|
1 引言 嵌入式Linux以其開放的源代碼，精簡高效的內(nèi)核、易定制和易裁減的特征以及硬件支持廣泛等優(yōu)勢(shì)，而深受嵌入式開發(fā)者的青睞，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品和工業(yè)控制、智能儀表等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。Qt是 Trolltech公司推出的一個(gè)跨平臺(tái)的 C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。Qt是完全面向?qū)ο蟮模苋菀讛U(kuò)展，并且允許真正的組件編程。 Qtopia Core是適用于嵌入式 Linux 所支持的單一應(yīng)用設(shè)備的主導(dǎo)性應(yīng)用框架，能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行于嵌入式 Linux下，并且可以快速構(gòu)建一個(gè)可視化嵌入式軟件系統(tǒng)。 Qtopia Core的前身是 Qt/Embedded，繼承了Qt 4的功能與優(yōu)點(diǎn)，擁有與桌面系統(tǒng)的 Qt相同的應(yīng)用程序編程接口（API）和工具包。當(dāng)編譯 Qtopia Core時(shí)，可以去除不用的功能和組件，以昀小化軟件的占用空間。 2 Qtopia Core介紹 Qtopia Core是一個(gè)為嵌入式設(shè)備上的圖形用戶接口和應(yīng)用開發(fā)而訂做的C++工具開發(fā)包。Qtopia Core采用與桌面版本同樣的一套 API，但在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)上作了很多出色的調(diào)整來適應(yīng)硬件有所限制的嵌入式環(huán)境。Qtopia Core包含多個(gè) Qt工具，可以進(jìn)行快速和優(yōu)化開發(fā)，如 Qt 4增強(qiáng)的 GUI布局和窗體構(gòu)建器 Qt Designer。Qtopia Core與 Qt/X11昀大的區(qū)別在于 Qtopia Core不依賴于 X Server或 Xlib，而是直接訪問幀緩存（ FrameBuffer），這樣顯著減少了內(nèi)存消耗。 2.1 Qtopia Core的窗口系統(tǒng) Qtopia Core的窗口系統(tǒng)采用 Client/Server模型，任何一個(gè) Qtopia Core的應(yīng)用程序都需要運(yùn)行在一個(gè) Server應(yīng)用上，而 Qtopia Core的應(yīng)用程序本身也可以作為 Server來運(yùn)行。 Server進(jìn)程通常會(huì)生成 QWSServer類的一個(gè)對(duì)象，主要用來分配 Client進(jìn)程的顯示區(qū)域，并產(chǎn)生鼠標(biāo)和鍵盤事件等。而 Client進(jìn)程則通常生成 QWSClient類的一個(gè)對(duì)象，負(fù)責(zé)處理與各種應(yīng)用相關(guān)的邏輯。Server和 Client之間的通信通過 socket來實(shí)現(xiàn)，這種通信通常被保持在一個(gè)較低的水平以減少通信的開銷——比如窗口的繪制，并不是像 X那樣完全由 Server來完成，而是由 Client進(jìn)行直接操作 FrameBuffer來實(shí)現(xiàn)，Server進(jìn)程所作的僅僅是通知 Client需要重繪的事件等。 2.2 信號(hào)與槽機(jī)制 (Signals and Solts) 信號(hào)與槽機(jī)制是 Qt的核心機(jī)制，它是一種高級(jí)接口，用于對(duì)象間的通訊，是 Qt區(qū)別于其它工具包的昀具特性的部分。信號(hào)與槽是 QT自行定義的一種通信機(jī)制，它獨(dú)立于標(biāo)準(zhǔn)的 C/C++語言，需要借助一個(gè)稱為 moc（Meta Object Compiler）的 QT工具對(duì)信號(hào)和槽在編譯之前進(jìn)行預(yù)處理，為高層次的事件處理自動(dòng)生成所需要的附加代碼。 Qt中使用信號(hào)與槽機(jī)制取代原始的回調(diào)和消息映射機(jī)制，信號(hào)與槽是類型安全的，完全面向?qū)ο蟮模⑶宜鼈冎g的耦合比較松散，可以使得我們編寫的通信程序更為簡潔明了。當(dāng)一個(gè)特定的事件發(fā)生時(shí)，一個(gè)被指定的信號(hào)就被發(fā)射，槽則是響應(yīng)信號(hào)的函數(shù)，如果存在一個(gè)槽和該信號(hào)相連接，那在該信號(hào)被發(fā)射后，這個(gè)槽就會(huì)立刻執(zhí)行。多個(gè)信號(hào)可以連接一個(gè)槽，一個(gè)信號(hào)也可以連接多個(gè)槽，甚至可以把信號(hào)與信號(hào)相連接。信號(hào)與槽構(gòu)造了一個(gè)強(qiáng)大的組件編程機(jī)制，可以創(chuàng)建彼此互不了解的對(duì)象，利用信號(hào)就可以把信息正確的傳遞到對(duì)應(yīng)的槽函數(shù)進(jìn)行處理。 3 Qtopia Core的安裝與移植 3.1 建立交叉編譯環(huán)境 文中采用 Trolltech公司的 Qtopia Core 4.3.2自由版作為目標(biāo)板 Linux圖形界面庫。