周潔

（華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 南昌330013）

數(shù)碼相框作為數(shù)碼相機的衍生品，近年來備受市場青睞。但由于一直以來在嵌入式Linux上開發(fā)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序缺乏強大的開發(fā)環(huán)境，中低端的數(shù)碼相框產(chǎn)品無論是在支持媒體播放格式種類、功能還是圖形環(huán)境方面都有很大可改進(jìn)的空間。Qtopia的出現(xiàn)為使用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)的消費電子產(chǎn)品提供了開發(fā)圖形應(yīng)用程序的便捷手段，很大程度上解決了移動設(shè)備上開發(fā)應(yīng)用軟件的難題。研究在mini2440開發(fā)板上，通過基于Qtopia的嵌入式軟件開發(fā)，實現(xiàn)了一款能使用戶有較好使用體驗的數(shù)碼相框產(chǎn)品。

1 系統(tǒng)平臺介紹

數(shù)碼相框的硬件平臺采用友善之臂mini2440開發(fā)板。板上集成了三星主頻為400 MHz的高端微處理器S3C2440，64MB的SDRAM，128 MB的Nand Flash，2 MB的Nor Flash，以及一些常用的外設(shè)接口[1]。其中S3C2440采用ARM920T內(nèi)核，其低功耗、簡單、優(yōu)雅且全靜態(tài)設(shè)計非常適用于對成本和功耗敏感型的應(yīng)用。在軟件方面，使用Linux-2.6.32.2內(nèi)核，運行環(huán)境Fedora9，根文件系統(tǒng)為缺省安裝的文件系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)軟件由引導(dǎo)裝載程序（U-Boot）、設(shè)備驅(qū)動（包括幀緩沖frame buffer）、嵌入式Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)（YAFFS）以及基于QT/Embedded和Qtopia的應(yīng)用程序組成[2]，系統(tǒng)平臺軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)平臺軟件框架Fig.1 Software framework of system platform

2 Qt/Embedded和Qtopia體系結(jié)構(gòu)

目前基于嵌入式Linux的主流GUI系統(tǒng)主要包括MiniGUI、Microwindows、OpenGUI、Qt/Embedded，這些GUI在接口定義、體系結(jié)構(gòu)、功能特性存在很大差別，采取的技術(shù)路線也有所不同。MiniGUI是國內(nèi)研發(fā)的一款性能優(yōu)良、輕量級跨操作系統(tǒng)的嵌入式圖形用戶界面支持系統(tǒng)，采用了可伸縮的系統(tǒng)架構(gòu)，其建立在比較成熟的圖形引擎之上，如SVGALib和LibGGI，開發(fā)的重點在于窗口系統(tǒng)、圖形接口之上，但由于支持力量薄弱，其維護(hù)和再開發(fā)成本不可預(yù)計。MicroWindows與MiniGUI均為自由軟件，目前開發(fā)的重點在底層的圖形引擎之上，主要特色在于提供了類似X的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，它以較小的資源消耗、通用的幀緩沖技術(shù)、靈活的分層設(shè)計模式和豐富的API等特點獲得了廣泛的關(guān)注。由于其底層圖形引擎存在無任何硬件加速能力、算法低效、代碼質(zhì)量較差的問題，因此在窗口系統(tǒng)和圖形接口方面的功能還比較欠缺。OpenGUI性能穩(wěn)定，最底層是用匯編實現(xiàn)的快速圖形引擎,非常適合于基于X86平臺的實時系統(tǒng)。但由于其內(nèi)部使用私有API,因此在可移植性和可配置性的表現(xiàn)較差，并且不支持多進(jìn)程[3-5]。

Qt/Embedded是Trolltech公司開發(fā)的GUI開發(fā)工具Qt的嵌入式版本。Qt/Embedded類庫完全采用C++封裝，控件資源豐富，可移植性好。由于Qt/Embedded不依賴于XServer或者Xlib，直接調(diào)用幀緩沖進(jìn)行圖形繪制，節(jié)省了大量的系統(tǒng)資源，提高了效率。

Qtopia是一個基于Qt/Embedded的類似桌面系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境。作為一款面向嵌入式Linux的全方位應(yīng)用程序開發(fā)平臺，Qtopia不僅提供了用于個人信息管理、辦公、娛樂、Internet網(wǎng)絡(luò)交流的應(yīng)用程序，還為嵌入式應(yīng)用程序提供了開發(fā)庫[4]。從圖2所示的Qt/Embedded體系結(jié)構(gòu)可以看出GUI系統(tǒng)的圖形庫窗口組建都是由Qt/Embedded實現(xiàn)的。Qt/Embedded作為Qtopia的基礎(chǔ)類庫，為其提供了底層支持。Qtopia包含PDA和Phone兩個版本。本文所述的數(shù)碼相框應(yīng)用程序使用PDA這個版本進(jìn)行開發(fā)。

