唐 浩，代少升

（重慶郵電大學(xué) 信號(hào)與信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065）

1 引言

21世紀(jì)是后計(jì)算機(jī)時(shí)代，人們每天都會(huì)接觸很多的嵌入式產(chǎn)品，手機(jī)、PDA等手持式信息設(shè)備發(fā)展迅速。這些設(shè)備的關(guān)鍵在于人機(jī)交互技術(shù)的體現(xiàn)，所以一個(gè)十分友好的圖形用戶界面（GUI）是必不可少的。

目前嵌入式Linux的主流GUI系統(tǒng)主要有MiniGUI，MicroWindows，OpenGUI，Qt/Embedded 等[1]，這些 GUI 在接口定義、體系結(jié)構(gòu)、功能特性等方面存在很大差別。MiniGUI具有良好的軟件架構(gòu)，通過(guò)抽象層將其上層和底層操作系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)在于窗口系統(tǒng)，但由于支持力量比較薄弱，其維護(hù)和再開(kāi)發(fā)成本不可預(yù)計(jì)。MicroWindows以較小的資源消耗、通用的幀緩沖（FrameBuffer）技術(shù)、靈活的分層設(shè)計(jì)模式和豐富的API支持等特點(diǎn)獲得廣泛的關(guān)注，但其圖形引擎無(wú)任何硬件加速能力，算法低效，代碼質(zhì)量較差。OpenGUI基于用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的X86圖形內(nèi)核，提供了高層的C/C++圖形/窗口接口，它的資源消耗小，但可移植性差，不支持多進(jìn)程。

Qt/Embedded[2]是一個(gè)多平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，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)。從個(gè)人消費(fèi)電子到工業(yè)控制設(shè)備，Qt/Embedded被廣泛地應(yīng)用于各種嵌入式產(chǎn)品和設(shè)備中。

2 Qt/Embedded的移植與開(kāi)發(fā)

2.1 總體流程

Qt/Embedded是著名的Qt庫(kù)開(kāi)發(fā)商Trolletch公司（2008年6月被諾基亞公司收購(gòu)）開(kāi)發(fā)的圖形化界面開(kāi)發(fā)工具Qt的嵌入式版本。Qt/Embedded采用Server/Client結(jié)構(gòu)，延續(xù)了Qt在X上的強(qiáng)大功能，在底層摒棄了Xlib，僅采用FrameBuffer作為底層圖形接口。同時(shí)將外部輸入設(shè)備抽象為keyboard和mouse輸入事件，底層接口支持鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏以及用戶自定義的設(shè)備等[3]。

Qt/Embedded的類庫(kù)完全采用C++封裝，控件資源豐富，可移植性較好，開(kāi)放的源碼使得開(kāi)發(fā)人員可以在GPL許可協(xié)議下自由地進(jìn)行嵌入式GUI應(yīng)用程序的移植與開(kāi)發(fā)。Qt/Embedded移植與開(kāi)發(fā)總體流程如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)平臺(tái)的介紹

筆者采用廣州友善之臂公司設(shè)計(jì)的Micro2440開(kāi)發(fā)板作為硬件平臺(tái)，該開(kāi)發(fā)板由核心板與底板組成。核心板上集成了三星公司400MHz的微處理器S3C2440，64Mbyte的SDRAM，64Mbyte NAND Flash以及2Mbyte NOR Flash。底板上則集成了一些常規(guī)外設(shè)接口。在軟件方面，使用Linux-2.6.13穩(wěn)定內(nèi)核的操作系統(tǒng)，根文件系統(tǒng)為缺省安裝的文件系統(tǒng)，采用基于arm-linuxgcc-3.4.1的函數(shù)庫(kù)。

整個(gè)系統(tǒng)軟件由引導(dǎo)裝載程序（U-Boot）、設(shè)備驅(qū)動(dòng)（包括幀緩沖）、嵌入式 Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)（YAFFS）以及基于 Qt/Embedded的應(yīng)用程序組成[4]。系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 Qt/Embedded開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建及其移植[5-7]

