通信，需要一种真正跨平台的、能够进行无 缝通信和数据共享的通信标准【2 1 。在面向服务的体系结构中，一种可以通过w e b s e r v i c e 实现远程数据访问的自助终端，成为校园卡应用中的迫切需要【3 1 。所以本 文把s o a p 技术引入到嵌入式自助服务系统的设计当中，完成校园网内的数据通 信和共享。 1 2研究现状 嵌入式g u i 不仅具有相当好的应用前景，同时对计算机图形学、操作系统、 面向对象软件理论、数字图像和汉字信息处理技术等具有重要的理论价值。 目前国内外在g u i 的研究开发中己经取得很大的进步，在商业上得到广泛 的应用。在国内也有不少高校、科研单位以及公司参与到g u i 的研发中来，并 取得一定的成果。当前嵌入式系统上的g u i 实现方法大致可划分为如下几类【l 】： 某些大型厂商有能力开发满足自身需要的g u i 系统。如m i c r o s o f t 的w i n c e ， s u n 的p e r s o n a lj a v a 和v x w o k s 集成的u g l ，z a f 等。能够设计实现符合特定 郑州大学硕士学位论文校同卡自助服务终端关键技术的研究 需求的g u i ，也具有简捷、高效的特点，但它存在着专用性和开发成本高的 特点，显然是不太现实的。 某些厂商没有将g u i 作为一个软件层从应用程序中剥离，g u i 的支持由应用 程序自己负责。这是一种相对临时的解决方案，利用这种手段编写的程序， 无法将显示逻辑和数据处理逻辑划分开来，从而导致程序结构不好，不便于 调试，并导致大量的代码重复。 还有些厂商采用目前比较成熟的g u i 系统，如m i n i g u i 、m i c r o w i n d o w s 、 q t e c m b e d d c d 或者其他的g u i 系统。 由于嵌入式设备市场的不断扩大，图形界面的开发已经成为嵌入式开发的一 个关键环节，而一般的嵌入式系统开发周期都比较短并且设备产品趋向高端化， 采用第一和第二种方法显然都不太符合大多数嵌入式系统g u i 的需求现状。 应市场的需求，目前的g u i 系统的开发一般都在既有的g u i 上进行应用程序的 开发，让用户不用关心底层的实现，即主要选择第三种方式开发g u i 1 4 1 。 校园卡自助服务终端向用户提供自助服务，实现一系列校园卡功能，它需 要和学校的一卡通中心数据库及其它第三方平台通信。在嵌入式服务终端与后台 数据库的通信的模式上，目前的终端设备通常采用如下方式： 通过数据库接口直接访问数据库服务器。这种模式软件结构简单，开发成本 低廉；但是数据库暴露在网络上，存在着遭受黑客攻击的隐患。 通过自定义的s o c k e t 报文通信。应用灵活，通信效率高，带宽占用少；但是 系统与终端之间采用专有的报文格式，无法实现通用性。 通过w e b 服务器实现与数据库的交互。真正的跨平台，灵活，可扩展【4 】；但 是由于嵌入式设备的资源受限性，要有效的实现嵌入式设备信息的互通互 联，有着一定难度【5 1 。 1 3 论文研究的主要内容 校园卡自助终端是校园卡应用中为用户提供自助服务的重要设备，随着校园 网的广泛普及和面向服务的体系结构在校园网上的推广应用，传统的自助服务设 备在许多方面已经无法满足应用的需要。 本文讨论基于嵌入式l i n u x 和q t e m b e d d e d 环境的校园卡自助服务终端中 2 郑州大学硕士学位论文校尉卡自助服务终端关键技术的研究 的软件对象结构、终端的图形用户界面以及嵌入式系统如何访问w e b 服务等几 项关键技术的设计和实现方法，主要研究工作包含以下几方面： 1 ) 以基于a r m 9 内核的$ 3 c 2 4 1 0 x 处理器为硬件开发平台，实现了嵌入式 l i n u x 开发环境的搭建，包括b o o t l o a d e r 的移植和l i n u x 内核编译移植等； 搭建了q t e m b e d d e d 图形界面开发工具的宿主机和目标机环境。 2 ) 比较了嵌入式l i n u x 下的几种图形用户界面开发技术，选择q t e m b e d d e d 开发自助服务终端的人机界面，并介绍了其工作原理和开发过程。