與 Qt/Embedded 3.x不同，Qtopia Core 4系列指明編譯器需要 3.2以上的版本，此處選用 arm-linux-gcc-3.4.1的交叉編譯工具鏈，將其拷貝到根目錄 /下，運(yùn)行解壓命令： tar xjvf arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2 交叉編譯器會(huì)被安裝在/usr/local/arm/3.4.1/bin目錄下，編輯 /etc/bashrc文件，將其添加到環(huán)境變量 PATH中： export PATH=/usr/local/arm/3.4.1/bin:$PATH 3.2 交叉編譯 Qtopia Core庫 在 Trolltech公司主頁上下載 Qtopia Core 4源代碼軟件包qtopia-core-opensource-src-4.3.2.tar.gz，解壓： tar zxvf qtopia-core-opensource-src-4.3.2.tar.gz cd qtopia-core-opensource-src-4.3.2 由于項(xiàng)目中使用帶有觸摸功能的 TFT液晶屏作為顯示和輸入設(shè)備，需要添加對(duì)觸摸屏的支持。一種方法是利用 Qtopia Core為 Linux TP協(xié)議提供的鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)接口類，修改觸摸屏驅(qū)動(dòng)的源代碼，并在執(zhí)行 configure配置時(shí)傳遞-qt-mouse-linuxtp選項(xiàng)激活；另一種方法是嵌入 Tslib。Tslib是一個(gè)開源的程序，能夠?yàn)橛|摸屏驅(qū)動(dòng)獲得的采樣提供諸如濾波、去抖、校準(zhǔn)等功能。這里使用第一種方法，過程如下： 首先在源碼樹 src\gui\embedded\qmouselinuxtp_qws.h中加入宏定義： #define QT_QWS_IPAQ #define QT_QWS_IPAQ_RAW 然后修改 qmouselinuxtp_qws.cpp文件，把 QWSLinuxTPMouseHandlerPrivate函數(shù)中打開的設(shè)備文件節(jié)點(diǎn) ”/dev/h3600_tsraw”替換為自己的觸摸屏設(shè)備文件，如筆者目標(biāo)板中為”/dev/touchscreen/0”。 配置編譯參數(shù)： ./configure -embedded arm -xplatform qws/linux-arm-g++ -depths 8,16,32 -no-qt3support -no-qvfb -qt-mouse-linuxtp 根據(jù) configure生成的 Makefile文件編譯并安裝： gmake gmake install 交叉編譯完后，程序和庫默認(rèn)會(huì)安裝到 /usr/local/Trolltech/QtopiaCore-4.3.2-arm目錄下。設(shè)置環(huán)境變量，修改$HOME/.bash_profile文件，加入 export PATH=/usr/local/Trolltech/QtopiaCore-4.3.2-arm/bin:$PATH 這樣就可以直接使用 qmake工具交叉編譯 Qtopia Core應(yīng)用程序，生成可運(yùn)行在 ARM平臺(tái)的二進(jìn)制可執(zhí)行文件。 3.3構(gòu)建根文件系統(tǒng)和移植到目標(biāo)平臺(tái) 可以選擇使用 Busybox工具構(gòu)建一個(gè)全新的根文件系統(tǒng)，也可對(duì)開發(fā)板上原有的文件系統(tǒng)進(jìn)行剪裁和修補(bǔ)。此處利用原有的文件系統(tǒng)映像，把新建的應(yīng)用程序的相關(guān)文件加入其中。首先把原有的根文件系統(tǒng)映像 mount到工作的機(jī)器上，然后復(fù)制其內(nèi)容到一臨時(shí)目錄下。將交叉編譯好的 Qtopia Core庫文件拷貝到目標(biāo)板文件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)/lib目錄下，其中主要庫包括libQtCore.so.x，libQtGui.so.x，libQtNetwork.so.x等。此外，還需將交叉編譯器所在目錄下的 libstdc++.so.6庫文件也拷貝過來。 為使應(yīng)用程序能正確執(zhí)行，需要設(shè)定系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，將以下環(huán)境變量寫入目標(biāo)文件系統(tǒng)/etc/profile文件中： export QTDIR=”/usr/local/Trolltech/QtopiaCore-4.3.2-arm” export LD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH export QWS_MOUSE_PROTO=”LinuxTp:/dev/touchscreen/0” 要使我們的程序在系統(tǒng)啟動(dòng)后能夠自動(dòng)運(yùn)行，還需在目標(biāo)文件系統(tǒng)/usr/etc/rc.local腳本文件中，添加應(yīng)用程序的路徑和執(zhí)行命令： exec /apps/harmonic -qws 此時(shí)在開發(fā)板運(yùn)行 Qtopia Core應(yīng)用程序后，觸摸屏還不能正確響應(yīng)用戶的點(diǎn)擊，主要原因是目標(biāo)板文件系統(tǒng)中用于存放校準(zhǔn)信息的/etc/pointercal文件不存在或該文件中對(duì)觸摸屏進(jìn)行調(diào)整的參數(shù)不正確。