les technologies open source pour les interfaces graphiques embarquées

Solutions IHM pour Linux embarquéContact :Jérémy ROSEN - 01 42 68 28 04 - jeremy.rosen@openwide.fr

NOM CLIENT

2

Programme

● Présentation d'Open Wide

● IHM et embarqué : spécificités

● Les approches possibles

● Xorg, Wayland et le Framebuffer

● Les bibliothèques graphiques

– DirectFB

– SDL

● Les toolkits

– Qt

– EFL

– GTK

● HMTL5

● Android

NOM CLIENT

3

Présentation Open Wide

● Entreprise créée en septembre 2001

● Environ 120 salariés sur Paris, Lyon et Toulouse

● Industrialisation de composants open source

● Quatre activités :

– OW Système d'Information

– OW Outsourcing: hébergement

– OW Ingénierie: informatique industrielle

– OW Technologies: composants Java

NOM CLIENT

4

IHM et embarqué

● IHM = Interface Home Machine : affichage et saisies

● Ce fut longtemps un problème mineur car peu utilisées dans l’embarqué

– Système autonome sans affichage (RTOS)

– Configuration par réseau (SNMP, HTTP…)

● Évolution des systèmes, passage du RTOS au multimédia

– Set-top box

– Smartphones

– Industriel → début de l’utilisation d’Android

● L'IHM n'est (était) pas le sujet de prédilection des spécialistes du logiciel embarqué

NOM CLIENT

5

Particularité des IHM embarquées

● Contraintes classiques de l'embarqué– Processeur

– RAM

– Carte vidéo, accélération matérielle

● Contraintes sur les périphériques de sortie– Afficheur LCD

– Écrans de téléphone mobile

– Écrans normaux

● Saisie (et donc ergonomie) spécifique– Boutons/télécommandes/joystick/main sales

– Touch-screen

– Reconnaissance/saisie vocale

● Environnement de travail– Compétence des équipes

– Travail déporté/sur émulateur/sans hardware

NOM CLIENT

6

Plusieurs approches

● Développement d'une application embarquée

– Le cas général, proche du desktop Linux

– Équipe applicatif et graphique similaire

– Travail sur émulateur ou sur plateforme

● Sous-traitance de l'applicatif vers une technologie spécifique

– Android/html5

– Framework très connu

– Compétences faciles à trouver

– Développement séparé du produit final

– Ne dispense pas d'une équipe système

– Pas toujours adapté aux spécificités de l'embarqué

– Pas toujours adaptable aux périphériques spécifiques

NOM CLIENT

7

Le framebuffer 1/2

● Pilotage de la carte directement par le noyau (/dev/fb0 → plus de client/serveur)

● Mode VGA, SVGA, VESA ou (parfois) accéléré

● Programmation très bas-niveau (pixel)

$ cp /dev/fb0 copie_ecran.raw

● Avantages :

– Léger (faible consommation RAM)

– Démarrage rapide

● Inconvénients :

– Pilote spécial → drivers/video

– Peu standard par rapport à X11 sur desktop

NOM CLIENT

8

Le framebuffer 2/2

● Exemples d'utilitaires/bibliothèques disponibles/compatibles

– Bas niveau → fbset, fbi, fbdump, ...

– SVGALIB → DOOM :-)

– DirectFB (abstraction du FB)

– EFL

– SDL

– QtEmbedded

– X11 sur FB

– ...

NOM CLIENT

9

X11, 1/2

● Linux est un UNIX– Mode texte par défaut

– « X Window System » ou X11 à partir de 84

– Xorg à partir de 2004

● Créé au MIT

● Système graphique réparti, modèle client/serveur → XFree86 (x86), X.org

● Puissant mais lourd + API complexe (rendering)

● Approche répartie rarement utilisée

Utilisation de X11 →

NOM CLIENT

10

X11, 2/2

● Initialement peu adapté à l’embarqué

● Retour grâce à plusieurs éléments :