对软件的 人机界面进行了深入的分析和设计，设计了界面导航和操作风格，给出了基 于q t e 窗口环境的、采用观察者模式实现界面显示、表格数据的更新显示 的解决方法。 3 ) 分析了校园卡自助服务系统的设计思想和目标，然后讨论了系统的总体结 构、功能模型、业务流程等，同时结合自助服务的特点，提出了三层架构的 自助服务系统的设计方法。 4 ) 按照嵌入式软件的开发思想和u m l 建立嵌入式软件的对象模型的方法和步 骤，设计了自助终端软件的总体逻辑结构、软件对象类的设计和交互模型。 设计中，将面向对象软件模式应用到嵌入式q t e 窗口环境中，采用分层模 式、代理模式、观察者模式以提高嵌入式终端软件的可重用性；针对关键问 题给出了包图、顺序图和关键代码。 5 ) 分析了传统自助服务终端与后台通信的方式，比较了w e b 服务访问中的 x m l s o a p 在嵌入式系统中的各种实现方式，提出了采用开源工具软件 g s o a p 交叉生成s o a p 客户端的方法。 6 ) 针对远程服务的访问进行了深入的分析和设计，围绕着自助终端中帐户查询 的功能需求和性能要求，深入讨论了s o a p 客户端和协议栈的集成方式。给 出了从服务端w s d l 生成c + + 本地桩代码和本地代理的结构和实现过程，以 及如何使用x s d 类型编码实现复杂参数的交互。 1 4 论文的组织结构 第一章绪论。主要介绍了论文的研究背景、意义、现状及本文的研究内容 和结构安排。 3 郑州大学硕士学位论文校同卡自助服务终端关键技术的研究 第二章相关技术分析。首先介绍了嵌入式图形界面的开发方法，并对l i n u x 下各种g u i 方法进行了分析和比较，选定q t e m b e d d e d 作为本系统的用户界面 开发环境；然后介绍了q t 的功能特点、体系结构、核心机制及开发工具等；最 后介绍了s o a p 技术、s o a p 的应用及g s o a p 协议的特点，选择g s o a p 软件包 开发w e b 服务应用，为后面实现嵌入式s o a p 远程服务访问做好知识准备。 第三章嵌入式l i n u x 和图形用户界面环境搭建。主要介绍了在目标机上移 植l i n u x 操作系统环境，以及如何在宿主机和目标机上为q t e m b e d d e d 图形界 面的开发搭建实验环境。 第四章校园卡自助服务系统功能需求。首先讨论了自助服务系统的需求分 析，包括设计思想与目标、功能需求等，接着介绍了自助服务系统的总体结构， 包括系统结构和模块划分，最后描述了自助服务系统的关键业务流程。 第五章校园卡自助服务终端的关键技术和软件设计。首先讨论了如何用 g s o a p 生成s o a p 客户端；然后介绍了远程代理和服务访问的实现，包括w s d l 的生成、客户桩的生成、客户端代理的生成及x s d 的类型编码；最后讨论了自 助终端人机界面的设计，包括界面的导航、界面的风格设计等。 第六章总结展望。总结了全文的主要研究工作，并对未来发展进行了展望。 4 郑州大学硕士学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 第二章相关技术分析 2 1 嵌入式l in u x 的特点 2 1 1 嵌入式系统的特点 嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成 本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式 处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工 作的器件”【6 】【7 】。嵌入式系统的主要特征如下【8 】： 系统内核小：由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源受限， 所以相比较传统的操作系统，内核要小得多。 专用性强：嵌入式系统的专用性很强，其中的软硬件的结合很紧密，一般 要针对硬件平台的特征进行系统的移植。 系统精简：嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显划分，功能的 设计及实现相对简单，不仅有利于控制系统成本，也利于实现系统安全。 嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。 