基于DSP+ARM雙處理器構架實現(xiàn)Qtopia Core應用程序的開發(fā)設計

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(yōu)勢，而深受嵌入式開發(fā)者的青睞，在消費類電子產(chǎn)品和工業(yè)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(fā)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(wěn)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(tǒng)。 Qtopia Core的前身是 Qt/Embedded，繼承了Qt 4的功能與優(yōu)點，擁有與桌面系統(tǒng)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(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，但在其內部實現(xiàn)上作了很多出色的調整來適應硬件有所限制的嵌入式環(huán)境。Qtopia Core包含多個 Qt工具，可以進行快速和優(yōu)化開發(fā)，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(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 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(qū)域，并產(chǎn)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(xiàn)，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(xiàn)，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(qū)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(fā)生時，一個被指定的信號就被發(fā)射，槽則是響應信號的函數(shù)，如果存在一個槽和該信號相連接，那在該信號被發(fā)射后，這個槽就會立刻執(zhí)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(chuàng)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(shù)進行處理。

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(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(xié)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(zhí)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(shù)中打開的設備文件節(jié)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(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，程序和庫默認會安裝到 /usr/local/Trolltech/QtopiaCore-4.3.2-arm目錄下。設置環(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應用程序，生成可運行在 ARM平臺的二進制可執(zhí)行文件。

3.3構建根文件系統(tǒng)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(tǒng)，也可對開發(fā)板上原有的文件系統(tǒng)進行剪裁和修補。此處利用原有的文件系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(zhí)行，需要設定系統(tǒng)的運行環(huán)境，將以下環(huán)境變量寫入目標文件系統(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)啟動后能夠自動運行，還需在目標文件系統(tǒng)/usr/etc/rc.local腳本文件中，添加應用程序的路徑和執(zhí)行命令：

exec /apps/harmonic -qws

此時在開發(fā)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(tǒng)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(shù)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(xiàn)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(fā)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(fā)其上的圖形用戶界面程序，系統(tǒng)采用了 DSP+ARM雙處理器構架的設計模式，通過串口通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)同工作?；?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(shù)據(jù)，并加以計算分析和統(tǒng)計，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(zhí)行起來耗時的任務如數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)讀取線程在編程實現(xiàn)上主要是依靠Linux系統(tǒng)提供的 termios結構對串口屬性參數(shù)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(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類實現(xiàn)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(tǒng)計后發(fā)送至顯示線程。數(shù)據(jù)顯示線程通過子類化 Qtopia Core提供的相應的窗體控件，重新實現(xiàn)其繪制事件處理器 paintEvent（）虛函數(shù)，在函數(shù)中創(chuàng)建并調用 QPainter類變量實現(xiàn)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(fā)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(fā)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(tǒng)，嵌入式 Linux系統(tǒng)下的 GUI應用程序開發(fā)也越來越深入。開發(fā)出優(yōu)秀的的人機界面，是嵌入式發(fā)展的趨勢，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)中的應用程序開發(fā)更加便捷。

本文的創(chuàng)新點是：詳細講述了 Qtopia Core圖形系統(tǒng)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(xiàn)了嵌入式電力諧波檢測設備的系統(tǒng)界面，其界面友好、運行穩(wěn)定，為其他嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)和應用提供一個參考。

責任編輯：gt