– L'augmentation de la puissance des CPU embarqués

– L'utilisation de l'Atom/x86

– Le pilote accéléré devient commun au desktop et à l'embarqué

Qt, GTK

Motif

NOM CLIENT

11

Wayland 1/3

● X11 a atteint ses limites– Mauvaise intégration au kernel, drivers intégrés à X11

– Protocole réseau inutile

– Protocole au niveau rendering (fonts, inputs, dessin) quasi inutilisé de nos jours

– Pas de compositing, partage de GPU quasi impossible

● Wayland reconstruit sur les besoins modernes– XOrg a fait passé les drivers dans le noyau (GEM/KMS/DRM)

– Wayland supporte toujours le protocole X via XWayland

● Principalement ce qu'on fait actuellement avec X11, mais sans couches intermédiaires

NOM CLIENT

12

Wayland 2/3

Protocole de communication client/compositeur

● Le client dessine dans des buffers mémoire

– Demande des buffers au kernel

– Utilise EGL si nécessaire

– Dessine lui même les widget et les décorations (via des librairies)

● Le compositeur place les buffers à l'écran

– Réécrit et redirige les inputs

– Reçoit les demandes de refresh des clients

– Reçoit les handles vers les buffers des clients

● Pas de fonctions desktop avancées

– Drag & Drop, iconify, XDG

– Délégué à des programmes tiers

NOM CLIENT

13

Wayland Architecture

● Architecures comparées X/Wayland

NOM CLIENT

14

Wayland 3/3

● Déjà présent dans le monde de l'embarqué

– Genivi

– Sailfish OS

● Demande une version adaptée des toolkits pour le client

– Supporté par EFL, Gtk+3.10, Qt5, SDL (expérimental)

● Demande un compositeur

– Weston

– Lipstick (Sailfish OS)

– Gtk, Qt, EFL : en cours d'écriture

Wayland n'est pas encore mature mais ce sera sans doute la solution par défaut pour l'embarqué dans quelques années

NOM CLIENT

15

Bibliothèques graphiques

● Se placent « au dessus » de X11, Wayland ou du framebuffer

● Deux catégories

– Les bibliothèques d'abstraction → portabilité mais pas d'objets graphiques évolués (SDL, DirectFB)

– Les toolkits graphiques → fournissent des objets graphiques et peuvent se placer au dessus des bibliothèques d'abstraction

Qt → X11

Qt → Wayland

Qt → FB

Qt → DirectFB

NOM CLIENT

16

● Bibliothèque d’ « abstraction » du framebuffer

● Fonctionne avec le framebuffer Linux mais également avec X11 (--enable-x11)

● Prise en compte des entrées (souris, clavier, …)

● Fournit des pilotes FB accélérés

NOM CLIENT

17

Exemple DirectFB

NOM CLIENT

18

Bibliothèque principalement concue pour le jeu vidéo et les besoins que cela entraîne.

● Fournit des primitives graphiques ET audio

● Portables sur Linux, Windows, Mac OS X, IOS, Android

● Pour Linux, utilisable sur framebuffer, DirectFB, X11

● Utilisée pour le portage d’applications graphiques (jeux) et légères

● Gestion basique de l’écran: fenêtres, transparence, polices de caractères, …

● Supporte OpenGL et Direct3D

● Gestion des Input, du son, du réseau, des threads etc...

NOM CLIENT

19

Exemple SDL

NOM CLIENT

20

Les « toolkits » graphiques

● Fournissent un ensemble d’objets graphiques

– Menus

– Boutons

– Boîtes de dialogues

– WebView

– Mediaplayer

● Exemples:

– Athena widgets, OSF-Motif (X11) → obsolète

– WxWidgets → obsolète

– Qt

– EFL (Enlightenment, E18)

– GTK+

NOM CLIENT

21

● Toolkit C++ publié par Trolltech en 1996 (X11)

● Outil multi-plateforme (Linux (X11, Wayland, DirectFB...), Windows, MacOS, Android, iOS ...)