2 1 2 嵌入式lin u x 的优势 嵌入式操作系统( e o s ) 是嵌入式系统软硬件资源的控制中心，负责嵌入式 系统全部软、硬件资源的分配、调度作业、控制、协调并发活动；以尽量合理有 限的方法组织多个用户共享嵌入式系统的各种资源【9 】。e o s 是相对于一般操作系 统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能外，还有以下特点： 1 ) 可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 2 ) 强实时性。e o s 实时性一般较强，可用于各种设备控制当中【1 0 1 。 3 ) 统一的接口。提供各种设备驱动接口。 4 ) 操作方便、简单、提供友好的图形界面，追求易学易用。 5 ) 提供强大的网络功能。 6 ) 体积小，高性能，可靠性较高，强稳定性，弱交互性，并且固化代码。 7 ) 更好的硬件适应性，也就是良好的可裁剪性和可移植性。 5 郑州大学硕士学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 嵌入式操作系统可以分为两类：一类是面向控制、通信等领域的实时操作系 统，如w i n d r i v e r 公司的v x w o r k s 、q n x 系统软件公司的q n x 、i s i 的p s o s 、 a t i 的n u c l e u s 等【9 】；另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，这类产品 包括个人数字助理( p d a ) 、移动电话、电子书、机顶盒、w e b p h o n e 等o 。目前 v x w o r k s 、w i n c e 、p a l m 0 s 在嵌入式领域中市场占有率比较高。由于l i n u x 是开 源操作系统，因此未来嵌入式l i n u x 或许将占主要地位。 与其他的嵌入式操作系统相比，l i n u x 具有一些独特的优势【“】： 1 ) 开放源代码，有丰富的软件资源。 2 ) 功能强大的内核，性能高效、稳定、系统健壮、效率高。 3 ) 支持多种体系结构。 4 ) 完善的网络通讯、图形、文件管理机制。 5 ) 支持大量的周边硬件设备。 6 ) 大小、功能都可定制。 刀良好的开发环境，不断发展的开发工具集。 8 ) 软件开发者的广泛支持。 l i n u x 的出现给嵌入式产品的开发带来了新的活力，它拥有的种种优良特性 使它在嵌入式领域取得了长足的发展【1 2 1 ，并且由于本系统采用的硬件平台对于 l i n u x 有比较完善的驱动支持，加上在p c 机上也比较方便调试，这样就可以更 专注于应用程序的开发，因此本系统采用l i n u x 作为嵌入式操作系统。下面将介 绍在此平台上开发基于l i n u x 的g u i 系统。 2 2嵌入式lin u x 图形用户界面分析 2 2 1 嵌入式系统g ui 的特点 图形用户界面( 6 u i ) 是一种基于操作系统和硬件平台，向应用程序提供用户 接口的基础性软件【1 3 】。由于用户是通过g u i 与系统进行交互的，所以g u i 应该 简单好用并且稳定可靠。由于嵌入式系统是资源受限的，所以还要考虑内存等的 使用情况，它的g u i 应该是轻量级的，并且能够快速装入。因为嵌入式系统往 往都是可定制的，所以g u i 系统也必须是可定制的。 综上所述，嵌入式系统对g u i 的一般要求为：体积小巧、高性能、高可靠 6 郑州火学硕士学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 性、可定制、界面友好、并提供完整的a p l 支持【1 4 】。嵌入式g u i 是嵌入式系统 中的重要组件，除了满足嵌入式系统的一般特征，还需要满足如下性质【1 5 】： 功能需求：实现系统特定功能 高效率性需求：满足特定的性能指标。 可移植性需求：适应各种软硬件平台。 可裁减性需求：针对应用特征调整配置。 