基于嵌入式Linux系統(tǒng)下Mini GUI的移植方法與過程詳解

近幾年，嵌入式 Linux 系統(tǒng)已得到廣泛的應用，相應的圖形用戶界面的開發(fā)也日趨重要，MiniGUI正是其中的一個輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。本文分析了嵌入式操作系統(tǒng)下圖形用戶界面MiniGUI 的結構和特點，描述了將MiniGUI在ARM Linux下的移植方法與過程，并對這種基于MiniGUI的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)做了展望。

0前言

近年來隨著嵌入式設備與市場需求的廣泛結合，手機、PDA等產(chǎn)品的應用對可視化操作界面的簡潔和方便提出了更高的要求，這都需要一個穩(wěn)定可靠的高性能GUI系統(tǒng)來提供支持。圖形用戶界面（Graphic User Interface，簡稱GUI）的廣泛流行是當今計算機技術的重要成就之一，它極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口、菜單方便地進行操作。嵌入式系統(tǒng)對GUI的基本要求包括有輕型、占用資源少、高性能、高可靠性以及可配置等。MiniGUI是目前比較常用的幾種GUI系統(tǒng)之一，與其他的GUI相比，MiniGUI最顯著的特點就是輕型、占用資源少，而且在這幾年的發(fā)展里，MiniGUI已經(jīng)非常成熟和穩(wěn)定了，在許多產(chǎn)品和項目中都已得到了實際應用。

1 MiniGUI的特點和體系結構

1. 1 MiniGUI的特點

MiniGUI是由原清華大學教師魏永明主持開發(fā)的輕量級圖形系統(tǒng)，是一種面向嵌入式或?qū)崟r系統(tǒng)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。它遵循GPL公約，是基于SVGALib及LinuxThread庫的多窗口GUI支持系統(tǒng)。能跨多種操作系統(tǒng)，主要運行于linux及一切具有POSIX線程支持的POSIX兼容系統(tǒng)，包括普通嵌入式Linux、eCos、uC/OS-II、VxWorks等系統(tǒng)，是國內(nèi)最早的自由軟件之一。

MiniGUI的主要特點有：（1） 遵循GPL條款的純自由軟件；（2） 提供了完備的多窗口機制；（3） 多字符集和多字體支持，目前支持ISO8859-1、GB2312及Big5等字符集，并且支持各種光柵字體和TrueType、Type1等矢量字體；（4） 全拼和五筆等漢字輸入法支持；（5） BMP、GIF、JPEG及PCX等常見圖像文件的支持；（6） Windows的資源文件支持，如位圖、圖標、光標、插入符、定時器及加速鍵等；（7） 可移植性好。

1.2 MiniGUI的體系結構

1.2.1多線程的分層設計

從整體結構上看，MiniGUI是分層設計的，結構如圖１所示。在最底層，GAL（圖形抽象層）和IAL（輸入抽象層）及鼠標和鍵盤的驅(qū)動；中間層是MiniGUI的核心層，包括窗口系統(tǒng)必不可少的各個模塊；最頂層是API，即編程接口。GAL和IAL為MiniGUI提供了底層的Linux控制臺或者X Window上的圖形接口以及輸入接口，而Pthread用于提供內(nèi)核級線程支持的C函數(shù)庫。利用GAL和IAL，大大提高了MiniGUI的可移植性，并且使程序的開發(fā)和調(diào)試變得更加容易。

MiniGUI本身運行在多線程模式下，它的許多模塊都以單獨的線程運行，同時，MiniGUI還利用線程來支持多窗口。從本質(zhì)上講，每個線程有一個消息隊列，消息隊列是實現(xiàn)線程數(shù)據(jù)交換和同步的關鍵數(shù)據(jù)結構。一個線程向消息隊列中發(fā)送消息，而另一個線程從這個消息隊列中獲取消息，同一個線程中創(chuàng)建的窗口可共享同一個消息隊列。一個線程向消息隊列中發(fā)送消息，而另一個線程從這個消息隊列中獲取消息，同一個線程中創(chuàng)建的窗口可共享同一個消息隊列。利用消息隊列和多線程之間的同步機制，可以實現(xiàn)下面要講到的微客戶/服務器機制。