搭建編譯平臺(tái)是嵌入式GUI的必要工作。Qt/Embedded的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境主要包括嵌入式Linux操作系統(tǒng)、軟件開(kāi)發(fā)工具鏈以及相關(guān)源碼包。本文的開(kāi)發(fā)環(huán)境是在個(gè)人PC上安裝VMware Workstation 6.5.1和Red Hat Linux 9.0操作系統(tǒng)，內(nèi)核版本是2.6.13，與目標(biāo)板上運(yùn)行的版本一致。采用的交叉編譯器為armlinux-gcc-3.4.1，源碼包為qt-embedded-linux-opensource-src-4.5.3和 qt-x11-opensource-src-4.5.3。

3.1 X11虛擬環(huán)境搭建

在PC機(jī)上編譯好的qt-x11可以生成Qt開(kāi)發(fā)工具，如用戶界面編譯器（UIC）與虛擬幀緩沖服務(wù)器（QVFB），作為交叉編譯環(huán)境的支持。虛擬環(huán)境搭建過(guò)程如下：

1）在PC平臺(tái)文件系統(tǒng)中建立工具包目錄，將源碼包分別用tar命令解壓并放置其中。

2）進(jìn)入qt-x11目錄，在終端鍵入./configure命令對(duì)qt-x11安裝環(huán)境進(jìn)行配置，根據(jù)源碼包配置選項(xiàng)和系統(tǒng)情況生成makefile文件，為make做準(zhǔn)備。

3）配置完成以后，鍵入make命令，從makefile中讀取指令進(jìn)行編譯，用來(lái)創(chuàng)建庫(kù)文件，編譯例程和指南，需要等待一段比較長(zhǎng)的時(shí)間。

4）編譯完成之后，進(jìn)入tools目錄下的qvfb目錄，鍵入make對(duì)其進(jìn)行編譯。最后回到qt-x11目錄，鍵入make install進(jìn)行安裝。

5）make install完成之后，會(huì)在/usr/local目錄下生成一個(gè)Trolltech目錄，這就是qt-x11-opensource-src-4.5.3安裝后所在目錄。將/usr/local/qt/qt-x11-opensource-src-4.5.3/tools/qvfb目錄下的qvfb相關(guān)文件拷貝到/usr/local/Trolltech/Qt-4.5.3/bin目錄下。至此X11環(huán)境就搭建好了。

3.2 交叉編譯環(huán)境實(shí)現(xiàn)

通過(guò)qt-x11提供的庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具，可以進(jìn)行Qt應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，但是若需要在目標(biāo)板上運(yùn)行該程序，則還需使用qt-embedded庫(kù)對(duì)該程序進(jìn)行交叉編譯，才能得到在ARM平臺(tái)上運(yùn)行的可執(zhí)行程序。這就需要搭建qt-embedded交叉編譯環(huán)境，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

1）安裝交叉編譯器。工具包目錄中鍵入tar xvzf arm-linux-gcc-3.4.1.tgz-C/，執(zhí)行該命令將arm-linuxgcc安裝到/usr/local/arm/3.4.1。然后設(shè)置路徑變量，修改/etc/profile文件，在最后一行添加export PATH=/usr/local/arm/3.4.1/bin:$PATH。

2）進(jìn)入qt-embedded目錄，鍵入./configure-embedded arm-xplatform qws/linux-arm-g++-depths 4，8，16，32，配置參數(shù)指定 ARM 平臺(tái)，并支持 4，8，16，32 位的顯示顏色深度。

3）使用make命令進(jìn)行編譯，用來(lái)生成qt-embedded庫(kù)。

4）使用make install進(jìn)行安裝。完成后，qt-embe-dded被安裝在/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3目錄下。

