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1 引言 嵌入式Linux以其開放的源代碼，精簡高效的內核、易定制和易裁減的特征以及硬件支持廣泛等優勢，而深受嵌入式開發者的青睞，在消費類電子產品和工業控制、智能儀表等領域中有著廣泛的應用。Qt是 Trolltech公司推出的一個跨平臺的 C++圖形用戶界面應用程序開發框架。Qt是完全面向對象的，很容易擴展，并且允許真正的組件編程。 Qtopia Core是適用于嵌入式 Linux 所支持的單一應用設備的主導性應用框架，能夠穩定、可靠地運行于嵌入式 Linux下，并且可以快速構建一個可視化嵌入式軟件系統。 Qtopia Core的前身是 Qt/Embedded，繼承了Qt 4的功能與優點，擁有與桌面系統的 Qt相同的應用程序編程接口（API）和工具包。當編譯 Qtopia Core時，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是一個為嵌入式設備上的圖形用戶接口和應用開發而訂做的C++工具開發包。Qtopia Core采用與桌面版本同樣的一套 API，但在其內部實現上作了很多出色的調整來適應硬件有所限制的嵌入式環境。Qtopia Core包含多個 Qt工具，可以進行快速和優化開發，如 Qt 4增強的 GUI布局和窗體構建器 Qt Designer。Qtopia Core與 Qt/X11昀大的區別在于 Qtopia Core不依賴于 X Server或 Xlib，而是直接訪問幀緩存（ FrameBuffer），這樣顯著減少了內存消耗。 2.1 Qtopia Core的窗口系統 Qtopia Core的窗口系統采用 Client/Server模型，任何一個 Qtopia Core的應用程序都需要運行在一個 Server應用上，而 Qtopia Core的應用程序本身也可以作為 Server來運行。 Server進程通常會生成 QWSServer類的一個對象，主要用來分配 Client進程的顯示區域，并產生鼠標和鍵盤事件等。而 Client進程則通常生成 QWSClient類的一個對象，負責處理與各種應用相關的邏輯。Server和 Client之間的通信通過 socket來實現，這種通信通常被保持在一個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進行直接操作 FrameBuffer來實現，Server進程所作的僅僅是通知 Client需要重繪的事件等。 2.2 信號與槽機制 (Signals and Solts) 信號與槽機制是 Qt的核心機制，它是一種高級接口，用于對象間的通訊，是 Qt區別于其它工具包的昀具特性的部分。信號與槽是 QT自行定義的一種通信機制，它獨立于標準的 C/C++語言，需要借助一個稱為 moc（Meta Object Compiler）的 QT工具對信號和槽在編譯之前進行預處理，為高層次的事件處理自動生成所需要的附加代碼。 Qt中使用信號與槽機制取代原始的回調和消息映射機制，信號與槽是類型安全的，完全面向對象的，并且它們之間的耦合比較松散，可以使得我們編寫的通信程序更為簡潔明了。當一個特定的事件發生時，一個被指定的信號就被發射，槽則是響應信號的函數，如果存在一個槽和該信號相連接，那在該信號被發射后，這個槽就會立刻執行。多個信號可以連接一個槽，一個信號也可以連接多個槽，甚至可以把信號與信號相連接。信號與槽構造了一個強大的組件編程機制，可以創建彼此互不了解的對象，利用信號就可以把信息正確的傳遞到對應的槽函數進行處理。 3 Qtopia Core的安裝與移植 3.1 建立交叉編譯環境 文中采用 Trolltech公司的 Qtopia Core 4.3.2自由版作為目標板 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，運行解壓命令： tar xjvf arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2 交叉編譯器會被安裝在/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:$PATH 3.2 交叉編譯 Qtopia Core庫 在 Trolltech公司主頁上下載 Qtopia Core 4源代碼軟件包qtopia-core-opensource-src-4.3.2.tar.gz，解壓： tar zxvf qtopia-core-opensource-src-4.3.2.tar.gz cd qtopia-core-opensource-src-4.3.2 由于項目中使用帶有觸摸功能的 TFT液晶屏作為顯示和輸入設備，需要添加對觸摸屏的支持。一種方法是利用 Qtopia Core為 Linux TP協議提供的鼠標驅動接口類，修改觸摸屏驅動的源代碼，并在執行 configure配置時傳遞-qt-mouse-linuxtp選項激活；另一種方法是嵌入 Tslib。Tslib是一個開源的程序，能夠為觸摸屏驅動獲得的采樣提供諸如濾波、去抖、校準等功能。這里使用第一種方法，過程如下： 首先在源碼樹 src\gui\embedded\qmouselinuxtp_qws.h中加入宏定義： #define QT_QWS_IPAQ #define QT_QWS_IPAQ_RAW 然后修改 qmouselinuxtp_qws.cpp文件，把 QWSLinuxTPMouseHandlerPrivate函數中打開的設備文件節點 ”/dev/h3600_tsraw”替換為自己的觸摸屏設備文件，如筆者目標板中為”/dev/touchscreen/0”。 