2 2 2 嵌入式系统中的g 的一般结构模型 一个能够移植到多种硬件平台上的嵌入式g u i 系统，应该至少抽象出两类 设备：基于图形显示设备( 如v g a 卡) 的图形抽象层g a l ( g r a p h i ca b s t r a c t l a y e r ) ，基于输入设备( 如键盘，触摸层等) 的输入抽象层认l ( i n p u t a b s t r a c t l a y e r ) 。g a l 层完成系统对具体的显示硬件设备的操作，极大程度上隐蔽各种 不同硬件的技术实现细节，为编程序开发人员提供统一的图形编程接口。n l 层 则需要实现对于各类不同输入设备的控制操作，提供统一的调用接口。g a l 层 与认l 层的设计概念，可以极大程度地提高嵌入式g u i 的可移植性，如图2 1 所示嵌入式g u i 的一般结构模型。 a p i 编程接口 嵌入式g u i g a l 层队l 层 图形显示设备输入设备 嵌入式操作系统 图2 - 1 图形用户系统的一般结构模型 2 2 3 嵌入式lin u x 下的g ul 技术分析 目前在l i n u x 之上进行嵌入式系统开发的厂商，一般选择如下几种g u i 系 统：紧缩的xw i n d o w 系统、m i n i g u i 、m i c r o w i n d o w s 、o p e ng u i 、q 1 y e m b e d d e d 等【1 6 1 。下面简要介绍这些g u i 系统，然后对它们的优缺点进行比较。 1 ) 紧缩的x w i n d o w 系统 xw i n d o w 是类u n i x 系统的标准g u i ，由x 协议、x 服务器、客户和i b 函数库等几部分组成【1 7 1 。它运行在服务器客户机模式下，可以划分为3 层结构： 7 郑州大学硕士学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 x 服务器：是一个在图形工作站运行的服务进程，提供图形界面的驱动，处 理输入输出信息，维护相关的资源。xs e i v c r 还负责接受键盘、鼠标操作， 并传送给x 客户端。同时，xs e r v e r 还负责输出x 客户端传送过来的信息。 x 协议：实现x 服务器与x 客户端之间的通信。 x 客户端：提供g u i 界面，与用户交互。 客户程序可根据需要调用x l i b 中的函数，对i b 函数的调用被转换为x 的 协议请求，并通过x 协议发送给x 服务器；当服务器收到协议请求后，就按照 协议的要求去完成相应的任务，并通过x 协议对用户做出响应【1 8 】。 xw i n d o w 系统的客户h i 务器体系结构，导致开发的g u i 庞大且效率低下。 许多厂家都试图对xw i n d o w 系统进行裁剪使之称为t i n y - x 。如图2 2 紧缩的x w i n d o w 的系统框架： 圆圈圉 围 圈 图2 - 2 紧缩的xw i n d o w 的系统框架 2 ) m i c r o w i n d o w s n a n o x m i c r o w i n d o w s 是一个著名的开源嵌入式g u i 软件，目的是把现代图形视窗 环境引入到运行l i n u x 的小型设备和平台上【1 9 1 。它基本用c 语言实现，关键代 码使用汇编以提高速度【2 0 1 。m i c r o w i n d o w s 采用分层设计方法，如图2 3 所示： n a n o - x a p ie c m aa p i w 窗口管理硬件抽象层 显示硬件输入设备 图2 - 3m i c r o w i n d o w s 的体系结构 在最高层，它提供兼容于xw i n d o w 和e c m aa p r w ( w i n 3 2 g d i 子集) 的两 套a p i 。n a n o - x 是基于c i s 结构的x 协议。它包括类x 的底层窗口操作原语和 图形操作函数，但没实现窗口管理。而使用e c m aa p i w 编写的应用程序基于 8 郑州大学硕士学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 消息机制，总体很像w i n 3 2a p i 的实现思想，窗口管理由系统实现，可直接运行。 在中间层，它实现了一个图形引擎，支持行绘制、区域填充、剪切以及颜色 模型等，这一层是设备无关的，所有实现都将通过底层提供的设备抽象数据结构 中的指针完成。