3.3 移植Qt/Embedded到S3C2440

Qt/Embedded應(yīng)用程序在S3C2440平臺(tái)上的運(yùn)行需要有qt-embedded庫(kù)支持。在開(kāi)發(fā)板的根目錄下新建如下目錄：

/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3/bin//安裝運(yùn)行庫(kù)文件

/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3/lib/fonts//安裝字體庫(kù)文件

把PC上對(duì)應(yīng)目錄下交叉編譯后生成的qtembedded庫(kù)文件和字體文件，分別拷貝到上述目錄中。注意，運(yùn)行庫(kù)文件一般只拷貝libQtGui.so.4，libts-0.0.so.0，libQtCore.so.4，libQtNetwork.so.4，如果文件是到共享庫(kù)的鏈接文件，則把該共享庫(kù)也要拷貝上，字體庫(kù)則需拷貝一種就可以了。設(shè)置開(kāi)發(fā)板環(huán)境變量：

export QTDIR=/usr/local/Trolltech/QtEmbbed-4.5.3

export QPEDIR=/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3

export PATH=$QTDIR/bin:$PATH

export LD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH

4 Qt/Embedded應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)實(shí)例

Qt是一個(gè)創(chuàng)建GUI程序的C++類庫(kù)，編寫Qt應(yīng)用程序的主要工作是基于已有的Qt類去編寫用戶類。筆者以發(fā)布一個(gè)圖片瀏覽工具（ImgViewer）為例，簡(jiǎn)單地介紹Qt/Embedded應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

4.1 Qt/Embedded開(kāi)發(fā)工具

強(qiáng)大的工具支持是進(jìn)行Qt/Embedded圖形用戶開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)所在。除了前面提到的QVFB和UIC工具外，Qt designer（圖形設(shè)計(jì)器）工具為GUI窗口組建，提供了一種可視化的設(shè)計(jì)能力，非常方便高效；qmake工具能為不同平臺(tái)的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目創(chuàng)建makefile配置文件；編程助手assistant能隨時(shí)隨地給編程帶來(lái)幫助。

筆者采用Qdevelop4.4.3來(lái)編寫Qte程序。Qdevelop是一個(gè)跨平臺(tái)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，完全致力于Qt4的開(kāi)發(fā)。

4.2 Qt/Embedded程序文件編寫

Qt/Embedded源程序一般應(yīng)該包含以下文件：1個(gè)主程序文件（main.cpp）、多個(gè)源程序文件（source.cpp）與對(duì)應(yīng)的頭文件（source.h）以及用來(lái)生成makefile的項(xiàng)目文件（.pro）。在本次開(kāi)發(fā)中，并沒(méi)有使用Qt designer來(lái)進(jìn)行可視化窗口設(shè)計(jì)，完全借助Qdevelop純代碼進(jìn)行編寫，這樣能更好地體會(huì)Qt/Embedded GUI設(shè)計(jì)的精髓所在。基本操作步驟如下：

1）編寫頭文件imgviewer.h。在Qdevelop中新建工程imgviewer.pro，并添加頭文件imgviewer.h。頭文件定義了實(shí)例中需要用到的各種窗體控件，包括菜單（QMenu）、工具條（QtoolBar）、動(dòng)作（Qaction）以及各種操作的槽函數(shù)（slots）。

2）編寫源文件imgviewer.cpp。源文件中設(shè)置了字體，規(guī)定了窗口屬性，并且創(chuàng)建了動(dòng)作、菜單和工具條等一系列的實(shí)現(xiàn)函數(shù)。這里會(huì)接觸到Qt最重要的特性：信號(hào)與槽機(jī)制（signal&slot）。信號(hào)與槽機(jī)制提供了任意兩個(gè)Qt對(duì)象之間的通信機(jī)制，信號(hào)會(huì)在某個(gè)特定情況或動(dòng)作下被觸發(fā)，槽是用于接收并處理信號(hào)的函數(shù)。其常用格式為 bool QObject::connect（Object1，SIGNAL（signal1），Object2，SLOT（slot）），以及與這個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)的disconnect函數(shù)，可以將信號(hào)和槽斷開(kāi)連接。下面介紹一段簡(jiǎn)單的程序，該程序設(shè)置了打開(kāi)單個(gè)文件這一動(dòng)作：

