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        嵌入式Linux中Qt/Embedded的應(yīng)用

        發(fā)布時(shí)間:  2012/9/8 16:29:58

        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),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),手持設(shè)備中的GUI系統(tǒng)發(fā)展得非常迅速。傳統(tǒng)的GUI系統(tǒng),如Microwindows等,由于項(xiàng)目規(guī)模較小、功能較為薄弱,缺乏等三方軟件開發(fā)的支持等諸多原因,在比較高級的手持或移動終端設(shè)備(如PDA、Smart-Phone、車載導(dǎo)航系統(tǒng))中應(yīng)用較少。-
         


          Qt/Embedded是著名的Qt庫開發(fā)商Trolltech公司開發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本,開發(fā)人員多為KDE項(xiàng)目的核心開發(fā)人員。許多基于Qt的X Window程序可以非常方便地移植到Qt/Embedded上,與X11版本的Qt在最大程度上接口兼容,延續(xù)了在X上的強(qiáng)大功能,在底層徹底摒棄了X lib,僅采用framebuffer作為底層圖形接口。Qt/Embedded類庫完全采用C++封裝。豐富的控件資源和較好的可移植性是Qt/Embedded最為優(yōu)秀的一方面,使用X下的開發(fā)工具Qt Designer可以直接開發(fā)基于Qt/Embedded的UI(用戶操作接口)界面。越來越多的第三方軟件公司也開始采用Qt/Embedded開發(fā)嵌入式Linux下的應(yīng)用軟件。其中非常著名的Qt Palmtop Environment(Qtopia)早期是一個(gè)第三方的開源項(xiàng)目,并已經(jīng)成功應(yīng)用于多款高檔PDA。Trolltech公司針對Smart-Phone中的應(yīng)用需求,于2004年5月底發(fā)布了Qtopia的Phone版本。

          1 Qt/Embedded的實(shí)現(xiàn)技術(shù)基礎(chǔ)分析

          橫向來看,由于發(fā)布的版權(quán)問題,Qt/Embedded采用兩種方式進(jìn)行發(fā)布:在GPL協(xié)議下發(fā)布的free版與專門針對商業(yè)應(yīng)用的commercial版本。二者除了發(fā)布方式外,在源碼上沒有任何區(qū)別?v向看來,當(dāng)前主流的版本為Qtopia的2.x系列與最新的3.0x系列。其中2.0版本系統(tǒng)較多地應(yīng)用于采用Qtopia作為高檔PDA主界面的應(yīng)用中;3.x版本系列則應(yīng)用于功能相對單一,但需要高級GUI圖形支持的場合,如Volvo公司的遠(yuǎn)程公交信息系統(tǒng)。圖1為Qt/Embedded的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。

          3.x版本系列的Qt/Embedded相對于2.x版本系統(tǒng)增加了許多新的模塊,如SQL數(shù)據(jù)庫查詢模塊等。幾乎所有2.x版本中原有的類庫,在3.x版本中都得到極大程度的增強(qiáng)。這就極大地縮短了應(yīng)用軟件的開發(fā)時(shí)間,擴(kuò)大了Qt/Embedded的應(yīng)用范圍。

          在代碼設(shè)計(jì)上,Qt/Embedded巧妙地利用了C++獨(dú)有的機(jī)制,如繼承、多態(tài)、模板等,具體實(shí)現(xiàn)非常靈活。但其底層代碼由于追求與多種系統(tǒng)、多種硬件的兼容,代碼補(bǔ)丁較多,風(fēng)格稍顯混亂。

          1.1 Qt/Embedded的圖形引擎實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

          Qt/Embedded的底層圖形引擎基于framebuffer。Framebuffer是在Linux內(nèi)核架構(gòu)版本2.2以后推出的標(biāo)準(zhǔn)顯示設(shè)備驅(qū)動接口。采用mmap系統(tǒng)調(diào)用,可以將framebuffer的顯示緩存映射為可連續(xù)訪問的一段內(nèi)存儲針。由于目前比較高級的ARM體系的嵌入式CPU中大多集成了LCD控制模塊,LCD控制模塊一般采用雙DMA控制器組成的專用DMA通道。其中一個(gè)DMA可以自動從一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隊(duì)列中取出并裝入新的參數(shù),直到整個(gè)隊(duì)列中的DMA操作都已完成為止。另外一個(gè)DMA與畫面緩沖區(qū)相關(guān),這部分由兩個(gè)DMA控制器交替執(zhí)行,并每次都自動按照預(yù)定的規(guī)則改變參數(shù)。雖然使用了雙DMA,但這兩個(gè)DMA控制器的交替使用對于CPU來說是不可見的。CPU所獲得的只是由兩個(gè)DMA組成的一個(gè)“通道”而已。