如图2 4 。 冈 i _ j m i c r o w i n d o w s 体系结构细化 m i c r o w i n d o w sa p in a i l o - xa -|i i il p i l 叵固叵习三亚亚巫三王亟咽 图2 - 4m i c r o w i n d o w s 体系结构细化图 在最底层，它抽象了一个数据结构以表示鼠标、触摸屏以及键盘，并提供了 对物理设备访问的能力，这个结构对上层是一致的【2 i 】。 3 ) o p e n g u i o p c n g u i 是一个快速的、3 2 位的、高层的c c + + 图形库和窗口库g u i ，构 建在一个快速的、低级的x 8 6 汇编图形内核上，符合l g p l 。o p c n g u i 提供了 二维绘图原语，消息驱动的a p i 和b m p 文件格式支持。o p e n g u i 功能强大，使 用方便，支持键盘和鼠标事件，在l i n u x 上基于f r a m e b u f f e r 或者s v g zl i b 实 现绘图，也支持m e s a 3 d 2 2 1 。 o p c n g u l 分为三层。最底层是由汇编编写的快速图形引擎；中间层提供了 图形绘制a p i ，包括线条、矩形、圆弧等，并且兼容于b o r l a n d 的b g ia p i ；第 三层用c h 编写，提供了完整的g u i 对象库。 4 ) l v i i n i g u l m i n i g u i 最初的目标是为基于l i n u x 的实时嵌入式系统提供一个轻量级的图 形用户界面支持系统。它主要运行于l i n u x 控制台，实际上可以运行在任何一种 具有p o s i x 线程支持的p o s i x 兼容系统【2 3 】。 从整体结构上看，m i n i g u i 是分层设计的：最底层，g a l 、认l 提供底层图 形接口以及鼠标和键盘的驱动；中间层是m i n i g u i 的核心层，其中包括了窗口 系统必不可少的各个模块；最顶层是a p i ，即编程接n 2 4 。其体系结构如图2 5 ： 9 郑州人学硕士学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 e c m a a p i ( c o r e ) m i n i t h r e a d 或者m i n i l i t e g a l 层i a l 层 系统硬件驱动 系统硬件 图2 - 5m i n i g u i 体系结构 m i i l i g u i 的g a l 层支持s v g al i b 、l i b g g i 、基于f r a m e b u f f e r 的n a t i v e 图 形引擎以及哑图形引擎等，i a l 层则支持l n i u x 标准控制台下的g p m 鼠标服务、 标准键盘、触摸屏等 2 5 】。m i n i g u l 分层设计的详细结构如图2 - 6 ： 图2 - 6m i n i g u i 详细体系结构图 当前m i n i g u i 的主要特色有：提供了完备的多窗口机制，实现了类w i n 3 2 的消息传递机制；能够支持多字符集和多字体，并且支持各种光栅字体和矢量字 体。提供完善的中文输入法；支持常见的图像文件及w i n d o w s 的资源文件。 5 ) q t e m b e d d e d q 讹n l b c d d e d 是著名的q t 库开发商t r o l l t e c h 公司发布的面向嵌入式系统 的q i t 版本。它是专门用于嵌入式平台的c + + 应用程序框架。q t e m b e d d e d 延续 了q t 在x 上的强大功能，但在底层屏蔽了x l i b ，仅采用f r a m e b u f f e r 作为底层 图形接口；同时，将外部输入设备抽象为k e y b o a r d 和m o u s e 等输入事件，底层 接1 3 支持键盘、鼠标、触摸屏以及用户自定义设备【2 6 】。 q t e 的类库完全采用c + + 封装，并且有着丰富的控件资源和良好的可移植 性。