● Connu grâce à KDE

● Dernière version: 5.3

● Avantages :

– Couvre plus que la partie graphique

– Excellente documentation

– Outil de conception d'interface wysiwyg (QtCreator)

● Inconvénients :

– Lourd (comparé aux autres)

NOM CLIENT

22

Qt sur Mini2440

NOM CLIENT

23

EFL

● Toolkit C

● Avantages :

– Peu gourmand en ressources, rapide

– Taillé pour l'embarqué

– Esthétique, modulaire, configurable

● Inconvénients

– Peu connu

– Moins de documentation que pour Qt

– Pas de constructeur d'interface

NOM CLIENT

24

EFL au frigo

NOM CLIENT

25

● Développé pour GIMP (Gimp ToolKit)

● Toolkit en C multiplateforme (Linux, Windows, MacOS X)

● Construit sur la Glib (programmation OO en C, énormément de fonctions de base)

● Assez peu utilisé dans l'embarqué

● Nécessite X11 ou Wayland (pas de FB)

GTK+

NOM CLIENT

26

La prochaine version de la norme HTML permettra de développer des applications complètement offline et non pas seulement des pages web.

● Assure une certaine « indépendance » par rapport à la plateforme

● Maquettage aisé sur desktop

● IHM déportées

● Supporté nativement par Android et iOS

● Nécessite un navigateur web récent sur la plateforme (Gecko/firefox, Blink/Chrome, Webkit/Tizen+Android)

● Équipe d'IHM avec compétence web (Javascript)

● Ne dispense pas de l'ingénieur système

● Intéressant s'il y a une connexion web

● Toutes les particularités de l'embarqué ne sont pas gérées

HTML

NOM CLIENT

27

Android

● Android n'est pas une IHM, c'est un OS.

● Difficile à adapter à un HW spécifique, prévu pour des téléphones.

● Très bien documenté

● Beaucoup de protocoles de communication (NFC, Bluetooth, Wifi, USB)

● Compétence de développement spécifique.

● La compétence plateforme n'a rien à voir avec la compétence développement applicatif

Android est surtout intéressant pour des UI déportés (sur le téléphone de l'utilisateur)

Questions?

Solutions IHM pour Linux embarquéContact :Jérémy ROSEN - 01 42 68 28 04 - jeremy.rosen@openwide.fr

NOM CLIENT

2

Programme

● Présentation d'Open Wide

● IHM et embarqué : spécificités

● Les approches possibles

● Xorg, Wayland et le Framebuffer

● Les bibliothèques graphiques

– DirectFB

– SDL

● Les toolkits

– Qt

– EFL

– GTK

● HMTL5

● Android

NOM CLIENT

3

Présentation Open Wide

● Entreprise créée en septembre 2001

● Environ 120 salariés sur Paris, Lyon et Toulouse

● Industrialisation de composants open source

● Quatre activités :

– OW Système d'Information

– OW Outsourcing: hébergement

– OW Ingénierie: informatique industrielle

– OW Technologies: composants Java

NOM CLIENT

4

IHM et embarqué

● IHM = Interface Home Machine : affichage et saisies

● Ce fut longtemps un problème mineur car peu utilisées dans l’embarqué

– Système autonome sans affichage (RTOS)

– Configuration par réseau (SNMP, HTTP…)

● Évolution des systèmes, passage du RTOS au multimédia

– Set-top box

– Smartphones

– Industriel → début de l’utilisation d’Android

● L'IHM n'est (était) pas le sujet de prédilection des spécialistes du logiciel embarqué

NOM CLIENT

5

Particularité des IHM embarquées

● Contraintes classiques de l'embarqué– Processeur

– RAM

– Carte vidéo, accélération matérielle

● Contraintes sur les périphériques de sortie– Afficheur LCD

– Écrans de téléphone mobile

– Écrans normaux

● Saisie (et donc ergonomie) spécifique– Boutons/télécommandes/joystick/main sales