1.2.2微客戶/服務器結構

在多線程環(huán)境中，與多進程間的通訊機制類似，線程之間也有交互和同步的需求。比如， 用來管理窗口的線程維持全局的窗口列表， 而其他線程不能直接修改這些全局的數(shù)據(jù)結構， 而必須依據(jù)“先來先服務”的原則，依次處理每個線程的請求，這就是一般性的客戶/服務器模式。MiniGUI利用線程之間的同步操作實現(xiàn)了客戶線程和服務器線程之間的微客戶/服務器機制。

2開發(fā)環(huán)境

H2410EB開發(fā)板由北京恒頤高科技術有限公司設計開發(fā)，它基于Samsung公司的S3C2410A20嵌入式ARM處理器。S3C2410A20內(nèi)嵌 ARM920T 核，帶有全性能的MMU，具有高性能、低功耗、低成本、小體積等優(yōu)點，適用于手持設備、汽車等領域。

H2410EB除帶有大容量的SDRAM和Flash以外，還擴展了RS-232C串行接口、10Mbps以太網(wǎng)接口、觸摸屏接口、音頻輸入/輸出接口、USB Host、USB Slave、UART接口、IIC接口、用戶自定義鍵盤、LCD顯示器，方便用戶使用和進行參考設計。它支持嵌入式Linux操作系統(tǒng)的運行，支持MP3/MPEG播放、GUI、Web 服務及其它服務，同時可根據(jù)用戶需求開發(fā)特定軟件與設備驅(qū)動程序。

操作系統(tǒng)采用裁減后的Linux，Linux Kernel版本為v2.4.18，系統(tǒng)使用的交叉編譯器是arm-Linux-gcc。另外，還有驅(qū)動程序源碼和測試程序源碼等代碼模塊。

3 MiniGUI的移植

本文中使用的主機系統(tǒng)為Red Hat Linux 9.0，移植目標系統(tǒng)為Linux2.4.18，MiniGUI的版本是1.6.9。在主機上交叉編譯MiniGUI鏈接庫，然后將針對目標機編譯的庫文件，與根文件系統(tǒng)一起燒寫到目標板的RAM空間，以后將運行在目標板上的圖形用戶界面直接鏈接到該庫，脫離主機獨立運行。

3.1 Linux交叉編譯環(huán)境的構建

GUI的編譯通常都是在PC機上執(zhí)行的，也就是說，編譯器本身能夠在PC機上執(zhí)行，同時編譯源代碼生成的二進制文件必須能在目標機上執(zhí)行，這類編譯器通常稱為交叉編譯器。對于ARM平臺，我們安裝了cross-arm-binutils-2.10-1.i386.rpm、cross-arm-gcc-2.95.3-2.i386.rpm、cross-arm-glibc-2.1.3-2.i386.rpm這三個包。這些包都可以從網(wǎng)上免費獲取。arm-binutils這個包一般包含了一些針對ARM平臺的二進制工具，比如arm-strip、arm-ar等命令；arm-glibc這個包包含的是標準C的函數(shù)庫的ARM的版本以及對應的頭文件；arm-gcc中包含的則是生成ARM平臺代碼的x86上的交叉編譯器。執(zhí)行rpm命令將這些包安裝到PC機上，若不在系統(tǒng)默認搜索目錄下，則必須將安裝目錄加到系統(tǒng)的PATH環(huán)境變量中，這樣在每次編譯時系統(tǒng)才能找得到編譯器。

