(桂林電子科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)與控制學(xué)院，廣西 桂林 541004）

摘 要：以自動(dòng)煮糖控制系統(tǒng)的中文GUI控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為例，討論了嵌入式系統(tǒng)中文環(huán)境的現(xiàn)狀，闡述了如何在嵌入式Linux系統(tǒng)平臺(tái)上利用QTE（QT/embedded）實(shí)現(xiàn)GUI控制平臺(tái)，并構(gòu)建出符合應(yīng)用要求的中文環(huán)境，從而大大拓寬了嵌入式系統(tǒng)在煮糖工業(yè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：嵌入式Linux；圖形用戶界面；QTE（QT/embedded）；控制平臺(tái)；中文環(huán)境；煮糖控制

中圖分類號(hào)：TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-3695(2009)04-1435-03

Design and implementation of embedded Chinese GUI for control platform

SHI Xiao-min，ZHU Ming-ri，GE Qing-zhi

（School of Computer Control， Guilin University of Electronic Technology， Guilin Guangxi 541004， China）

Abstract:Taking the design and implementation of Chinese GUI for control platform in control system of automatic boiling sugar as an example， this paper discussed the current situation of Chinese environment for embedded system， described how to implement GUI for control platform Chinese based on QTE to set up a Chinese environment for embedded Linux platform. This would greatly broaden the embedded system applications in the boiling sugar industry.

Key words:embedded Linux; GUI; QTE（QT/embedded）; control platform; Chinese environment; control of sugar boiling

0 引言 

隨著嵌入式系統(tǒng)在信息家電、移動(dòng)通信、手持信息設(shè)備以及工業(yè)控制等眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，用戶對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的輕量級(jí)GUI的支持以及中文環(huán)境的需求日益迫切。而嵌入式圖形用戶界面(GUI)是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，作為人機(jī)交互技術(shù)的重要內(nèi)容，以其豐富的圖形圖像信息、直觀的表達(dá)方式與用戶交互，被越來(lái)越多的嵌入式系統(tǒng)所采用，現(xiàn)已成為當(dāng)今嵌入式領(lǐng)域的發(fā)展熱點(diǎn)之一。尤其在中國(guó)煮糖工業(yè)中，中文GUI控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)對(duì)把嵌入式設(shè)備引入煮糖控制，從而改變煮糖工業(yè)自動(dòng)化程度不高的現(xiàn)狀，起著極為重要的意義。本文以自動(dòng)煮糖控制系統(tǒng)的中文GUI控制平臺(tái)在嵌入式Linux和QTE下的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為例，闡述了控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并給出GUI控制平臺(tái)的中文實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)平臺(tái)介紹

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，本文的目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式的中文GUI控制平臺(tái)。該系統(tǒng)使用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。硬件上，使用基于Samsung S3C2410A CPU的目標(biāo)板，該CPU使用ARM920T內(nèi)核，其主頻可達(dá)200 MHz；在軟件上，選擇嵌入式Linux為操作系統(tǒng)，因?yàn)樗创a開(kāi)放，且穩(wěn)定性與安全性較高。



整個(gè)系統(tǒng)軟件由引導(dǎo)裝載程序(vivibootloader)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)（包括幀緩存framebuffer）、嵌入式Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)(yaffs)、基于QT/embedded和Qtopia的用戶圖形界面以及應(yīng)用程序組成。系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 嵌入式Linux下GUI現(xiàn)狀分析及其開(kāi)發(fā)環(huán)境選擇依據(jù)