q t e 提供自身的轻量级窗口系统，直接访问帧缓冲，只需一个q t e 动态 库就足以替代xs e r v e r 、x l i b 库等嵌入式图形工具包【2 7 1 。 1 0 郑州大学硕l 学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 大范围的q t e m b e d d e da p i 可用于多种项目的开发。虽然q t e 的a p i 库在 有些时候显得过于臃肿，但它有面向对象的体系结构，资源占用少，抗锯齿文本 和混和视频的象素映射等优点，使其成为嵌入式g u i 开发的一大利具。 2 2 4 各种g ui 方法比较 我认为目前比较成熟、同时得到最多开发人员认可的几种嵌入式g u i 系统 有m i c r o w i n d o w s ，q t e m b e d d e d ，m i n i g u i 等，表2 1 总结出嵌入式l i n u x 下各 种g u i 开发工具的优缺点比较【2 8 】【2 9 】。表2 2 在平台、性能、可定制以及可移植 性等方面对它们进行简单比较。 表2 - 1 嵌入式l i n u x 下各种g i j i 工具的优缺点比较 图形用户界面 优点缺点 紧缩的1 x 服务器可以降低到8 0 0 k 左右1 运行需要其他程序和库 x w i n d o w 2 扩展性好，可移植性好 的支持 2 占用系统资源较多 m i c r ow i n d o w s 1 开源项目1 控件、构建不完备，键盘 n a n o x2 典型的c s 体系结构鼠标驱动不完善 3 提供比较完善的图形功能，能直接在硬件2 无任何硬件加速能力 上操作，不需其他图形库支持 3 图形引擎中存在许多低 4 分层设计 效算法，并未经优化 5 支持多种硬件平台，移植性很强4 代码质量较差 o p e n g u l 1 提供完整的g u i 对象集，便于维护 1 0 p e n g u i 比较适合与 2 内核汇编编写，运行速度快且稳定x 8 6 平台的实时系统，可移 3 遵循l g p l 条款植性较差。 m i n i g u i 1 轻量级的图形用户界面支持系统1 控件功能不够丰富，可定 2 图形抽象层制性不好 3 多字体和多字符集支持2 c 代码，扩展不利 4 小巧、可配置、移植性好、高性能且稳3 缺少一个方便的集成开 定性好 发环境 q t e m b e d d e d 1 随意设置程序的外观 1 代码量比较大，最好用 2 非常容易的根据硬件特性定制 f l a s h 容量比较大的平台 3 有针对手机的q t o p i a ，商用客户多 2 结构过于复杂，很难进行 4 可以方便的为程序连接数据库底层太多的扩充 5 当移植q t e 程序到不同平台时，只需要 3 商用需要一定的授权费 重新编译代码，不需要修改代码用 6 程序很容易本地化 郑州大学硕：i ：学位论文校园卡自助服务终端关键技术的研究 表2 - 2 各种g u l 比较 g u l 名称m i c r o w i n d o w s q t e m b e d d e d m i n i g u i o p e n g u i a p i 风格x 及w i n 3 2 子集 q t 风格 w i n 3 2私有的 g u i 大小6 0 0 k ( 一般)1 5 m ( 较大)5 0 0 k ( 较小) 3 0 0 k 可靠性很差差一般好 可移植性很好 较好 很好差 x 接口的好，w i n 3 2 多进程支持好好不好 的不支持 很好，提供了大量编译 可定制性一般差差 配置选项 性能一般差好很好 x 8 6 ，a r m ，m i p s ，x 8 6 ，a i t m ，x 8 6 ，a r m ，m i p s ， 运行 硬件平台 s t r o n g a r m ，主频s t r o n g a r m ，主频p o w p c ，s t r o n g a r m ， x 8 6 最低7 0 m h z最低1 0 0 m h z主频最低3 0 m h z d o s ，l i n u x ， o s 支持 l i n u xl i n u x ，w i n c el i n u x q w x 多语言支持一般一般好，中文支持好一般 是否开源 m p i i ，g p l q p l g p l l g p ll g p l 由于q t