配置編譯參數： ./configure -embedded arm -xplatform qws/linux-arm-g++ -depths 8,16,32 -no-qt3support -no-qvfb -qt-mouse-linuxtp 根據 configure生成的 Makefile文件編譯并安裝： gmake gmake install 交叉編譯完后，程序和庫默認會安裝到 /usr/local/Trolltech/QtopiaCore-4.3.2-arm目錄下。設置環境變量，修改$HOME/.bash_profile文件，加入 export PATH=/usr/local/Trolltech/QtopiaCore-4.3.2-arm/bin:$PATH 這樣就可以直接使用 qmake工具交叉編譯 Qtopia Core應用程序，生成可運行在 ARM平臺的二進制可執行文件。 3.3構建根文件系統和移植到目標平臺 可以選擇使用 Busybox工具構建一個全新的根文件系統，也可對開發板上原有的文件系統進行剪裁和修補。此處利用原有的文件系統映像，把新建的應用程序的相關文件加入其中。首先把原有的根文件系統映像 mount到工作的機器上，然后復制其內容到一臨時目錄下。將交叉編譯好的 Qtopia Core庫文件拷貝到目標板文件系統對應/lib目錄下，其中主要庫包括libQtCore.so.x，libQtGui.so.x，libQtNetwork.so.x等。此外，還需將交叉編譯器所在目錄下的 libstdc++.so.6庫文件也拷貝過來。 為使應用程序能正確執行，需要設定系統的運行環境，將以下環境變量寫入目標文件系統/etc/profile文件中： export QTDIR=”/usr/local/Trolltech/QtopiaCore-4.3.2-arm” export LD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH export QWS_MOUSE_PROTO=”LinuxTp:/dev/touchscreen/0” 要使我們的程序在系統啟動后能夠自動運行，還需在目標文件系統/usr/etc/rc.local腳本文件中，添加應用程序的路徑和執行命令： exec /apps/harmonic -qws 此時在開發板運行 Qtopia Core應用程序后，觸摸屏還不能正確響應用戶的點擊，主要原因是目標板文件系統中用于存放校準信息的/etc/pointercal文件不存在或該文件中對觸摸屏進行調整的參數不正確。Qtopia Core示例程序中提供了一個校準程序 mousecalibration，將其下載至目標板并運行，在出現校準界面后采用 5點校準會在 /etc目錄下生成 pointercal校準文件。以后每次觸摸屏啟動都會讀取該文件內容進行觸摸屏設定。 4 Qtopia Core應用程序開發實例 本實例的背景是為嵌入式電力諧波檢測設備設計開發其上的圖形用戶界面程序，系統采用了 DSP+ARM雙處理器構架的設計模式，通過串口通信實現數據傳輸和協同工作。基于 Qtopia Core的應用程序運行在 ARM平臺上，其軟件設計主要包括完成與 DSP的通信，接收傳來的數據，并加以計算分析和統計，將電力諧波參數值及信息以波形曲線、頻譜柱狀圖、表格等形式實時顯示出來，通過人機交互界面反饋給用戶，便于用戶操作與控制。程序框架結構如圖 1所示： 
設計上利用 Qtopia Core的多線程機制分前后臺處理，前臺為用戶界面主線程，用來保持對用戶操作的響應，控制和調度其他線程。其他執行起來耗時的任務如數據讀取、處理分別設計成專門的線程放置在后臺，各線程間使用互斥信號量方式通信達到同步工作。數據讀取線程在編程實現上主要是依靠Linux系統提供的 termios結構對串口屬性參數進行設置，并對串口對應的設備文件（位于 /dev目錄下，串口一為 /dev/ttyS0）進行訪問，將接收到的數據按照規定的協議格式加以解析，從而為數據處理線程提供數據支持。數據處理線程中自定義 PowerQuality類實現對電能質量各項性能指標的計算方法的封裝，并將結果分析統計后發送至顯示線程。數據顯示線程通過子類化 Qtopia Core提供的相應的窗體控件，重新實現其繪制事件處理器 paintEvent()虛函數，在函數中創建并調用 QPainter類變量實現各類圖形信息的繪制顯示。程序以屏幕點觸事件驅動，通過 Qtopia Core的信號與槽機制與終端用戶交互。圖2為開發實例運行在虛擬仿真窗口qvfb中的截圖。
5 結論 隨著嵌入式 Linux應用的不斷發展，嵌入式處理器運算能力的不斷增強，對外設支持的不斷豐富，越來越多的嵌入式設備開始采用較為復雜的 GUI系統，嵌入式 Linux系統下的 GUI應用程序開發也越來越深入。開發出優秀的的人機界面，是嵌入式發展的趨勢，擁有廣闊的市場前景。Qtopia Core延續了 Qt在桌面系統的所有功能，豐富的 API接口和基于組件的編程模型使得嵌入式 Linux系統中的應用程序開發更加便捷。 本文的創新點是：詳細講述了 Qtopia Core圖形系統在嵌入式 Linux平臺上的移植過程，并通過修改 Qtopia Core源代碼，使得 Qtopia Core庫支持觸摸屏設備的使用。基于 Qtopia Core設計與實現了嵌入式電力諧波檢測設備的系統界面，其界面友好、運行穩定，為其他嵌入式系統軟件開發和應用提供一個參考。 作者：曹林 來源：《微計算機信息》2009年第25卷 |
