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      ESM8000主板圖形界面編程簡介

       2021-11-2 16:06:36     作者:黃志超    

      1、概述


        英創公司推出的ESM8000主板搭載了NXP i.MX8M Mini Quad 64位異構處理器,包含了一顆主頻1.6GHz的四核ARM Cortex-A53和一顆主頻400MHz 的ARM Cortex-M4,同時還搭配了GPU(圖形處理單元)和VPU(視頻處理單元),對于嵌入式應用來說性能已經非常強勁了。ESM8000主板上預裝的系統為Linux-5.4.47,為了支持圖形用戶界面,使用了Wayland作為主板的窗口系統,并移植了基于Wayland的Qt,讓用戶可以通過Qt來開發圖形界面。


        Wayland可以看作是X11窗口系統的優化升級版本,按照目前的趨勢會逐漸替代X11成為Linux系統最主流的窗口系統。他們之間最明顯的區別是Wayland使用Wayland Compositor替代了X11中的X Server和Compositor,將這兩部分合二為一,從而省去了很多不必要的繁瑣步驟,提高了整個窗口系統的效率,可以參考下面的示意圖:


      ESM8000主板圖形界面編程簡介.png

      X11結構示意圖     Wayland結構示意圖


        Wayland還是采用的服務器-客戶端模式,同時提供了一套完整的協議定義圖形用戶界面和輸入設備管理。其中Wayland Compositor既要負責繪制窗口,同時也作為Server端,我們在ESM8000主板中已經移植了Wayland官方推薦的Weston(輕量級Wayland Compositor)。Weston會同時啟動一些Client,它們會負責系統全局的界面,比如窗口管理,繪制界面等操作。通過Client能夠方便的繪制、移動、管理圖形窗口,獲取鼠標鍵盤等輸入事件。在實際開發的過程中,可以選擇通過Client自己繪制,或是在Client上通過更高層的如Qt,GTK+這些widget庫等進行繪制。當繪制完后Client會通知Weston執行渲染操作,而ESM8000內部有一個GPU圖形處理模塊(支持OpenGL ES 3.1),Weston會自動調用內部的GPU對圖形渲染進行加速,這樣能夠有效的降低CPU負載。對于Wayland這里就不做過多的介紹了,感興趣的客戶可以參考:https://wayland.freedesktop.org/查看詳細的資料。


        ESM8000主板上移植了Qt 5.15.0,根據上面的描述可以了解到,Qt能夠作為Wayland的Client端進行繪制。所以我們推薦用戶在開發中直接使用Qt進行應用程序的開發,這樣開發應用程序更加快捷而且能夠容易的獲得統一的顯示效果。同時得益于Weston對ESM8000主板GPU的支持,在主板上運行的Qt程序也能夠通過GPU對圖形渲染進行加速。在ESM8000主板上支持標準的Qt C++編程以及QML腳本編程,用戶可以按照習慣選擇熟悉的方式來進行開發。下面我們就以一個使用C++編程的簡單界面來演示ESM8000主板上Qt程序的顯示效果。


      2、Qt應用程序開發簡介


        首先我們通過QtCreator創建一個Qt Widgets Application,根據實際情況選擇路徑以及構建套件(Kit),這里選擇ESM8000的版本,如下圖所示:


      ESM8000主板圖形界面編程簡介.png


      ESM8000主板圖形界面編程簡介.png


        工程生成以后,會自動生成Widget類以及必要的C++代碼,我們可以在ui文件中,選擇拖入一些控件來查看效果,示例中主要加入了按鈕(pushButton)、下拉菜單(comoBox)以及顯示文字的標簽(label):


      ESM8000主板圖形界面編程簡介.png


        在主板上運行效果如下:


      ESM8000主板圖形界面編程簡介.png


        界面中最上面的工具欄是Weston自帶的weston-desktop-shell顯示的,用于負責界面全局窗口的管理(本質上還是一個Wayland Client)。如果不需要顯示這個工具欄,在/etc/xdg/weston/weston.ini文件中增加對shell的配置,就可以去掉這個工具欄,如下圖:


      ESM8000主板圖形界面編程簡介.png


        保存該文件后重啟Weston就可以了:

        #> systemctl restart weston@root


        重新設置后,顯示效果如下:


      ESM8000主板圖形界面編程簡介.png


        如果需要窗口全屏,并且不想留下Widget的窗口控制欄,可以對Widget進行全屏設置,代碼如下:


      MainWindow w;  
      w.showFullScreen();  
      w.show();


        顯示效果如下:


      ESM8000主板圖形界面編程簡介.png


        關于Qt的編程,在Qt的官網上也有詳細的說明和文檔,感興趣的客戶可以參考https://doc.qt.io/qt-5/qtexamplesandtutorials.html。


      3、總結


        從本文的介紹中,可以看到通過傳統的Qt C++的方式進行編程,對于嵌入式應用來說已經可以滿足大部分常規的界面設計需求,Qt常用的控件都能夠直接支持(如示例中按鈕、下拉菜單等)。


        但是目前應用中比較多使用到的視頻監控等內容,由于要涉及到解碼等操作因此需要使用VPU(視頻處理單元),而Qt中提供的C++類qtmultimedia因為無法調用VPU,會自動采用軟件解碼,這樣會導致效率很低并且占用大量CPU資源。所以這時需要使用到QML或者在C++代碼中調用gstreamer來進行處理,這部分操作我們會在后續的文章中詳細說明。

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