基于GEF的MiniGUI可视化开发工具设计
基于gef的minigui可视化开发工具设计
1 概 述
随着嵌入式系统的广泛应用，图形用户界面(graphical user interface，gui)在嵌入式系统中的地位也越来越重要。
目前比较成熟的嵌入式gui系统包括microwin-dows、qt／embedded、minigui等。microwindows可移植性好，开发重点在底层的图形引擎，但窗口系统和图形接口方面的功能还比较欠缺。qt／embedded可移植性较好，基于qt的x window程序可以非常方便地移植到嵌入式系统，但对系统硬件要求较高，主要用于手持设备。minigui最初是为了工业控制系统设计开发的，定制能力强，速度快，性能好，特别适合于实时性要求高的场合。由于受到嵌入式系统硬件资源的限制，对嵌入式系统gui的基本要求包括：占用资源少、高性能、高可靠性、可配置。本文设计的可视化开发工具选择minigui作为图形界面支持系统。
minigui是一款遵循lgpl条款的纯自由软件，是根据嵌入式系统应用特点量身定做的图形界面支持系统，得到了广泛应用。它提供了完备的多窗口机制和消息传递机制，以及对话框和常用的控件类，包括文本框、按钮、编辑框、列表框等；非常小巧，包含全部功能的库文件仅为300 kb左右。传统的minigui程序开发是基于文本编辑器的，开发人员在程序源代码编写过程中无法预先看到窗口、控件的整体效果，缺乏一个可视化的开发环境。因此，本文设计了一个minigui可视化开发工具，并使用eclipse gef(graphical editing framework)实现。
2 可视化开发工具整体设计
2．1 功能需求
可视化开发工具要提供界面布局设计功能，主要包括：界面上控件位置的摆放、属性的设置，为每个控件定义callback函数；菜单、状态条、位图编辑；响应界面编辑过程中发生的交互事件，比如drop／drag、undo／redo、move、de-lete、resize等；保存及解析呈现相应布局的功能；根据用户设计生成可运行的minigui源代码。
2．2 整体结构
可视化开发工具主要由界面设计工具和源代码生成工具两部分组成。整体结构如图1所示。
界面设计工具：实现所见即所得的界面编辑器功能，可以根据需要改变和调整显示的内容和形式，这使得用户界面的制作非常方便。采用传统的面向对象设计方法来开发可视化界面，会遇到用户界面和底层的数据杂合、接口扩展导致的类膨胀等问题，因此界面设计工具使用mvc模式设计。用户通过界面设计工具的“控件设计”设置控件属性；“交互事件响应”用于响应界面编辑过程中发生的交互事件，完成控件属性的修改。这两部分对应mvc中的control-ler。“控件类”保存控件的各种属性，对应model。“控件显示”根据控件类的属性设置显示控件，对应view。xml文档则负责保存界面布局，控件类也能够根据xml解析文档内容得到自身属性。
源代码生成工具：通过遍历所有控件类的属性，将图形用户界面布局按照运行平台要求(目前仅支持rtems)生成相应的minigui源代码。
2．3 组织结构
所有控件类通过树的形式来管理。树的顶层表示一个管理的工程，其下包括所有的对话框、菜单、状态条及位图资源，对话框的子节点是其上显示的所有控件，菜单包括弹出菜单和菜单项，状态条与对话框类似，树形结构如图2所示。由于xml文档会被java解析成树形结构，解析界面布局的过程就是一个树的遍历过程。使用树形结构来组织控件类，能够让软件在逻辑上简单易懂，控件组织关系清晰明了，并且通过树的遍历可以保存界面布局及生成源代码。
由于图形用户界面中许多元素具有共同属性，本文把这些元素的共有属性及方法抽象出来作为基类。主要使用2个基类：容器类content和控件类control。content主要包括容器id、文字属性及保存解析控件等方法；control主要包括控件id、位置大小、控件风格等属性，以及保存解析控件、生成源代码等方法。其中，对话框、菜单、状态条和位图继承自content，如图3(a)所示；对话框控件继承自control，如图3(b)所示。在生成源代码等操作时自顶向下遍历整个界面工程，可直接调用基类的方法，无需区分控件具体的类别。这样提高了代码的重用度，减少了冗余代码。
3 系统实现
gef基于mvc框架，可以方便地实现drop／drag、undo／redo、move、delete、resize等图形编辑器的基本功能，并且提供了常用的布局器，非常适合用于开发所见即所得的界面编辑器。其中，gef的editpart对应mvc中的controller，figure对应view。
本工具基于gef开发，可以最大限度地减小开发工作量，增强软件的稳定性。同时，java开发使得本工具可以在任何具有java虚拟机的系统上运行，具有良好的跨平台性。
3．1 基于gef实现的界面设计工具
本工具提供对菜单、状态条、位图，以及对话框控件(包括checkbox， combobox，pushbutton， radiobutton，monthcalendar，gridview，m1edit，progressbar，property-sheet，static，staticbox，treeview，trackbar，spinbox等)的编辑功能。对于控件的修改，可以通过属性页和在界面上直接操作来进行。属性页上的编辑通过ipropertysource接口的setpropertyvalue方法告知model，model再通过propertychangesupport类的firepropertychange方法通知editpart做出修改；来自界面上的变化被封装成request派发给editpart，editpart再通过command修改model中的数据，model在修改完数据之后告知editpart有数据被修改；editpart收到property改变的通知后，根据修改数据类型做出相应操作(比如重绘figure等)。以对cheekbox的操作为例来说明基于gef的控件处理流程，如图4所示。其中，操作a是从工具箱拖拽一个新的checkbox到dialog中；操作b是通过属性页修改checkbox显示的文本(text)；操作c直接通过选中checkbox拖拽改变其大小。操作a1～a4、b1～b3、c1～c3为具体的执行流程。