圖2 Qt/Embedded體系結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of Qt/Embedded system

3 Qtopia開發(fā)環(huán)境的搭建及其移植[7-9]

3.1 建立Qtopia開發(fā)環(huán)境

搭建編譯平臺是嵌入式GUI開發(fā)的必要工作。Qtopia的軟件開發(fā)環(huán)境主要包含嵌入式Linux操作系統(tǒng)、軟件開發(fā)工具鏈以及相關(guān)源碼包。本文的開發(fā)環(huán)境是在PC上安裝VMware Workstation 6.5.1和Fedora9，內(nèi)核版本為Linux-2.6.32.2，采用arm-linux-gcc-4.4.3交叉編譯器，源碼包為Qtopia-free-src-2.2.0。

由于Qtopia-2.2.0已經(jīng)包含了Qt/Embedded，tmake以及QtX11，因此只要把Qtopia-2.2.0源碼包安裝好，就不需要再單獨安裝這三個包了。其中tmake為跨平臺makefile生成器，QtX11為Qt開發(fā)工具包，包括：qvfb（虛擬幀緩沖）、moc（用于Qt C++擴(kuò)展的metra-object編譯器）、uic（用戶界面編譯器）、Qt designer（圖形設(shè)計器）等。

為了對Qtopia進(jìn)行交叉編譯，需要準(zhǔn)備如下的源碼包：

e2fsprogs-1.41.6.tar.gz：提供uuid支持，文件系統(tǒng)相關(guān)的庫。

jpegsrc.v6b.tar.gz：jpeg圖形編碼解碼程序庫。

libpng-1.2.16.tar.gz：png圖形編碼解碼程序庫。

tslib-1.4.tar.gz：觸摸屏中間件，提供濾波、去抖、校準(zhǔn)等功能。

zlib-1.2.3.tar.bz2：壓縮解壓程序庫。

3.2 Qtopia-2.2.0在S3C2440上的移植

移植步驟可分為：

1）Qtopia相關(guān)庫文件的編譯安裝

建立兩個目錄分別存放交叉編譯生成的動態(tài)鏈接庫文件和必要的頭文件。

mkdir/home/arm/lib

mkdir/home/arm/include

vim/etc/profile ；修改后需重啟才能生效

在pathmunge下一行添加

pathmunge/usr/local/arm/4.4.3/bin；交叉編譯器路徑

完成e2fsprogs、jpeg、png、tslib、zlib庫文件的交叉編譯安裝。特別要注意的是觸摸屏中間件tslib編譯時可能因為版本的不同有較大差別，對于tslib-1.3.tar.bz2，在編譯前要根據(jù)本身觸摸屏程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)修改defaulttseventtype變量的值，默認(rèn)為UCB1X00，使用該版本的tslib庫必須更改為H3600。而對于tslib-1.4.tar.gz版本，則不需修改，可直接在生成的配置文件ts.conf中選擇不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型。

2）使用下面的configure參數(shù)配置編譯安裝Qtopia。

./configure-qte'-embedded-no-xft-qconfig qpe-depths 16，32-system-jpeg-qt-zlib-qt-libpng-gif-no-g-exceptions-no-qvfb-xplatform linux-arm-g++-tslib’-qpe‘edition pda-displaysize 240x320-fontfamilies“helvetica fixed micro smallsmooth smoothtimes unifont”-xplatform linux-arm-g++-luuid’-qt2‘-no-opengl-no-xft’-dqt‘-no-xft-thread’

設(shè)置開發(fā)板環(huán)境變量：

export QPEDIR=/home/qtopia-home/nfs/arm-qtopia/qtopia-2.2.0/qtopia

export QTDIR=/home/qtopia-home/nfs/arm-qtopia/qtopia-2.2.0/qt2

export DQTDIR=/home/qtopia-home/nfs/arm-qtopia/qtopia-2.2.0/dqt

export TMAKEDIR=/home/qtopia-home/nfs/arm-qtopia/qtopia-2.2.0/tmake

export TMAKEPATH=$TMAKEDIR/lib/qws/linux-arm-g++

export PATH=$QPEDIR/bin：$QTDIR/bin：$DQTDIR/bin：$PATH

export LD_LIBRARY_PATH=$QPEDIR/lib：$QTDIR/lib：$TMAKEDIR/lib：$LD_LIBRARY_PATH

3）編譯安裝成功之后，必須將所有需要的庫文件拷貝到動態(tài)鏈接庫目錄（一般是安裝位置下面的lib目錄）。庫文件包括交叉編譯器中關(guān)于arm平臺的庫文件，之前交叉編譯安裝準(zhǔn)備的庫文件，支持Qtopia運行的庫文件。