– Touch-screen

– Reconnaissance/saisie vocale

● Environnement de travail– Compétence des équipes

– Travail déporté/sur émulateur/sans hardware

Google glass (voix/écran)SmartwatchAndroid Wear

NOM CLIENT

6

Plusieurs approches

● Développement d'une application embarquée

– Le cas général, proche du desktop Linux

– Équipe applicatif et graphique similaire

– Travail sur émulateur ou sur plateforme

● Sous-traitance de l'applicatif vers une technologie spécifique

– Android/html5

– Framework très connu

– Compétences faciles à trouver

– Développement séparé du produit final

– Ne dispense pas d'une équipe système

– Pas toujours adapté aux spécificités de l'embarqué

– Pas toujours adaptable aux périphériques spécifiques

NOM CLIENT

7

Le framebuffer 1/2

● Pilotage de la carte directement par le noyau (/dev/fb0 → plus de client/serveur)

● Mode VGA, SVGA, VESA ou (parfois) accéléré

● Programmation très bas-niveau (pixel)

$ cp /dev/fb0 copie_ecran.raw

● Avantages :

– Léger (faible consommation RAM)

– Démarrage rapide

● Inconvénients :

– Pilote spécial → drivers/video

– Peu standard par rapport à X11 sur desktop

NOM CLIENT

8

Le framebuffer 2/2

● Exemples d'utilitaires/bibliothèques disponibles/compatibles

– Bas niveau → fbset, fbi, fbdump, ...

– SVGALIB → DOOM :-)

– DirectFB (abstraction du FB)

– EFL

– SDL

– QtEmbedded

– X11 sur FB

– ...

NOM CLIENT

9

X11, 1/2

● Linux est un UNIX– Mode texte par défaut

– « X Window System » ou X11 à partir de 84

– Xorg à partir de 2004

● Créé au MIT

● Système graphique réparti, modèle client/serveur → XFree86 (x86), X.org

● Puissant mais lourd + API complexe (rendering)

● Approche répartie rarement utilisée

Utilisation de X11 →

NOM CLIENT

10

X11, 2/2

● Initialement peu adapté à l’embarqué

● Retour grâce à plusieurs éléments :

– L'augmentation de la puissance des CPU embarqués

– L'utilisation de l'Atom/x86

– Le pilote accéléré devient commun au desktop et à l'embarqué

Qt, GTK

Motif

NOM CLIENT

11

Wayland 1/3

● X11 a atteint ses limites– Mauvaise intégration au kernel, drivers intégrés à X11

– Protocole réseau inutile

– Protocole au niveau rendering (fonts, inputs, dessin) quasi inutilisé de nos jours

– Pas de compositing, partage de GPU quasi impossible

● Wayland reconstruit sur les besoins modernes– XOrg a fait passé les drivers dans le noyau (GEM/KMS/DRM)

– Wayland supporte toujours le protocole X via XWayland

● Principalement ce qu'on fait actuellement avec X11, mais sans couches intermédiaires

Modifier le dernier point.

NOM CLIENT

12

Wayland 2/3

Protocole de communication client/compositeur

● Le client dessine dans des buffers mémoire

– Demande des buffers au kernel

– Utilise EGL si nécessaire

– Dessine lui même les widget et les décorations (via des librairies)

● Le compositeur place les buffers à l'écran

– Réécrit et redirige les inputs

– Reçoit les demandes de refresh des clients

– Reçoit les handles vers les buffers des clients

● Pas de fonctions desktop avancées

– Drag & Drop, iconify, XDG

– Délégué à des programmes tiers

http://wayland.freedesktop.org/architecture.html

NOM CLIENT

13

Wayland Architecture

● Architecures comparées X/Wayland

NOM CLIENT

14

Wayland 3/3

● Déjà présent dans le monde de l'embarqué

– Genivi

– Sailfish OS

● Demande une version adaptée des toolkits pour le client

– Supporté par EFL, Gtk+3.10, Qt5, SDL (expérimental)

● Demande un compositeur

– Weston

– Lipstick (Sailfish OS)

– Gtk, Qt, EFL : en cours d'écriture

Wayland n'est pas encore mature mais ce sera sans doute la solution par défaut pour l'embarqué dans quelques années

NOM CLIENT

15

Bibliothèques graphiques

● Se placent « au dessus » de X11, Wayland ou du framebuffer

● Deux catégories

– Les bibliothèques d'abstraction → portabilité mais pas d'objets graphiques évolués (SDL, DirectFB)

