嵌入式Linux中Qt/Embedded的應(yīng)用

隨著嵌入式Linux應(yīng)用的不斷發(fā)展，嵌入式處理器運算能力的不斷增強，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）早期是一個第三方的開源項目，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公司的遠程公交信息系統(tǒng)。圖1為Qt/Embedded的實現(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。這就極大地縮短了應(yīng)用軟件的開發(fā)時間，擴大了Qt/Embedded的應(yīng)用范圍。

　　在代碼設(shè)計上，Qt/Embedded巧妙地利用了C++獨有的機制，如繼承、多態(tài)、模板等，具體實現(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，代碼補丁較多，風(fēng)格稍顯混亂。

　　1．1 Qt/Embedded的圖形引擎實現(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DMA可以自動從一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隊列中取出并裝入新的參數(shù)，直到整個隊列中的DMA操作都已完成為止。另外一個DMA與畫面緩沖區(qū)相關(guān)，這部分由兩個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DMA組成的一個“通道”而已。

　　Framebuffer驅(qū)動程序的實現(xiàn)分為兩個方面：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。這個過程是基于DMA對于LCD的不斷刷新的�；�于該特性，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)實現(xiàn)。圖2為Qt/Embedded中底層圖形引擎實現(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Qt/Embedded程序都可以作為系統(tǒng)中唯一的一個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，將建立QWSServer實體。此時調(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，其它需要運行的Qt/Embedded程序在加載后采用共享內(nèi)存及有名管道的進程通信方式，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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