4）將編譯生成的Qtopia安裝文件添加到根文件系統(tǒng)中，并燒寫至mini2440開發(fā)板上即完成了Qtopia到S3C2440上的移植。

4 數(shù)碼相框應(yīng)用程序開發(fā)

4.1 Qtopia功能裁剪

當(dāng)安裝完成Qtopi-2.2.0后，已經(jīng)具備了數(shù)碼相框基本的功能，包括：圖片的瀏覽、簡單的編輯、幻燈片播放圖片；音樂播放；視頻播放功能；各種界面設(shè)置功能，包括上網(wǎng)協(xié)議設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置、數(shù)碼相框界面設(shè)置（字體、背景、主題）；安全功能；音量調(diào)節(jié)；屏幕亮度調(diào)節(jié)；輸入方式設(shè)置。其余功能均為冗余，可以根據(jù)源碼目錄src中的general.pri進(jìn)行整體上的裁剪。方法如下：

接下來可以按自己的方式組織界面。找到源碼目錄或Qtopia安裝目錄下的apps文件夾，里面的每個文件夾對應(yīng)一個選項卡。在其中既可以通過建立目錄來增加選項卡，也可以通過刪除目錄來刪除選項卡。每個目錄下面的desktop文件對應(yīng)于某個選項卡下顯示的一個程序圖標(biāo)，文件內(nèi)容為程序圖標(biāo)的設(shè)置，而隱藏文件。directory用于設(shè)置選項卡屬性。

數(shù)碼相框軟件系統(tǒng)包括文件列表主界面、應(yīng)用程序主界面以及各功能界面。這些功能界面包括圖片瀏覽、文件管理、音樂、視頻、網(wǎng)絡(luò)等。各界面之間的切換和按鈕關(guān)系如圖3所示。

圖3 界面切換和按鈕的關(guān)系Fig.3 Relationship between interface switching and button

4.2 支持讀取SD卡的實現(xiàn)

數(shù)碼相框作為數(shù)碼相機的衍生品，必須要支持主流的半導(dǎo)體存儲卡，并能從中讀取圖像文件。以SD卡作為外部存儲介質(zhì)。由于Linux-2.6.32.2已經(jīng)自帶了S3C2440的SD卡驅(qū)動，因此只需在初始化代碼中加入SD平臺設(shè)備結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)SD卡自動掛載。在實現(xiàn)過程，SD卡曾一度不能正確識別，啟動時一直出現(xiàn)failed to get write protect的錯誤。由于SD卡側(cè)面移動的開關(guān)連接到了控制寫保護(hù)的引腳，因此有無寫保護(hù)其實就是檢查有無移動開關(guān)。在linux-2.6.32.2/drivers/mmc/host/s3cmci.c中應(yīng)添加如下代碼：

disable_irq（host->irq）； //在SDI未準(zhǔn)備好之前先屏蔽SDI的中斷功能

host->irq_state=false；

host->pdata->gpio_detect=S3C2410_GPG（8）；//設(shè)置GPG8為SD卡插入拔出的檢測

host->pdata->gpio_wprotect=S3C2410_GPH（8）；//設(shè)置GPH8為有無寫保護(hù)的檢測

4.3 文件管理器的實現(xiàn)

由于數(shù)碼相框的存儲介質(zhì)容量越來越大，必須通過有效的文件管理功能才能管理大量的文件。Qtopia-2.2.0本身不具有文件管理功能，但可以將Qtopia-1.7.0的文件管理器復(fù)制到目錄qtopia/src/applications/，在編譯工程文件qtopia/src/general.pri中添加filebrowser模塊，修改源碼使其具有搜索文件和文件夾的功能。添加搜索按鈕，并通過信號與槽函數(shù)顯示搜索界面。完成后設(shè)置好環(huán)境變量（source setQpeEnv），重新編譯安裝Qtopia即可。遞歸搜索文件及文件夾的部分關(guān)鍵代碼如下：

4.4 背景音樂的實現(xiàn)