以root用戶登陸Linux系統(tǒng)，在主機上用rpm指令安裝交叉編譯工具，arm-linux-gcc將被安裝到/usr/local/arm/2.95.3/下面。此時，gcc為 /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-gcc，而它的include為 /usr/local/arm/2.95.3/arm-linux/include，對應的lib為 /usr/local/arm/2.95.3-/arm-linux/lib。然后，在你的bashrc 中添加環(huán)境變量即可。執(zhí)行vi .bashrc，最后一行加入：export PATH=$PATH:/usr/local/arm/2.95.3/bin路徑，保存退出后執(zhí)行source .bashrc。

另外需要注意的是，編譯時所用的函數(shù)庫版本要與目標版上運行時所用的函數(shù)庫版本一致。經(jīng)過上述步驟，就已經(jīng)建立了交叉編譯環(huán)境，接下來的就是進行MiniGUI的選項配置和交叉編譯。

3.2 MiniGUI的配置和交叉編譯

我們可以從網(wǎng)上免費得到MiniGUI-1.6.9的資源文件壓縮包，MiniGUI1.6.9的源程序包包括以下三個部分：libminigui-1.6.9.tar.gz－MiniGUI函數(shù)庫源代碼；miniguires-1.6.9.tar.gz－MiniGUI所使用的資源，包括基本字體、圖標、位圖、輸入法等；mde-1.6.9.tar.gz－MiniGUI的綜合演示程序。

3.2.1 MiniGUI函數(shù)庫的安裝和編譯

進入目錄libminigui-1.6.9，再運行。/configure腳本：CC= arm-linux-gcc\ 。/configure --prefix=/mnt/nfs/local\ --build=i386-linux\ --host=arm-linux\ --target=arm-linux\ --disable-lite\ --disable-micemoveable\ --disable-cursor\

在這里，CC是用來指定所使用的編譯器，arm-linux-gcc即為安裝到主機上的交叉編譯工具。另外，－－prefix為MiniGUI函數(shù)庫的安裝目標路徑；－－build是指執(zhí)行編譯的主機；－－h(huán)ost交叉編譯后的程序?qū)⑦\行的系統(tǒng)；－－target是運行該編譯器所產(chǎn)生的目標文件的平臺；－－disable－lite建立MiniGUI-Threads版本的應用程序；－－disable－micemoveable禁止窗口移動；－－disable－cursor由于系統(tǒng)采用觸摸屏，所以用此選項用來關閉鼠標光標顯示。

如果運行。/configure腳本成功通過，就可繼續(xù)進行下面的編譯了，執(zhí)行make和make install命令編譯安裝libminigui。這里要注意的是，執(zhí)行make install命令時要切換到Root用戶權限下，不然安裝時沒法把文件裝到指定目錄下。安裝成功后，MiniGUI 的函數(shù)庫和頭文件以及配置文件等資源將被安裝到/usr/local/arm/2.95.3/arm-linux/目錄中，具體情況為：函數(shù)庫被裝在lib/ 子目錄中；頭文件被裝在include/ 子目錄中；手冊被裝在man/ 子目錄中；配置文件被裝在etc/ 子目錄中。

3.2.2 MiniGUI資源的編譯安裝

主機上解壓資源文件：tar zxf miniguires-1.6.9.tar.gz，可生成miniguires-1.6.9目錄。在安裝之前先要修改目錄中的configure.linux文件，執(zhí)行vi configure.linux打開文件，把prefix選項部分的默認值 /usr/local/ 改為 /usr/local/arm/2.95.3/arm-linux/，這樣運行make install安裝命令后MiniGUI資源將被安裝到目標系統(tǒng)中的/usr/local/arm/2.95.3/arm-linux/lib/minigui-/res的目錄下。