– Les toolkits graphiques → fournissent des objets graphiques et peuvent se placer au dessus des bibliothèques d'abstraction

Qt → X11

Qt → Wayland

Qt → FB

Qt → DirectFB

NOM CLIENT

16

● Bibliothèque d’ « abstraction » du framebuffer

● Fonctionne avec le framebuffer Linux mais également avec X11 (--enable-x11)

● Prise en compte des entrées (souris, clavier, …)

● Fournit des pilotes FB accélérés

Standard avec certains constructeurs de hardware (sigma)

NOM CLIENT

17

Exemple DirectFB

NOM CLIENT

18

Bibliothèque principalement concue pour le jeu vidéo et les besoins que cela entraîne.

● Fournit des primitives graphiques ET audio

● Portables sur Linux, Windows, Mac OS X, IOS, Android

● Pour Linux, utilisable sur framebuffer, DirectFB, X11

● Utilisée pour le portage d’applications graphiques (jeux) et légères

● Gestion basique de l’écran: fenêtres, transparence, polices de caractères, …

● Supporte OpenGL et Direct3D

● Gestion des Input, du son, du réseau, des threads etc...

NOM CLIENT

19

Exemple SDL

NOM CLIENT

20

Les « toolkits » graphiques

● Fournissent un ensemble d’objets graphiques

– Menus

– Boutons

– Boîtes de dialogues

– WebView

– Mediaplayer

● Exemples:

– Athena widgets, OSF-Motif (X11) → obsolète

– WxWidgets → obsolète

– Qt

– EFL (Enlightenment, E18)

– GTK+

NOM CLIENT

21

● Toolkit C++ publié par Trolltech en 1996 (X11)

● Outil multi-plateforme (Linux (X11, Wayland, DirectFB...), Windows, MacOS, Android, iOS ...)

● Connu grâce à KDE

● Dernière version: 5.3

● Avantages :

– Couvre plus que la partie graphique

– Excellente documentation

– Outil de conception d'interface wysiwyg (QtCreator)

● Inconvénients :

– Lourd (comparé aux autres)

NOM CLIENT

22

Qt sur Mini2440

NOM CLIENT

23

EFL

● Toolkit C

● Avantages :

– Peu gourmand en ressources, rapide

– Taillé pour l'embarqué

– Esthétique, modulaire, configurable

● Inconvénients

– Peu connu

– Moins de documentation que pour Qt

– Pas de constructeur d'interface

NOM CLIENT

24

EFL au frigo

NOM CLIENT

25

● Développé pour GIMP (Gimp ToolKit)

● Toolkit en C multiplateforme (Linux, Windows, MacOS X)

● Construit sur la Glib (programmation OO en C, énormément de fonctions de base)

● Assez peu utilisé dans l'embarqué

● Nécessite X11 ou Wayland (pas de FB)

GTK+

NOM CLIENT

26

La prochaine version de la norme HTML permettra de développer des applications complètement offline et non pas seulement des pages web.

● Assure une certaine « indépendance » par rapport à la plateforme

● Maquettage aisé sur desktop

● IHM déportées

● Supporté nativement par Android et iOS

● Nécessite un navigateur web récent sur la plateforme (Gecko/firefox, Blink/Chrome, Webkit/Tizen+Android)

● Équipe d'IHM avec compétence web (Javascript)

● Ne dispense pas de l'ingénieur système

● Intéressant s'il y a une connexion web

● Toutes les particularités de l'embarqué ne sont pas gérées

HTML

Eco systeme brouillon

NOM CLIENT

27

Android

● Android n'est pas une IHM, c'est un OS.

● Difficile à adapter à un HW spécifique, prévu pour des téléphones.

● Très bien documenté

● Beaucoup de protocoles de communication (NFC, Bluetooth, Wifi, USB)

● Compétence de développement spécifique.

● La compétence plateforme n'a rien à voir avec la compétence développement applicatif

Android est surtout intéressant pour des UI déportés (sur le téléphone de l'utilisateur)

Questions?