Qt/Embedded在S3C2440平臺上的移植與開發*

唐 浩，代少升

（重慶郵電大學 信號與信息處理重點實驗室，重慶 400065）

1 引言

21世紀是后計算機時代，人們每天都會接觸很多的嵌入式產品，手機、PDA等手持式信息設備發展迅速。這些設備的關鍵在于人機交互技術的體現，所以一個十分友好的圖形用戶界面（GUI）是必不可少的。

目前嵌入式Linux的主流GUI系統主要有MiniGUI，MicroWindows，OpenGUI，Qt/Embedded 等[1]，這些 GUI 在接口定義、體系結構、功能特性等方面存在很大差別。MiniGUI具有良好的軟件架構，通過抽象層將其上層和底層操作系統隔離開來，開發的重點在于窗口系統，但由于支持力量比較薄弱，其維護和再開發成本不可預計。MicroWindows以較小的資源消耗、通用的幀緩沖（FrameBuffer）技術、靈活的分層設計模式和豐富的API支持等特點獲得廣泛的關注，但其圖形引擎無任何硬件加速能力，算法低效，代碼質量較差。OpenGUI基于用匯編語言實現的X86圖形內核，提供了高層的C/C++圖形/窗口接口，它的資源消耗小，但可移植性差，不支持多進程。

Qt/Embedded[2]是一個多平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架，易擴展，可移植性好，支持多個GUI平臺的交互開發。從個人消費電子到工業控制設備，Qt/Embedded被廣泛地應用于各種嵌入式產品和設備中。

2 Qt/Embedded的移植與開發

2.1 總體流程

Qt/Embedded是著名的Qt庫開發商Trolletch公司（2008年6月被諾基亞公司收購）開發的圖形化界面開發工具Qt的嵌入式版本。Qt/Embedded采用Server/Client結構，延續了Qt在X上的強大功能，在底層摒棄了Xlib，僅采用FrameBuffer作為底層圖形接口。同時將外部輸入設備抽象為keyboard和mouse輸入事件，底層接口支持鍵盤、鼠標、觸摸屏以及用戶自定義的設備等[3]。

Qt/Embedded的類庫完全采用C++封裝，控件資源豐富，可移植性較好，開放的源碼使得開發人員可以在GPL許可協議下自由地進行嵌入式GUI應用程序的移植與開發。Qt/Embedded移植與開發總體流程如圖1所示。

2.2 系統平臺的介紹

筆者采用廣州友善之臂公司設計的Micro2440開發板作為硬件平臺，該開發板由核心板與底板組成。核心板上集成了三星公司400MHz的微處理器S3C2440，64Mbyte的SDRAM，64Mbyte NAND Flash以及2Mbyte NOR Flash。底板上則集成了一些常規外設接口。在軟件方面，使用Linux-2.6.13穩定內核的操作系統，根文件系統為缺省安裝的文件系統，采用基于arm-linuxgcc-3.4.1的函數庫。

整個系統軟件由引導裝載程序（U-Boot）、設備驅動（包括幀緩沖）、嵌入式 Linux內核、文件系統（YAFFS）以及基于 Qt/Embedded的應用程序組成[4]。系統平臺結構如圖2所示。

3 Qt/Embedded開發環境的搭建及其移植[5-7]

搭建編譯平臺是嵌入式GUI的必要工作。Qt/Embedded的軟件開發環境主要包括嵌入式Linux操作系統、軟件開發工具鏈以及相關源碼包。本文的開發環境是在個人PC上安裝VMware Workstation 6.5.1和Red Hat Linux 9.0操作系統，內核版本是2.6.13，與目標板上運行的版本一致。采用的交叉編譯器為armlinux-gcc-3.4.1，源碼包為qt-embedded-linux-opensource-src-4.5.3和 qt-x11-opensource-src-4.5.3。

3.1 X11虛擬環境搭建

在PC機上編譯好的qt-x11可以生成Qt開發工具，如用戶界面編譯器（UIC）與虛擬幀緩沖服務器（QVFB），作為交叉編譯環境的支持。虛擬環境搭建過程如下：

1）在PC平臺文件系統中建立工具包目錄，將源碼包分別用tar命令解壓并放置其中。

2）進入qt-x11目錄，在終端鍵入./configure命令對qt-x11安裝環境進行配置，根據源碼包配置選項和系統情況生成makefile文件，為make做準備。