2.1 嵌入Linux下GUI現(xiàn)狀分析

嵌入式Linux是一種流行的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)。進(jìn)行嵌入式Linux開(kāi)發(fā)一般有以下幾種GUI系統(tǒng)可供選擇：緊縮的X Window系統(tǒng)、MiniGUI、MicroWindows、OpenGUI、QTE（QT/embedded）等。當(dāng)前嵌入式Linux的GUI正日益完善，但作為嵌入式GUI的一個(gè)重要組成部分——中文環(huán)境的支持，卻一直進(jìn)展緩慢［1］，重要原因之一是在Linux設(shè)計(jì)之初，并未考慮到雙字節(jié)編碼的語(yǔ)言環(huán)境，雖然現(xiàn)在國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量的中文平臺(tái)的研究，但這些都未能從根本上解決問(wèn)題，歸根到底Linux應(yīng)該像UNIX一樣向國(guó)際化與本地化標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)。而具體到嵌入式Linux，由于資源有限，不可能搭建傳統(tǒng)的如基于X Window的中文平臺(tái)。因此，利用嵌入式系統(tǒng)中有限的系統(tǒng)資源實(shí)現(xiàn)中文GUI平臺(tái)成為嵌入式應(yīng)用中亟待解決的問(wèn)題。本文選用QTE，針對(duì)如何在嵌入式Linux上實(shí)現(xiàn)中文GUI控制平臺(tái)進(jìn)行了闡述。

2.2 選擇QT/embedded和Qtopia的依據(jù)

1）QT/embedded

QT/embedded是QT產(chǎn)品家族中專門(mén)面向嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)的版本[2]，是一個(gè)多平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架。其對(duì)象容易擴(kuò)展，可移植性好，支持多個(gè)GUI平臺(tái)的交互開(kāi)發(fā)。QT/embedded支持任何可以運(yùn)行framebuffer的嵌入式設(shè)備。而Linux內(nèi)核2.2以上的版本均提供了對(duì)framebuffer的支持。通過(guò)支持framebuffer，QT/embedded降低了對(duì)運(yùn)行環(huán)境資源的要求，這為它在嵌入式系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用提供了良好的保障。同時(shí)，它支持Unicode編碼，支持任何語(yǔ)言和字符集，遵循i18n(internationalization)和l10n(localization)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展路線，這都有利于國(guó)際化，從而有利于應(yīng)用的中文化。因此，本設(shè)計(jì)選擇QT/embedded來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式中文GUI控制平臺(tái)。

2）Qtopia

Qtopia是Trolltech公司為采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)的設(shè)備開(kāi)發(fā)的應(yīng)用平臺(tái)。它提供給開(kāi)發(fā)者一個(gè)面向?qū)ο蟮腁PI（application programming interface）來(lái)給嵌入式設(shè)備編寫(xiě)應(yīng)用程序。這些API與QT/X11下API一致，因而所開(kāi)發(fā)的QT應(yīng)用程序可以在Qtopia平臺(tái)上運(yùn)行。Qtopia平臺(tái)包括運(yùn)行的嵌入設(shè)備和PC機(jī)上的軟件?？梢园言赑C上開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件經(jīng)過(guò)新的交叉編譯后下到嵌入式設(shè)備上運(yùn)行。Qtopia平臺(tái)由Qtopia 庫(kù)(QT/E、libqpe、libqtopia1、qtopiapim)和Qtopia launcher/server組成。Qtopia launcher/server是控制窗口系統(tǒng)、進(jìn)程間通信、發(fā)起所有應(yīng)用和其他核心任務(wù)的主要服務(wù)程序。

3 GUI控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 GUI開(kāi)發(fā)過(guò)程

利用QT/embedded進(jìn)行應(yīng)用程序的界面開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)過(guò)程如圖2所示。

3.2 控制平臺(tái)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于自動(dòng)煮糖控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的GUI控制平臺(tái)界面是基于QT/embedded的用戶進(jìn)程，它以窗口的形式提供給用戶一個(gè)可視化的操控平臺(tái)，從功能上主要分為三個(gè)模塊，即用戶管理界面、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面和波形顯示界面?？刂破脚_(tái)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖3所示。

管理員可通過(guò)用戶管理界面設(shè)定用戶名、密碼及操作權(quán)限等內(nèi)容。參數(shù)設(shè)置界面提供了參數(shù)量程、通信端口設(shè)置等功能。波形顯示界面利用GUI界面的參數(shù)回放功能為用戶提供參數(shù)的可視化界面，實(shí)現(xiàn)了煮糖監(jiān)控的圖形化顯示。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面提供了參數(shù)量程、通信端口設(shè)置等功能。

