摘 要 在科学技术创新发展驱动下，嵌入式系统在工业、医学、商业、军事等众多领域得到广泛应用。在此背景下，如何增强嵌入式系统图形用户界面功能，提升嵌入式系统人机互动水平，成为相关工作人员关注的重点问题。基于此，本文结合已有经验，提出一种支持2D/3D图形处理且稳定性相对较高的嵌入式图形支持库，以提升嵌入式图形支持库性能，为其应用与推广提供有意指导，满足嵌入式系统应用需求。

关键词 嵌入式 图形支持库 系统设计 3D模型

0引言

在信息化、大数据时代，以计算机技术、互联网技术、电子技术等为依托的具有人机互动性的系统成为人们日常生活、学习、工作中的重要组成部分。在系统设计与开发过程中，图形用户界面能够以形象、直观、具体表达方式传递信息，实现系统与用户的有效互动。随着系统应用领域的不断扩大，应用要求的不断提高，3D技术之间应用到嵌入式系统中，支持3D建模成为嵌入式系统图形用户界面设计的主流发展趋势。

1嵌入式图形支持库设计目的分析

在对嵌入式图形支持库进行设计分析时，需对其设计目的具有明确认识，以提升系统设计的准确性、科学性、合理性。就嵌入式图形支持库而言，其设计目的主要体现在以下几方面：

（1）嵌入式系统应用现实需求。嵌入式系统（Embedded system）是基于计算机上技术、互联网技术、电子技术、自动控制技术等现代化先进技术创新发展下，形成一种能够根据用户需求，包括功能需求、可靠性需求、安全性需求、环境保护需求，进行软硬件灵活裁剪的计算机系统，是为特定应用专门设计的系统，具备专用性强、实时性佳、系统可裁剪、体量小、功耗低、开放能力强、软硬件协同设计等特征。因此，在信息化、大数据时代背景下，基于“信息化建设”、“互联网+”、“网络强国”等发展战略的实施，嵌入式系统应用范围大幅度提升，并对通用图形用户界面系统提出了更高要求。传统图形用户界面系统已经无法满足嵌入式系统应用需求，迫切需要为嵌入式系统提供完整、高效的轻量级图形用户界面系统支持。

（2）图形支持库设计必然趋势。图形用户界面系统是嵌入式系统中的重要组成部分，能够通过图形、图像、图标、控件等满足嵌入式系统人机交互需求，提升嵌入式系统操作性、体验性。目前，常规嵌入式系统图形用户界面受软硬件资源限制，多支持2D模型。例如，miniGUI是较为成熟的嵌入式系统图形支持系统，虽然具有较为完善的图形处理功能，但无法支持3D模型，且系统在实践应用过程中需通过miniGUI控制。而就系统人机互动发展情况来看，3D应用将成为主流趋势，使用户能够从多维角度观看效果。

2嵌入式图形支持库设计思路分析

2.1 明确常用嵌入式图形支持库特征与缺陷

对当前较为常用的几种嵌入式图形支持库（如Mini GUI、Delta_GUI、Qt/Embedded等）进行梳理，发现常用嵌入式图形支持库主要由消息管理机制、应用接口层、窗口核心层、输入输出层等构成，如图1所示。

该体系结构中，消息管理机制是图形用户界面系统运行过程中实现系统内部信息有效传递与交换的核心所在，侧重处理系统各事件、各消息的交互操作;系统应用接口层主要为应用程序调用提供接口，窗口核心层主要应用接口层调用提供接口，输入输出层实现对硬件等有效封装;系统在设备管理技术、屏幕管理技术、资源管理技术等结合应用下，满足系统图形界面组织管理、资源调配需求。通常情况下，系统在设计过程更注重稳定性、时效性的提升，强调在系统初始化接口中完成入口封装。因此，底层驱动调用多在Init（）中进行。这在一定程度上降低了系统代码设计灵活性，当系统用户缺乏对图形用户界面系统底层结构的了解时，易出现资源浪费、设计效率低下、操作错误等问题。

2.2 新嵌入式图形支持库系统设计基本功能需求

根据嵌入式图形支持库设计发展需求，针对常规嵌入式图形用户界面支持系统存在的缺陷，提出一种新型图形接口模型。该图形接口模型基本功能设计需求如下：（1）系统稳定性、时效性强;（2）支持2D模型开发的同时，支持3D模型构建;（3）符合嵌入式系统应用要求。