3）配置完成以后，鍵入make命令，從makefile中讀取指令進行編譯，用來創建庫文件，編譯例程和指南，需要等待一段比較長的時間。

4）編譯完成之后，進入tools目錄下的qvfb目錄，鍵入make對其進行編譯。最后回到qt-x11目錄，鍵入make install進行安裝。

5）make install完成之后，會在/usr/local目錄下生成一個Trolltech目錄，這就是qt-x11-opensource-src-4.5.3安裝后所在目錄。將/usr/local/qt/qt-x11-opensource-src-4.5.3/tools/qvfb目錄下的qvfb相關文件拷貝到/usr/local/Trolltech/Qt-4.5.3/bin目錄下。至此X11環境就搭建好了。

3.2 交叉編譯環境實現

通過qt-x11提供的庫和開發工具，可以進行Qt應用程序的開發，但是若需要在目標板上運行該程序，則還需使用qt-embedded庫對該程序進行交叉編譯，才能得到在ARM平臺上運行的可執行程序。這就需要搭建qt-embedded交叉編譯環境，其實現過程如下：

1）安裝交叉編譯器。工具包目錄中鍵入tar xvzf arm-linux-gcc-3.4.1.tgz-C/，執行該命令將arm-linuxgcc安裝到/usr/local/arm/3.4.1。然后設置路徑變量，修改/etc/profile文件，在最后一行添加export PATH=/usr/local/arm/3.4.1/bin:$PATH。

2）進入qt-embedded目錄，鍵入./configure-embedded arm-xplatform qws/linux-arm-g++-depths 4，8，16，32，配置參數指定 ARM 平臺，并支持 4，8，16，32 位的顯示顏色深度。

3）使用make命令進行編譯，用來生成qt-embedded庫。

4）使用make install進行安裝。完成后，qt-embe-dded被安裝在/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3目錄下。

3.3 移植Qt/Embedded到S3C2440

Qt/Embedded應用程序在S3C2440平臺上的運行需要有qt-embedded庫支持。在開發板的根目錄下新建如下目錄：

/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3/bin//安裝運行庫文件

/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3/lib/fonts//安裝字體庫文件

把PC上對應目錄下交叉編譯后生成的qtembedded庫文件和字體文件，分別拷貝到上述目錄中。注意，運行庫文件一般只拷貝libQtGui.so.4，libts-0.0.so.0，libQtCore.so.4，libQtNetwork.so.4，如果文件是到共享庫的鏈接文件，則把該共享庫也要拷貝上，字體庫則需拷貝一種就可以了。設置開發板環境變量：

export QTDIR=/usr/local/Trolltech/QtEmbbed-4.5.3

export QPEDIR=/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3

export PATH=$QTDIR/bin:$PATH

export LD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH

4 Qt/Embedded應用程序開發實例

Qt是一個創建GUI程序的C++類庫，編寫Qt應用程序的主要工作是基于已有的Qt類去編寫用戶類。筆者以發布一個圖片瀏覽工具（ImgViewer）為例，簡單地介紹Qt/Embedded應用程序的開發過程。

4.1 Qt/Embedded開發工具

強大的工具支持是進行Qt/Embedded圖形用戶開發的優勢所在。除了前面提到的QVFB和UIC工具外，Qt designer（圖形設計器）工具為GUI窗口組建，提供了一種可視化的設計能力，非常方便高效；qmake工具能為不同平臺的開發項目創建makefile配置文件；編程助手assistant能隨時隨地給編程帶來幫助。

筆者采用Qdevelop4.4.3來編寫Qte程序。Qdevelop是一個跨平臺集成開發環境，完全致力于Qt4的開發。

4.2 Qt/Embedded程序文件編寫

Qt/Embedded源程序一般應該包含以下文件：1個主程序文件（main.cpp）、多個源程序文件（source.cpp）與對應的頭文件（source.h）以及用來生成makefile的項目文件（.pro）。在本次開發中，并沒有使用Qt designer來進行可視化窗口設計，完全借助Qdevelop純代碼進行編寫，這樣能更好地體會Qt/Embedded GUI設計的精髓所在。基本操作步驟如下：