波形顯示界面模塊是系統(tǒng)控制平臺(tái)GUI的核心部分之一。顯示模塊主要針對(duì)煮糖自動(dòng)控制進(jìn)程中粗漿濃度、母液濃度、綜合檢測(cè)值的文件曲線顯示。所謂的文件曲線是指將系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)預(yù)先保存到指定文件中，根據(jù)用戶需求隨時(shí)調(diào)用，并能以曲線形式直觀地顯示出來(lái)，從而通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比或觀察圖像趨勢(shì)，確定某些性能參數(shù)，以便進(jìn)行必要的校正工作。波形顯示相對(duì)GUI實(shí)現(xiàn)也類似于一個(gè)記錄回放進(jìn)程，回放的形式由直接的數(shù)字形式轉(zhuǎn)換為曲線坐標(biāo)形式。曲線坐標(biāo)如圖4所示。

該部分界面設(shè)計(jì)采用雙緩沖技術(shù)，避免繪制不同顏色曲線時(shí)發(fā)生閃爍現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)原理是通過(guò)把整個(gè)窗口部件繪制到一個(gè)屏幕外的像素映射中，然后把這個(gè)像素映射復(fù)制到它應(yīng)該在的那個(gè)窗口部件中。該部分界面設(shè)計(jì)主要包括QPainter、Qpixmap、Qrect、Qarray、Qsize等類。系統(tǒng)首先將需要回放的數(shù)據(jù)填滿采集緩存(MBUFF)；然后當(dāng)數(shù)據(jù)被DMA傳送完成后，再次讀取flash陣列中數(shù)據(jù)，將空出的采集緩存(MBUFF)填滿，當(dāng)回放停止后，該進(jìn)程自動(dòng)結(jié)束。用戶只需選擇存有數(shù)據(jù)的文本文件，GUI后臺(tái)運(yùn)作便會(huì)讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)，并將其變化趨勢(shì)顯示在圖4中。

用戶設(shè)置完各種參數(shù)后，應(yīng)用程序中的GUI進(jìn)程會(huì)把參數(shù)以隊(duì)列的方式通知進(jìn)程接收；進(jìn)程接收到消息后，一方面會(huì)把接收到的參數(shù)保存到flash中，同時(shí)也把這些參數(shù)傳給ARM控制器；控制器根據(jù)命令去做相應(yīng)的算法和執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。利用signal-slots機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)象間的信息傳遞。

4 中文顯示

中文顯示是設(shè)計(jì)嵌入式QT中文GUI平臺(tái)最重要的部分之一。最常用的一種是通過(guò)QT的國(guó)際化來(lái)實(shí)現(xiàn)中文顯示，盡量不要在程序中直接使用特殊編碼的文本。例如，要編寫(xiě)中文界面的QT程序，應(yīng)在程序中使用英文，程序編寫(xiě)完成后，把文本提取出來(lái)翻譯。這樣，程序還可以根據(jù)Locale的不同，支持多種語(yǔ)言。

4.1 環(huán)境設(shè)置

在嵌入式QT下解決中文顯示問(wèn)題。環(huán)境設(shè)置可以分兩步完成：

a）解決中文字體(字型)的問(wèn)題。嵌入式QT可以支持TTF、PFA/PFB、BDF、QPF四種格式。其中常用的是TTF和QPF。QPF是QT/embedded專用的一種適合嵌入式應(yīng)用的字體。QPF是一種相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的字體存儲(chǔ)格式，如果把BDF轉(zhuǎn)換成QPF格式，可以節(jié)省一半以上的空間。它屬于位圖字體，不可以縮放。默認(rèn)情況下QT/embedded在lib/fonts目錄下提供了一種可以顯示中文的字體庫(kù)UniFont，為QPF字體。