2.3 新嵌入式图形支持库系统设计思路

为满足系统设计基本功能需求，提出如下设计思路：（1）依托3D技术配置3D图形绘制模块，具备三维几何代数操作、场景绘制与显示、物体碰撞检测、光线处理、三维图形或三维场景渲染、行为虚拟等功能;（2）利用组件库进行系统接口设计，使嵌入式图形用户界面系统无需通过制定入口实现操作;（3）改变常规嵌入式图形支持库结构，去除消息管理机制，以事件码形式完成系统设计;（4）创新图形支持库资源管理模式，将常规嵌入式图形支持库系统输入输出设备配置到设备抽象层，降低系统模块连接复杂性，增强系统设计标准性、通用性;（5）更具组件功能差异，构建多层结构，实现不同层次独立操作、协同操作。

2.4 新嵌入式图形支持库系统体系结构

本文所设计的嵌入式图形支持库系统（如图3所示）主要由以下几部分构成：

（1）设备抽象板块：设备抽象板块侧重于对系统内的硬件进行管控，能够根据系统运行实际情况，将信息传递给上层结构。在设备抽象板块设计过程中，以组件化设计理念为支持，科学划分组件（包括硬件接口组件、图形处理组件等），并利用专用设备抽象组件将图形支持系统下层设备接口封装，改变常用嵌入式图形支持库系统图形设备接口设计形式，以提高系统集成性、访问时效性。

（2）事件控制板块：事件控制板块侧重于系统流程控制，是系统稳定运行的根本保障。在系统设计过程中，时间控制板块能够模拟消息管控机制操作过程，对嵌入式图形支持库系统内部事件与外部事件进行管理与控制，满足事件处理要求，其结构如图2所示。

（3）2D/3D绘制板块：多数图形支持库在实践应用过程中需要依靠自身平台进行控制，并在消息管理机制应用下完成信息管理与交互。因此，在图形支持库改造过程中，新控件加入存在一定限制。本文所设计的嵌入式图形支持库改变了常用图形数据库控制方式，将2D图形处理交给函数库，使嵌入式图形支持库能够同时提供2D模型设备抽象接口、第三方设备抽象接口。与此同时，新嵌入式图形支持库将 3D 流水线设计成单个组件，为系统提供专门的数据引擎，在支持3D建模的同时，提高嵌入式图形支持库系统运行速度，增强系统操作时效性、高效性。

3嵌入式图形支持库核心模块设计与实现技术分析

嵌入式图形支持库系统是一个综合性系统，在研发过程中需对其核心模块设计与实现技术具有明确认识。

3.1设备抽象层的设计与实现

设备抽象层是嵌入式图形支持库系统中重要组成部分，位于系统硬件系统与软件系统中间位置，能夠通过系统接口实现对系统事件控制层、2D/3D绘制层的信息交互，满足系统资源管理、调度需求。

4结论

总而言之，嵌入式系统已经成为各领域系统研发关注的重点内容，基于嵌入式系统的迅速发展，以及各领域对系统性能、功能需求的不断提升，加大支持2D、3D建模嵌入式图形用户界面的支持库研发势在必行。本文依托已有经验，针对图形支持库特征，提出一种具有3D图形处理功能的层次结构，并对其核心模块的设计与实现进行了简要分析，以推动嵌入式图形支持库优化发展，满足嵌入式系统创新应用需求。

作者简介：吴文庆（1973-），男，黑龙江齐齐哈尔人，教授，硕士，从事软件工程技术研究。

参考文献

[1] 潘禄生，杨惠.基于ARM11的视频图像采集系统的设计[J].电子制作，2019（11）：18-20+24.

[2] 牛艳霞，马秉斌.嵌入式Web服务器的Android空间数据离线解决方法[J].测绘科学，2017，42（07）：178-182+187.

[3] 王凯.基于Qt/Embedded的嵌入式GUI显示架构实现[J].计算机技术与发展，2017，27（05）：144-148+153.

[4] 王晓燕，刘军霞，杨先文.基于Qt和Flash的嵌入式Linux软件架构设计[J].现代电子技术，2017，40（01）：13-16.

[5] 王利祥.嵌入式图形处理器的研究与设计[J].电子制作，2018（14）：7-8+12.

[6] 陈皓，吴健学.一种嵌入式GUI的实现方案[J].电子设计工程，2017，25（01）：64-66+70.

[7] 陈小花.嵌入式设备图形用户接口设计及实现[D].杭州：浙江工商大学，2017.