3．2 图形显示问题
在gef中，每个视图只有在其父视图的有效范围内才能响应交互事件。如果直接按照minigui的控件关系来组织模型，则界面设计工具不能很好地完成与用户的交互。
以菜单为例，生成minigui中菜单部分的代码仅需完成一棵树的遍历。这棵树的每个非叶节点都是一个弹出菜单，叶节点是普通的菜单项，根节点是一个虚节点，用于串连起整个菜单，如图5(a)所示。每个节点都被称作menuitem。这种树形结构在gef显示时根据model创建的figure如图5(b)所示，其中figure11为figure1的childfigure。在gef中，只有childfigure被包含在parentfigure的有效范围内，对childfigure提出的请求才能被其parentfigure派发给childfigure对应的control-ler，并反映给model，如图5(c)所示。显然树形结构无法满足修改菜单项的需求，因此，在menuitem构成的树形结构基础上增加了由meinu组成的链表结构，同时每个menuitem都增加一个指向自己上一级menuitem的par-ent指针，如图5(d)所示。每个menu(ij)记录包括的所有menuitem(ij，k)，以及创建自己的menultem(i，j)。menuitem(ij，k)表示属于menu(ij)的第k个menuitem，menu(ij)表示menuitem(i，j)展开的下级menu。所有的menu组成一个链表，gef显示的是这个链表的内容，而不是原来的menuitem树。这样，每个menuitem对应的figure就可以包含在其parentfigure中，相应的controller也就能够收到界面上传来的请求。
将menuitem属性改变为popup，可以为其建立下级子menu。新建函数的流程如下(参数是当前属性修改为popup的menuitem)：
为menu新建一个menuitem的函数：
menuitem对应的figure还应提供方法dimensiongetpreferredsize(int hint，int hint2)，用于获得menuitem属性改变导致的figure新的大小和位置。
menu的editpart还应提供以下方法：
①重绘自己和下面所有的menuitem及其下级的menu。函数rectangle calcmenusize(menueditpart)用于得到一个能够容纳下包括的所有menuitem的矩形。
②递归地将要update的menueditpart的下级menu中，当前可见的所有menu及其对应的menuitem变为不可见。
3．3 数据存储
可扩展标记语言(extensible markup language，xml)与其他格式的语言相比，具有以下优势：具有良好的扩展性，允许使用者创建和使用自己定义的标记来定义控件的类型和属性；树状存储结构和良好的自描述性，非常适合对界面元素进行描述；xml的灵活性提供了一种结构化的数据表示方式，使得用户界面分离于结构化数据。
因此，界面设计工具将界面设计结果存储为xml格式。由于java中提供了xml文档生成和解析的类，因而简化了编码工作量，增强了软件可靠性。
示例如下：
最外层的project表示内层都是界面的布局，第2层dialog表示其内层对应一个对话框布局，第3层由多个和对构成(xxctrl对应不同的控件名，比如buttonctrl对应button控件)。每个xxctrl代表一个控件，和对里面是控件的属性。第2层也可由多个和对构成，content可为dialog(对话框)、menu(菜单)、tool-bar(状态条)、icon(位图)，其内层根据content不同而由不同的xxctrl对构成。
4 实验结果
可视化工具的运行界面如图6所示。左侧为工程管理区，可以看到当前工程建立的所有界面布局。中间部分的编辑区是一个打开的对话框布局，可在这里进行控件的drop／drag、undo／redo、move、delete、resize等操作。右侧是控件属性编辑区，用于修改控件属性(比如id、文字风格、边框等)。
结 语
本文设计了一个minigui可视化开发工具，利用eclipse gef实现。用户使用本工具可以对图形用户界面进行可视化的设计及修改，同时可以扩充自己的控件、定义控件的属性，丰富界面的表现形式。实验表明，本工具在实际系统中运行良好稳定，有效地提高了图形用户界面的开发效率。
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所有控件类通过树的形式来管理。树的顶层表示一个管理的工程，其下包括所有的对话框、菜单、状态条及位图资源，对话框的子节点是其上显示的所有控件，菜单包括弹出菜单和菜单项，状态条与对话框类似，树形结构如图2所示。由于xml文档会被java解析成树形结构，解析界面布局的过程就是一个树的遍历过程。使用树形结构来组织控件类，能够让软件在逻辑上简单易懂，控件组织关系清晰明了，并且通过树的遍历可以保存界面布局及生成源代码。
由于图形用户界面中许多元素具有共同属性，本文把这些元素的共有属性及方法抽象出来作为基类。主要使用2个基类：容器类content和控件类control。content主要包括容器id、文字属性及保存解析控件等方法；control主要包括控件id、位置大小、控件风格等属性，以及保存解析控件、生成源代码等方法。其中，对话框、菜单、状态条和位图继承自content，如图3(a)所示；对话框控件继承自control，如图3(b)所示。在生成源代码等操作时自顶向下遍历整个界面工程，可直接调用基类的方法，无需区分控件具体的类别。这样提高了代码的重用度，减少了冗余代码。
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