b）正確設(shè)置處理語(yǔ)系的codec引擎(編碼譯碼成Unicode)。由于嵌入式QT完整地支持Unicode編碼，處理語(yǔ)系的codec引擎就變得相當(dāng)重要。如果缺少處理GBK的codec引擎，即便有中文字體也無(wú)能為力。同樣，中文字體的顯示也必須依靠Unicode編碼。此步的實(shí)現(xiàn)依靠QTE的庫(kù)編譯進(jìn)對(duì)中文textcodec的支持，可通過(guò)修改qconfig-qpe.h，去掉CODEC有關(guān)的宏， 重新configure和make來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由于嵌入式QT使用的字體全部使用Unicode字符編碼(現(xiàn)在使用的字體大多數(shù)也使用這種編碼，但是它們通常并不包括全部的Unicode字符)，在進(jìn)行字體轉(zhuǎn)換時(shí)還要注意一點(diǎn)：如果要轉(zhuǎn)換的字體不是Unicode編碼，要先將它轉(zhuǎn)換成Unicode為基礎(chǔ)的字體。

QTE對(duì)字體的管理是通過(guò)一個(gè)配置文件“fontdir”進(jìn)行的。該文件位于$QTDIR/lib/fonts目錄下。定義了應(yīng)用程序可用的字體，可通過(guò)修改fontdir文件使添加到QTE的新字體生效。當(dāng)添加的字體為QPF字體時(shí)，則無(wú)須更改fontdir文件，只需把該QPF字體放在$QTDIR/lib/fonts目錄下即可被使用。

4.2 中文顯示的實(shí)現(xiàn)

解決中文顯示問(wèn)題是一個(gè)軟件的本地化過(guò)程，是在國(guó)際化編程基礎(chǔ)上的一個(gè)提取翻譯信息、翻譯軟件所使用界面的語(yǔ)言數(shù)據(jù)的過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化編程分為兩個(gè)過(guò)程：

a)在程序中標(biāo)注待翻譯的字符串。QT使用了類似GNU gettext的函數(shù) QObject::tr()，它用于從QT的翻譯信息文件 *.qm中取出信息。所有在程序中用tr標(biāo)注的字符串，程序在運(yùn)行時(shí)都會(huì)動(dòng)態(tài)提取翻譯信息進(jìn)行翻譯，如在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面中用到的TextLabel1->setText(tr(\"setting system parameters\"))。對(duì)于絕大多數(shù)情況，可以用上述方法標(biāo)注待翻譯字符串。對(duì)于一些特殊情況，方法上會(huì)有所不同，可以參考QT參考文檔中的QT國(guó)際化編程一文，這里不再贅述。

b)為程序建立翻譯信息文件，翻譯和動(dòng)態(tài)加載的過(guò)程。

下面以自動(dòng)煮糖控制系統(tǒng)中的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面的設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明該步實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。

（a）在design.pro文件中加入TRANSLATIONS=design.ts。

（b）用lupdate 操作.pro，以提取出.ts文件供下面的lingusit工具翻譯成漢化所需要的.qm文件。命令是#lupdate design.pro。*.ts文件是翻譯源文件，它是基于XML語(yǔ)言描述的。通過(guò)編輯*.ts文件，已經(jīng)指定了對(duì)應(yīng)的翻譯信息。這一步是翻譯的過(guò)程。所謂翻譯就是把tr(\"english\")中的english提取出來(lái)，以翻譯成相應(yīng)的語(yǔ)言，供程序加載使用。

（c）用 linguist打開(kāi)design.ts文件。linguist是在QT的bin目錄下的一個(gè)界面工具。如果使用QT/E 2.3.7的版本，沒(méi)有自帶這個(gè)工具，可以在Windows下單獨(dú)下載linguist工具進(jìn)行這一步。在linguist中用菜單欄file→open 打開(kāi)相應(yīng)的.ts文件。打開(kāi)后會(huì)看到左邊是相應(yīng)的類，右邊的上半部是相應(yīng)的類中提取出來(lái)供翻譯的內(nèi)容，下半部是要翻譯的語(yǔ)言的相應(yīng)內(nèi)容，即需要輸入中文的地方。在翻譯中，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的翻譯用英文輸入狀態(tài)下的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。