openFileAction=new QAction（QIcon（":/images/openfile.png"）,tr（"Open"），this）；//創(chuàng)建一個(gè) Open 動(dòng)作，并調(diào)用openfile.png圖標(biāo)，圖標(biāo)位于資源庫(kù)images文件夾下。

openFileAction->setStatusTip（tr（"Open File"））；//設(shè)置該圖標(biāo)的狀態(tài)提示為"Open File"。

connect（openFile-Action，SIGNAL（triggered（）），this，SLOT（slotOpenFile（）））；//連接信號(hào)與槽，觸發(fā) openFileAction這一動(dòng)作時(shí)，將進(jìn)行slotOpenFile（）這一過(guò)程的處理。

3）編寫主函數(shù)main.cpp。Qt/Embedded應(yīng)用程序應(yīng)該包含一個(gè)主函數(shù)，該函數(shù)是應(yīng)用程序的入口點(diǎn)。結(jié)合imgviewer.h和imgviewer.cpp，可以看到所有應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)主函數(shù)main.cpp編寫的框架結(jié)構(gòu)：

#include"imgviewer.h"

#include

//QApplication包含了Qt圖形化應(yīng)用程序的各種資源、基本設(shè)置、控制流以及事件處理等。若是Qt的非圖形化應(yīng)用程序，則需包含：

4）生成makefile文件及編譯鏈接生成可執(zhí)行文件。借助qmake工具可以生成makefile文件，實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：qmake-o Makefile imgviewer.pro。然后在命令行下輸入make命令對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行編譯，就能生成X86架構(gòu)的二進(jìn)制文件，這便是QVFB能執(zhí)行的應(yīng)用程序。如果再用Qt/Embedded的庫(kù)對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行交叉編譯鏈接，就能得到在S3C2440平臺(tái)上運(yùn)行的可執(zhí)行文件。

4.3 結(jié)果發(fā)布及測(cè)試

將交叉編譯好的可執(zhí)行程序imgviewer拷貝進(jìn)開(kāi)發(fā)板/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3/bin目錄下，在終端下鍵入./imgviewer，即可運(yùn)行程序。運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)圖3。

5 小結(jié)

嵌入式技術(shù)的關(guān)鍵在于人機(jī)交互技術(shù)的體現(xiàn)，基于Qt/Embedded的GUI為嵌入式Linux系統(tǒng)用戶提供了良好的使用和交互環(huán)境。筆者通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序，對(duì)Qt/Embedded在S3C2440平臺(tái)下的移植與開(kāi)發(fā)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為類似的GUI程序開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)參考。

[1]AHN S H，SUL D M，CHOI S C，et al.Implementation of lightweight graphic library builder for embedded system[C]//Proc.The 8th International Conference on Advanced Communication Technology.Phoenix，USA： IEEE Press，2006：166-168.

[2]Trolltech.Online reference documentation[EB/OL].[2010-05-05].http：//doc.trolltech.com/.

[3]梅寬勤.基于Qt/Embedded的圖像用戶界面移植[D].上海:復(fù)旦大學(xué)，2007.

[4]趙拯宇，張雪英，金剛.Qt/Embedded和Qtopia在OMAP5912平臺(tái)上的移植及應(yīng)用[J]. 儀器儀表用戶，2009，16（2）：108-110.

[5]孫瓊.嵌入式Linux應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)詳解[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[6]成潔，盧紫.Linux窗口程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[7]BLANCHETTE J，SUMMERFIELD M.C++GUIQt 4編程[M].2版.閆鋒欣，曾泉人，張志強(qiáng)，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2008.