3.2.3 實例程序的編譯安裝

解壓mde-1.6.9.tar.gz并進入該目錄，修改目錄下配置文件configure.in，把其中的AC_CHECK_HEADERS（minigui/commmon.h， have_libminigui=yes， foo=bar）中的minigui/-commmon.h改為$prefix/include/minigui/common.h，來指定交叉編譯時搜minigui的頭文件路徑，防止編譯時系統(tǒng)找不到頭文件；在所有LIB=“$LIB后加入–L{prefix}/lib來指定編譯時所需要庫文件的路徑。并將libpopt-dev-arm-cross-1.6.tgz解壓所生成的頭文件和庫文件分別放入目標目錄的include和lib中，用以支持mde中程序在ARM下的交叉編譯。然后執(zhí)行。/autogen.sh，重新生成configure腳本，使用上面配置的腳本然后執(zhí)行make命令，即可完成實例程序的編譯。

4拷貝MiniGUI資源到開發(fā)板

編譯完MiniGUI和實例程序之后，需要把MiniGUI庫、資源和應用程序拷貝到為目標機器準備的文件系統(tǒng)目錄中，然后生成文件系統(tǒng)映像，再下載到目標板上運行?？梢酝ㄟ^串口、USB口或以太網(wǎng)口將文件系統(tǒng)映像下載到目標機器中。在執(zhí)行程序之前，還有一件重要的事情要做，就是在開發(fā)板上的Linux中配置好MiniGUI的運行環(huán)境。

5板載Linux的環(huán)境配置

MiniGUI可以使用多種圖形引擎進行圖像顯示，有qvfb、SVGALib、LibGGI等等，當然也可以自己編寫一個圖形引擎供MiniGUI使用。這里我們使用qvfb來作為MiniGUI的圖形引擎進行圖像顯示。qvfb（vitural framebuffer）是在宿主機上模擬幀緩沖的，它是X Window用來運行和測試應用程序的系統(tǒng)程序，使用了共享存儲區(qū)域（虛擬的幀緩沖）來模擬幀緩沖并且在一個窗口中模擬一個應用來顯示幀緩沖。

首先對qvfb進行安裝，可以從網(wǎng)上下載，下載下來后進行解壓：tar zxf qvfb-1.0.tar.gz并進入到qvfb-1.0目錄，執(zhí)行。/configure腳本后即可用make和make install命令進行編譯安裝。

更改MiniGUI的配置文件MiniGUI.cfg設置設備驅(qū)動程序，設置顯示區(qū)域及字體等內(nèi)容。修改/usr/local/etc目錄下的配置文件MiniGUI.cfg，將其中的驅(qū)動引擎gal_engine和ial_engine設置為qvfb，再將其中qvfb的defaultmode設置為合適的顯示模式。然后把qvfb加到可執(zhí)行路徑中去，執(zhí)行vi .bashrc命令，在 .bashrc最后面加上export PATH=/usr/local/arm/2.95.3/bin -：$PATH，保存退出后用source .bashrc命令執(zhí)行一下即可。

在X Window中，打開一個終端仿真程序，執(zhí)行qvfb &命令。在qvfb中選中File Configure，將qvfb設置成嵌入式開發(fā)系統(tǒng)的液晶屏的大小。合理設置MiniGUI的配置文件后，接著就可以運行MiniGUI應用程序了。

執(zhí)行應用程序順利的話，屏幕上可以看到程序的運行界面。至此，MiniGUI已經(jīng)成功移植到目標系統(tǒng)上。此后，我們可以根據(jù)需要，繼續(xù)修改MiniGUI庫函數(shù)及各種資源，并且編寫自己的應用程序，使圖形用戶界面更加完善。

6結束語

隨著嵌入式產(chǎn)品應用領域的日益增長，開發(fā)出優(yōu)秀的人機交互界面，是嵌入式發(fā)展的趨勢，擁有廣闊的市場前景。MiniGUI可以穩(wěn)定可靠的運行在Linux系統(tǒng)下，通過上述具體的移植和后續(xù)的MiniGUI下嵌入式軟件的開發(fā)過程，能快速構建一個嵌入式可視化軟件系統(tǒng)，相信這種嵌入式系統(tǒng)將會得到越來越多的應用。