1）編寫頭文件imgviewer.h。在Qdevelop中新建工程imgviewer.pro，并添加頭文件imgviewer.h。頭文件定義了實例中需要用到的各種窗體控件，包括菜單（QMenu）、工具條（QtoolBar）、動作（Qaction）以及各種操作的槽函數（slots）。

2）編寫源文件imgviewer.cpp。源文件中設置了字體，規定了窗口屬性，并且創建了動作、菜單和工具條等一系列的實現函數。這里會接觸到Qt最重要的特性：信號與槽機制（signal&slot）。信號與槽機制提供了任意兩個Qt對象之間的通信機制，信號會在某個特定情況或動作下被觸發，槽是用于接收并處理信號的函數。其常用格式為 bool QObject::connect（Object1，SIGNAL（signal1），Object2，SLOT（slot）），以及與這個函數對應的disconnect函數，可以將信號和槽斷開連接。下面介紹一段簡單的程序，該程序設置了打開單個文件這一動作：

openFileAction=new QAction（QIcon（":/images/openfile.png"）,tr（"Open"），this）；//創建一個 Open 動作，并調用openfile.png圖標，圖標位于資源庫images文件夾下。

openFileAction->setStatusTip（tr（"Open File"））；//設置該圖標的狀態提示為"Open File"。

connect（openFile-Action，SIGNAL（triggered（）），this，SLOT（slotOpenFile（）））；//連接信號與槽，觸發 openFileAction這一動作時，將進行slotOpenFile（）這一過程的處理。

3）編寫主函數main.cpp。Qt/Embedded應用程序應該包含一個主函數，該函數是應用程序的入口點。結合imgviewer.h和imgviewer.cpp，可以看到所有應用程序開發主函數main.cpp編寫的框架結構：

#include"imgviewer.h"

#include

//QApplication包含了Qt圖形化應用程序的各種資源、基本設置、控制流以及事件處理等。若是Qt的非圖形化應用程序，則需包含：

4）生成makefile文件及編譯鏈接生成可執行文件。借助qmake工具可以生成makefile文件，實現過程為：qmake-o Makefile imgviewer.pro。然后在命令行下輸入make命令對整個工程進行編譯，就能生成X86架構的二進制文件，這便是QVFB能執行的應用程序。如果再用Qt/Embedded的庫對整個工程進行交叉編譯鏈接，就能得到在S3C2440平臺上運行的可執行文件。

4.3 結果發布及測試

將交叉編譯好的可執行程序imgviewer拷貝進開發板/usr/local/Trolltech/QtEmbedded-4.5.3/bin目錄下，在終端下鍵入./imgviewer，即可運行程序。運行結果見圖3。

5 小結

嵌入式技術的關鍵在于人機交互技術的體現，基于Qt/Embedded的GUI為嵌入式Linux系統用戶提供了良好的使用和交互環境。筆者通過一個簡單的應用程序，對Qt/Embedded在S3C2440平臺下的移植與開發進行了詳細介紹，為類似的GUI程序開發提供了一個參考。

[1]AHN S H，SUL D M，CHOI S C，et al.Implementation of lightweight graphic library builder for embedded system[C]//Proc.The 8th International Conference on Advanced Communication Technology.Phoenix，USA： IEEE Press，2006：166-168.

[2]Trolltech.Online reference documentation[EB/OL].[2010-05-05].http：//doc.trolltech.com/.

[3]梅寬勤.基于Qt/Embedded的圖像用戶界面移植[D].上海:復旦大學，2007.

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

[5]孫瓊.嵌入式Linux應用程序開發詳解[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[6]成潔，盧紫.Linux窗口程序設計[M].北京：清華大學出版社，2008.

[7]BLANCHETTE J，SUMMERFIELD M.C++GUIQt 4編程[M].2版.閆鋒欣，曾泉人，張志強，譯.北京:電子工業出版社，2008.