Qtopia Core示例程序中提供了一個(gè)校準(zhǔn)程序 mousecalibration，將其下載至目標(biāo)板并運(yùn)行，在出現(xiàn)校準(zhǔn)界面后采用 5點(diǎn)校準(zhǔn)會(huì)在 /etc目錄下生成 pointercal校準(zhǔn)文件。以后每次觸摸屏啟動(dòng)都會(huì)讀取該文件內(nèi)容進(jìn)行觸摸屏設(shè)定。 4 Qtopia Core應(yīng)用程序開發(fā)實(shí)例 本實(shí)例的背景是為嵌入式電力諧波檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)其上的圖形用戶界面程序，系統(tǒng)采用了 DSP+ARM雙處理器構(gòu)架的設(shè)計(jì)模式，通過串口通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)同工作。基于 Qtopia Core的應(yīng)用程序運(yùn)行在 ARM平臺(tái)上，其軟件設(shè)計(jì)主要包括完成與 DSP的通信，接收傳來的數(shù)據(jù)，并加以計(jì)算分析和統(tǒng)計(jì)，將電力諧波參數(shù)值及信息以波形曲線、頻譜柱狀圖、表格等形式實(shí)時(shí)顯示出來，通過人機(jī)交互界面反饋給用戶，便于用戶操作與控制。程序框架結(jié)構(gòu)如圖 1所示： 
設(shè)計(jì)上利用 Qtopia Core的多線程機(jī)制分前后臺(tái)處理，前臺(tái)為用戶界面主線程，用來保持對(duì)用戶操作的響應(yīng)，控制和調(diào)度其他線程。其他執(zhí)行起來耗時(shí)的任務(wù)如數(shù)據(jù)讀取、處理分別設(shè)計(jì)成專門的線程放置在后臺(tái)，各線程間使用互斥信號(hào)量方式通信達(dá)到同步工作。數(shù)據(jù)讀取線程在編程實(shí)現(xiàn)上主要是依靠Linux系統(tǒng)提供的 termios結(jié)構(gòu)對(duì)串口屬性參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并對(duì)串口對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件（位于 /dev目錄下，串口一為 /dev/ttyS0）進(jìn)行訪問，將接收到的數(shù)據(jù)按照規(guī)定的協(xié)議格式加以解析，從而為數(shù)據(jù)處理線程提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)處理線程中自定義 PowerQuality類實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量各項(xiàng)性能指標(biāo)的計(jì)算方法的封裝，并將結(jié)果分析統(tǒng)計(jì)后發(fā)送至顯示線程。數(shù)據(jù)顯示線程通過子類化 Qtopia Core提供的相應(yīng)的窗體控件，重新實(shí)現(xiàn)其繪制事件處理器 paintEvent()虛函數(shù)，在函數(shù)中創(chuàng)建并調(diào)用 QPainter類變量實(shí)現(xiàn)各類圖形信息的繪制顯示。程序以屏幕點(diǎn)觸事件驅(qū)動(dòng)，通過 Qtopia Core的信號(hào)與槽機(jī)制與終端用戶交互。圖2為開發(fā)實(shí)例運(yùn)行在虛擬仿真窗口qvfb中的截圖。
5 結(jié)論 隨著嵌入式 Linux應(yīng)用的不斷發(fā)展，嵌入式處理器運(yùn)算能力的不斷增強(qiáng)，對(duì)外設(shè)支持的不斷豐富，越來越多的嵌入式設(shè)備開始采用較為復(fù)雜的 GUI系統(tǒng)，嵌入式 Linux系統(tǒng)下的 GUI應(yīng)用程序開發(fā)也越來越深入。開發(fā)出優(yōu)秀的的人機(jī)界面，是嵌入式發(fā)展的趨勢(shì)，擁有廣闊的市場前景。Qtopia Core延續(xù)了 Qt在桌面系統(tǒng)的所有功能，豐富的 API接口和基于組件的編程模型使得嵌入式 Linux系統(tǒng)中的應(yīng)用程序開發(fā)更加便捷。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)是：詳細(xì)講述了 Qtopia Core圖形系統(tǒng)在嵌入式 Linux平臺(tái)上的移植過程，并通過修改 Qtopia Core源代碼，使得 Qtopia Core庫支持觸摸屏設(shè)備的使用。基于 Qtopia Core設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了嵌入式電力諧波檢測(cè)設(shè)備的系統(tǒng)界面，其界面友好、運(yùn)行穩(wěn)定，為其他嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)和應(yīng)用提供一個(gè)參考。 作者：曹林 來源：《微計(jì)算機(jī)信息》2009年第25卷 |