（d）用linguist 菜單保存翻譯好的.ts文件。用linguist界面工具中菜單file的release…，點(diǎn)擊彈出對(duì)話框，提示輸入.qm文件的默認(rèn)文件名。按確定后在.ts文件所在的目錄下會(huì)有一個(gè).qm后綴名的文件，這就是程序翻譯器要用到的文件。

（e）把design.qm文件copy到design目錄下。在main.cpp程序中使用剛才得到的.qm文件，方法如下：

QTranslator translator( 0 );//生成翻譯器

translator.load( \"design.qm\"， \".\" );

//載入qm文件，與剛才得到的qm的文件名對(duì)應(yīng)

app.installTranslator( translator );//安裝翻譯器

MyWidget m;

m.setFont(QFont(\"unifont\"， 16));//設(shè)置中文字體 

app.setMainWidget( m );//將m設(shè)為當(dāng)前窗口

m.show(); //將當(dāng)前窗口顯示出來(lái)

程序在運(yùn)行時(shí)是動(dòng)態(tài)提取與源語(yǔ)言對(duì)應(yīng)的本地語(yǔ)言信息并顯示在用戶界面上。設(shè)計(jì)中要在界面出來(lái)之前安裝翻譯器，否則就不能在界面中顯示翻譯后的界面。

在自動(dòng)煮糖控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計(jì)中，使用了QT-embedded-2.3.7中的QT designer完成其GUI圖形界面的設(shè)計(jì)，選用了系統(tǒng)自帶的unifont字體。參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

嵌入式產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用帶動(dòng)了圖形用戶界面(GUI)的迅速發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)需要一個(gè)高性能、高可靠的GUI的支持?；赒T/embedded的Qtopia桌面系統(tǒng)，為系統(tǒng)用戶提供了良好的使用和交互環(huán)境。該設(shè)計(jì)選擇嵌入式QT作為研究對(duì)象，以自動(dòng)煮糖控制系統(tǒng)的中文GUI控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)為例，討論了嵌入式系統(tǒng)中文環(huán)境的現(xiàn)狀，對(duì)嵌入式QT上如何實(shí)現(xiàn)中文GUI控制平臺(tái)，以及相應(yīng)界面的中文化進(jìn)行了深入研究，從而構(gòu)建了符合應(yīng)用要求的中文環(huán)境，為嵌入式產(chǎn)品用于自動(dòng)煮糖控制系統(tǒng)提供了有力的支持，提高了煮糖控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。筆者在基于ARMS3C2410芯片的嵌入式Linux平臺(tái)上已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了基于QTE2.3.7的中文平臺(tái)搭建。該平臺(tái)初步解決了嵌入式QT上的中文顯示問(wèn)題，但是如何移植在QT4版本中新加入的漂亮的wenquanyi的unicode字體還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

［1］吳偉清，王磊，吳朝暉.基于QTE的嵌入式Linux中文環(huán)境解決方案[J].計(jì)算機(jī)工程，2005，31（2）:31-32.

［2］倪繼利.QT及Linux操作系統(tǒng)窗口設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006：212-220.

[3]BLANCHETTE G，SUMMERFIELD M.C++ GUI programming with QT3[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002：177-211.

[4]李寶林，李志蜀，陳良銀，等.基于測(cè)試用例的軟件可靠性分析[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007，27(5)：1254-1256.

[5]GUO Lei，HE Bo，YU Qing，et al.Visualization and printing based on QTE and embedded Linux[J].Microcomputer Information，2007，23(8):15-16.

[6]張海鵬，楊汝清，楊明.智能交通系統(tǒng)中的人機(jī)界面設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2007，24(12)：246-248.

[7]ZHAO Hong-bin，YU Dong，L I Yi-xia，et al.Design and implementation of a soft PLC system based on RTLinux[J].Mini-Micro Systems，2007，3(3): 470-473.

[8]王興杰，李允，江浩，等.基于Linux的嵌入式交叉開(kāi)發(fā)技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2008，25（1）：206-208.

[9]麥向習(xí)，裴海龍.基于Linux及Tcl/Tk的數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2006，23（2）：122-124.