嵌入式Linux系統(tǒng)的很多應(yīng)用領(lǐng)域，諸如消費(fèi)類電子產(chǎn)品、測量控制設(shè)備等，圖形用戶界面不僅在技術(shù)上是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)，而且在商業(yè)上也關(guān)系到用戶對該產(chǎn)品接受的程度。根據(jù)產(chǎn)品功能低高端的不同定位，系統(tǒng)設(shè)計(jì)對圖形用戶界面的要求也不同，一般大致可以分為單進(jìn)程方式的輕量級圖形界面和多任務(wù)窗口系統(tǒng)圖形用戶界面GUI，前者主要用于低端的信息終端和工業(yè)控制系統(tǒng)，后者主要用于PDA、機(jī)頂盒、DVD/VCD播放機(jī)、WAP手機(jī)等產(chǎn)品中。
    目前，在Linux操作系統(tǒng)中，一般可將圖形應(yīng)用庫粗略地分為三個(gè)不同層次。第一層次是圖形基礎(chǔ)設(shè)施，它們本身沒有提供相應(yīng)的應(yīng)用程序編程接口，而是集成在操作系統(tǒng)中或采用某種封裝形式，用作其他高級圖形或者應(yīng)用程序的基本函數(shù)庫，較典型的有X Window、SVGALib、framebuffer(幀緩沖)和LibGGI等；第二層次是高級函數(shù)庫，它們提供了大量的應(yīng)用程序編程接口，較典型的有Xlib、GDK、GTK+、QT、SDL、OpenGL、PEG和DirectFB等；第三層次多任務(wù)窗口系統(tǒng)圖形用戶界面GUI，較典型的有Microwindows、OpenGUI、Qt/Embedded和MiniGUI等。
    在低端的嵌入式系統(tǒng)中， 由于用戶圖形界面僅僅需要用到一些簡單的畫點(diǎn)、畫線、圖片顯示和中西文輸入/顯示等，同時(shí)考慮到成本、占資源大小和穩(wěn)定性等諸多因素，因此在對Microwindows進(jìn)行相應(yīng)裁減的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用圖形庫的設(shè)計(jì)。

1 Microwindows的分層結(jié)構(gòu)
   Microwindows是一個(gè)著名的開放源碼的嵌入式GUI軟件，專門用于小型嵌入式設(shè)備上開發(fā)高性能圖形應(yīng)用程序和多任務(wù)窗口系統(tǒng)。它用C語言實(shí)現(xiàn)，可移植性好，能夠在嵌入式Linux上運(yùn)行。目前，它不僅可以在支持Framebuffer的32位嵌入式Linux系統(tǒng)上運(yùn)行，還可以在SVGALib庫上運(yùn)行，甚至可以被移植到16位的ELKS和實(shí)模式的MSDOS上。
   Microwindows采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，共有三層(見圖1)。底層驅(qū)動(dòng)層是面向基本的圖形輸出和鍵盤、鼠標(biāo)或觸摸屏的驅(qū)動(dòng)程序，在程序中通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就能訪問實(shí)際的硬件設(shè)備；中間引擎層提供底層硬件的抽象接口，是一個(gè)可移植的圖形引擎，提供點(diǎn)線繪制、區(qū)域填充、多邊形繪制、裁減和RGB顏色模式使用等；最高應(yīng)用層分別提供兼容于X Window 和Windows CE(Win32子集)的API，同時(shí)提供窗口管理。
  