背景音樂是通過移植madplay播放器以及相關(guān)庫文件，然后在源碼中添加相關(guān)調(diào)用和控制實現(xiàn)的。準(zhǔn)備的文件如下：

libid3tag-0.15.1b.tar.gz：MPEG音頻解碼器MAD中所捆綁的ID3標(biāo)簽操控庫

madplay-0.15.2b.tar.gz：音樂播放器主程序

libmad-0.15.1b.tar.gz：高精度MPEG音頻解碼庫

將上述文件放到madplay文件夾，并創(chuàng)建源碼目錄src-arm和安裝目錄target-arm，文件解壓至src-arm目錄，運行安裝腳本mymadplay.sh后，通過ls命令查看到target-arm目錄下包含bin.include.lib.man.share子目錄，其中l(wèi)ib中的文件就是madplay要調(diào)用的庫。將編譯生成的庫和bin目錄下的可執(zhí)行文件復(fù)制到安裝好的Qtopia中對應(yīng)的lib、bin目錄下，然后調(diào)用可執(zhí)行程序madplay即可實現(xiàn)背景音樂的設(shè)置。

4.5 支持漢字功能的實現(xiàn)[10]

具體實現(xiàn)步驟為：

1）進(jìn)入Qtopia源碼目錄，設(shè)置好環(huán)境變量source setQpeEnv。

2）增加編譯參數(shù)/configure-languages“zh_CN”，告知系統(tǒng)增加簡體中文支持。

3）make lupdate確保翻譯所必須的文件都存在而且是最新的，針對每種語言通過調(diào)整Qtopia的語言配置選項產(chǎn)生翻譯文件。

4）bin/nct_lupdate產(chǎn)生源代碼中無法找到的字符串的翻譯文件。

5）vim i18n/zh_CN/.directory

[Translation]

File=QtopiaI18N

Context=Chinese（MainLand）

[Desktop Entry]

Name[]=Chinese（MainLand）

make lupdate；再一次更新

cd i18n/zh_CN

6）打開翻譯窗體界面Linguist，將zh_CN目錄下所有ts文件全部翻譯并保存。在文件QtopiaDefaults.ts中，修改處，使其支持utf-8的字體格式。

7）在zh_CN目錄下執(zhí)行l(wèi)release*.ts，使每個ts文件生成對應(yīng)的qm文件供Qtopia調(diào)用，make lupdate再次更新。

8）在zh_CN目錄下面建立兩個空文件：QtopiaRingTones.ts，QtopiaThemes.ts，然后在Qtopia目錄下執(zhí)行make install，啟動時選擇支持中文。圖4，圖5為中英文界面對照。

圖4 英文界面Fig.4 English interface

圖5 中文界面Fig.5 Chinese interface

5 結(jié)語

消費電子類等嵌入式產(chǎn)品是否能讓用戶有更好的使用體驗關(guān)鍵在于人機交互技術(shù)的體現(xiàn)。Qtopia為基于嵌入式Linux的移動設(shè)備提供了一個很好的應(yīng)用程序開發(fā)平臺，本文通過Qtopia在mini2440開發(fā)板上的移植與應(yīng)用程序設(shè)計，快速開發(fā)出了一款高品質(zhì)的數(shù)碼相框圖形系統(tǒng)。

[1]廣州友善之臂計算機科技有限公司.Mini2440用戶手冊[EB/OL].（2011-04-21）[2012-01-09].http：//www.arm9.net/download.asp.

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

[3]唐浩，代少升.Qt/Embedded在S3C2440平臺上的移植與開發(fā)[J].電視技術(shù)，2010，34（10）：32-35.

[4]周恕義，徐曉亮，李曉勇.新型嵌入式多媒體系統(tǒng)架構(gòu)[J].計算機工程與應(yīng)用，2011，47（1）：64-66.

[5]涂春萍，甘嵐，張旭.基于Linux下MiniGUI的圖像處理GUI平臺設(shè)計[J].華東交通大學(xué)學(xué)報，2011，28（2）：55-59.

[6]解超，李善平.基于Linux 的嵌入式GUI[J].計算機工程與應(yīng)用，2003，39（9）：135-137.

[7]孫瓊.嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)詳解[M].北京：人民郵電出版社，2006：12-20.

[8]吳嫻.基于Qtopia的嵌入式軟件開發(fā)[J].計算機工程與設(shè)計，2006，28（21）：5190-5192.

[9]任善全，呂強，錢培德，等.一個基于Qt/Embedded的嵌入式Linux應(yīng)用程序的實現(xiàn)[J].計算機應(yīng)用與軟件，2006，23（2）：105-107.

[10]劉匯丹，芮建武，姚延棟，等.基于Qt的國際化圖形用戶界面設(shè)計與實現(xiàn)[J].中文信息學(xué)報，2006，20（4）：94-99.