          Framebuffer驅(qū)動程序的實(shí)現(xiàn)分為兩個(gè)方面:一方面是對LCD及其相關(guān)部分的初始化,包括畫在緩沖區(qū)的創(chuàng)建和對DMA通道的設(shè)置;另外一方面是對畫面緩沖區(qū)的讀寫,具體到代碼為read、write、lseek等系統(tǒng)調(diào)用接口。至于將畫面緩沖區(qū)的內(nèi)容輸出到LCD顯示屏上,則由硬件自動完成。對于軟件來說是透明的。當(dāng)對于DMA通道和畫面緩沖區(qū)設(shè)置完成后,DMA開始正常工作,并將緩沖區(qū)中的內(nèi)容不斷發(fā)送到LCD上。這個(gè)過程是基于DMA對于LCD的不斷刷新的;谠撎匦,framebuffer驅(qū)動程序必須將畫面緩沖區(qū)的存儲空間(物理空間)重新映射到一個(gè)不加高緩存和寫緩存的虛擬地址區(qū)間中,這樣能才保證應(yīng)用程序通過mmap將該緩存映射到用戶空間后,對于該畫面緩存的寫操作能夠?qū)崟r(shí)的體現(xiàn)在LCD上。

          在Qt/Embedded中,Qscreen類為抽象出的底層顯示設(shè)備基類,其中聲明了對于顯示設(shè)備的基本描述和操作方式,如打開、關(guān)閉、獲得顯示能力、創(chuàng)建GFX操作對象等。另外一個(gè)重要的基類是QGfx類。該類抽象出對于顯示設(shè)備的具體操作接口(圖形設(shè)備環(huán)境),如選擇畫刷、畫線、畫矩形、alpha操作等。以上兩個(gè)基類是Qt/Embedded圖形引擎的底層抽象。其中所有具體函數(shù)基本都是虛函數(shù),Qt/Embedded對于具體的顯示設(shè)備,如Linux的framebuffer、Qt Virtual Framebuffer做的抽象接口類全都由此繼承并重載基類中的虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)。圖2為Qt/Embedded中底層圖形引擎實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。

          對于基本的framebuffer設(shè)備,Qt/Embedded用QlinuxFbScreen來處理。針對具體顯示硬件(如Mach卡、Voodoo卡)的加速特性,Qt/Embedded從QlinuxFbScreen和圖形設(shè)備環(huán)境模板類QgfxRaster繼承出相應(yīng)子類,并針對相應(yīng)硬件重載相關(guān)虛函數(shù)。

          Qt/Embedded在體系上為C/S結(jié)構(gòu),任何一個(gè)Qt/Embedded程序都可以作為系統(tǒng)中唯一的一個(gè)GUI Server存在。當(dāng)應(yīng)用程序首次以系統(tǒng)GUI Server的方式加載時(shí),將建立QWSServer實(shí)體。此時(shí)調(diào)用QWSServer::openDisplay()函數(shù)創(chuàng)建窗體,在QWSServer::openDisplay()中對QWSDisplay::Data中的init()加以調(diào)用;根據(jù)QgfxDriverFactory實(shí)體中的定義(QLinuxFbScreen)設(shè)置關(guān)鍵的Qscreen指針qt_screen并調(diào)用connect()打開顯示設(shè)備(dev/fb0)。在QWSServer中所有對于顯示設(shè)備的調(diào)用都由qt_screen發(fā)起。至此完成了Qt/Embedded中QWSServer的圖形發(fā)生引擎的創(chuàng)建。當(dāng)系統(tǒng)中建立好GUI Server后,其它需要運(yùn)行的Qt/Embedded程序在加載后采用共享內(nèi)存及有名管道的進(jìn)程通信方式,以同步訪問模式獲得對共享資源framebuffer設(shè)備的訪問權(quán)。


         


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