   底層驅(qū)動(dòng)層也叫設(shè)備與平臺相關(guān)層，這一層的功能是將系統(tǒng)與設(shè)備和操作系統(tǒng)平臺的具體細(xì)節(jié)屏蔽起來。它通過實(shí)際的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口或者OS系統(tǒng)調(diào)用來與硬件設(shè)備交互，這些硬件設(shè)備主要包括屏幕、鼠標(biāo)和鍵盤等。我們使用設(shè)備對象(device object)的概念來描述一類設(shè)備，每一個(gè)對象描述了一類實(shí)際設(shè)備的屬性和方法。比如，屏幕設(shè)備對象就描述了其各種屬性(屏幕尺寸、分辨率、像素深度、像素格式、邏輯顯存首地址等)和基本方法(打開和關(guān)閉顯示器、設(shè)置調(diào)色板、返回屏幕屬性、讀寫像素點(diǎn)等)。最底層實(shí)際上是以設(shè)備對象的方式為中間層提供了一個(gè)抽象的設(shè)備驅(qū)動(dòng)界面。Microwindows在這一層中對屏幕、鼠標(biāo)、觸摸屏和鍵盤等設(shè)備分別定義了一個(gè)對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其中，屏幕設(shè)備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體SCREENDEVICE指定了諸如設(shè)備的大小、硬件使用的圖形模式等底層的顯示情況以及打開、關(guān)閉、畫點(diǎn)線等方法；鍵盤設(shè)備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體KBDDEVICE定義打開、關(guān)閉和讀取鍵值等方法； 屏幕信息的結(jié)構(gòu)體MWSCREENINFO和位圖信息的結(jié)構(gòu)體MWIMAGEINFO是兩個(gè)常用的結(jié)構(gòu)體，用以取得當(dāng)前打開的顯示屏幕和位圖的長、寬、位色等屬性值。
    中間引擎層也叫設(shè)備與平臺無關(guān)層，這一層的功能是提供一個(gè)可以為各種應(yīng)用層共享的與設(shè)備無關(guān)的核心圖形引擎，其中的主要工作就是實(shí)現(xiàn)各種圖形函數(shù)和輸入設(shè)備的功能函數(shù)。對于中間層，它向下看到的是各類設(shè)備對象，向上則是要提供一個(gè)抽象的核心圖形界面，使得上面的應(yīng)用層對它所使用的到底是什么設(shè)備對象不用去理會。當(dāng)運(yùn)行在Linux系統(tǒng)中時(shí)，Microwindows提供的所有繪圖函數(shù)都是通過調(diào)用底層屏幕驅(qū)動(dòng)Framebuffer或SVGALib來實(shí)現(xiàn)的。它支持行繪制、區(qū)域填充、剪切以及RGB顏色模型，控制字體的顯示等。
   最高層即應(yīng)用層，這一層的功能是按照應(yīng)用的具體要求為應(yīng)用程序提供適當(dāng)?shù)膽?yīng)用層用戶界面。當(dāng)應(yīng)用程序不需要窗口系統(tǒng)的時(shí)候，用戶自定義圖形界面將十分簡單，甚至可以什么都不做而直接使用中間層提供的抽象核心界面(本文討論的圖形應(yīng)用庫就是基于該原理來構(gòu)建的)。如果用戶需要完善多任務(wù)窗口系統(tǒng)，則可以使用抽象核心界面來實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用程序編程接口(API)以及窗口和消息機(jī)制等。Microwindows實(shí)現(xiàn)了MicrosoftWin32/WinCE圖形顯示接口(GDI)和Xlib(XWindows)接口兩種API以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。其中前者應(yīng)用于所有的Windows CE和Win32應(yīng)用程序，用于設(shè)計(jì)類Win32圖形用戶界面GUI；后者就像Nano-X，應(yīng)用于所有Linux X插件集的最底層，這樣可讓Linux圖形程序員X接口開發(fā)圖形應(yīng)用程序。
    顯然，Microwindows的分層設(shè)計(jì)使得其能夠在需要的時(shí)候易于改寫和定制，能夠運(yùn)行在任何支持Framebufer的Linux系統(tǒng)(2.2以上版本的內(nèi)核)中，這些特點(diǎn)使得Microwindows在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用十分廣泛。

2 圖形應(yīng)用庫的設(shè)計(jì)
    盡管Microwindwos已經(jīng)提供了一個(gè)全功能的可視化圖形用戶界面開發(fā)工具，但是由它生成的代碼量很大，在某些類低端的嵌入式Linux系統(tǒng)中不適合，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)面向低端的、非窗口