基于Linux與Qt4的網絡數碼相框實現

童 凱，張紅雨

（成都電子科技大學 電子工程學院，四川 成都 611731）

在這個數字時代，數碼相機及各種電子拍照設備走入千家萬戶，越來越多的家庭都擁有自己美好的“數字回憶”，怎樣回顧這些讓人難忘的記憶呢？傳統的方式是將相片沖洗成實物，或者將數字資源上傳到PC觀看。但是這些數字資源往往數量巨大，沖洗成實物浪費資源，且使用起來極不方便。數碼相框以其便捷，可重復使用等特點，極大的滿足了人們在這一方面應用的需求。本設計提出了一種實現數碼相框的方案，并加強了網絡功能。

1 技術方案

目前數碼相機生產的圖片格式大多為.jpg文件，顯示這些圖片需要進行JPEG解碼處理，同時為了顯示的流暢性，對圖片處理實時性有較高的要求。結合功能需求與性價比考慮，選用低功耗、高性能的32位ARM處理器S3C2440。

基于ARM920T體系結構的S3C2440嵌入式微處理器具有如下特點：16／32bit處理字長，ARM920T內核，擁有MMU與CACHE，IIS總線控制器，LCD控制器，ADC控制器，最高工作頻率達到400MHz，運算能力為440MIPS，能夠勝任圖像的處理任務；LCD控制器、ADC控制器為使用觸摸屏設備提供了方便，簡化了外圍電路的設計[1]。所以，硬件部分采用在S3C2440基礎上構建的一個具有網絡功能的嵌入式平臺。

軟件部分選擇較新的Linux2.6.30操作系統，Linux操作系統屬于開源免費的，可大大降低產品的開發成本。Linux操作系統遵守GPL開發原則，可找到豐富的驅動程序源碼以及庫函數，該系統還支持TCP／IP協議棧，可以有效降低開發難度，縮短開發周期[2]。完全滿足Web數碼相框的設計要求。

Qt是一個使用廣泛的面向對象編程的跨平臺圖形界面開發工具，擁有豐富的類庫、清晰的開發文檔。Qt/Embedded的API和Qt的API有著類似的接口，但是有針對嵌入式開發的特點進行的改進，包括手寫識別、選擇板和虛擬鍵盤等等。本設計使用Qt的QFtp類實現FTP客戶端用于傳輸圖片，使用QPixmap和QPainter類實現圖片的顯示以及調整。

2 硬件設計

2.1 觸摸屏接口電路

觸摸屏接口電路主要包括兩部分，一是LCD顯示電路，二是 ADC轉換電路。本設計采用 480×272的 TFT LCD，S3C2440 LCD控制器能夠為TFT屏提供必要的控制信號，比如幀同步信號VFRAME，行同步信號 VLINE，時鐘信號VCLK等。圖2是LCD控制器的框圖，其中REGBANK是LCD控制寄存器組，包括了17個LCD控制寄存器以及一款256×16的調色板內存；LCDCDMA是其專用的DMA通道，可以自發地從總線上獲取圖片的數據；VIDPRCS將LCDCDMA中傳輸過來的數據轉換成特定的格式；TIMEGEN與LPC3600，LCC3600協調產生LCD屏所需的控制時序。S3C2440與LCD的硬件連線如圖3所示。

圖1 硬件系統方案圖Fig.1 Hardware system diagram

圖4 DM9000連線示意圖Fig.4 DM9000 connection diagram

圖2 S3C2440 LCD控制器框圖Fig.2 S3C2440 LCD controller

圖3 S3C2440與LCD的硬件連線圖Fig.3 S3C2440 with LCD’s hardware diagram

S3C2440提供了觸摸屏的觸控接口，向外提供4個控制信號引腳:nYPON、YMON 、nXPON、XMON，以及兩個中斷信號：INT_ADC，表示 AD轉換完成；INT_TC，表示觸摸屏被按下或拿起。通過這兩個信號的不同組合，可以表達出不同的觸摸動作，在應用程序端可以識別并進行處理。

2.2 網卡芯片DM9000接口電路

網絡接口設計采用目前常見的DM9000芯片。該芯片是一款高度集成的，低成本的單片快速以太網控制器，包含10M/100M物理層，16KB SDRAM以及通用的處理器接口，支持遠端喚醒。S3C2440與DM9000之間采用地址線和數據線復用的方式，使用CMD信號來分辨他們。DM9000的訪問基址為 0x20000000（BANK4的基址）。nOE、nWE 分別控制讀/寫操作使能。完成一次數據的讀寫產一個中斷信號，接到EINT7。網絡接口設計如圖4所示。

3 軟件設計

3.1 在S3C2440嵌入式平臺上搭建Linux系統簡介

Linux的低成本、強大的定制功能（內核可裁剪，網絡功能強大）以及良好的移植性能，使得Linux在嵌入式系統方面得到廣泛應用。搭建一個嵌入式linux系統通常需要以下幾個步驟：移植Bootloader；移植內核；構建根文件系統[3]。

3.1.1 移植Bootloader

使用Bootloader是為了在系統上電時，完成部分硬件設備的初始化，準備好軟件環境，最后調用操作系統。U-BOOT是一款常用的Bootloader，可以引導多種操作系統，支持多種架構的CPU。本設計采用的U-BOOT版本為1.1.6，主要完成的工作包括：修改SMDK2410板的系統時鐘、SDRAM時鐘設置方式，使其支持S3C2440芯片；新建nand_flash.c文件，修改對nand flash命令的支持，加入型號為 K9F1208U0B的nand flash的信息，添加配置的宏定義，然后在cpu/arm920t/s3c24x0/Makefile中的COBJS添加nand_flash.o項。

3.1.2 移植內核

內核移植的工作很多，這里只提出和本設計重點相關的幾個配置，配置LCD驅動寄存器；設置Bufferframe；添加對DM9000驅動的支持；選擇支持input子系統和yaffs子文件系統等，然后對該源碼進行針對目標平臺的交叉編譯（armlinux-），生成內核鏡像文件，最后將鏡像文件燒寫到目標平臺中。

3.1.3 構建根文件系統

根文件系統存放著Linux操作系統啟動必須的文件與程序，比如提供用于界面的shell程序，應用程序使用的庫，配置文件等等。通常使用工具集來構建根文件系統[4]。使用busybox工具集創建根文件系統主要包括以下步驟：獲取源代碼；配置，busybox中包含了數百個系統命令，嵌入式系統并不會完全使用到這些命令，可以篩選命令以減少根文件系統的大小；編譯，安裝；創建必要的目錄與文件，主要是etc目錄下對系統進行整體配置的文件inittab，默認啟動腳本rcS，掛載文件系統需要的fstab文件以及dev目錄下的設備文件。隨后使用mkyaffs2工具將整個根文件系統制作成yaffs映像文件。

3.2 Qt/Embedded編程

3.2.1 通過QFtp類實現FTP客戶端功能

QFtp類提供了實現FTP通信的底層函數：connectToHost（）， login（）， close（）， list（）， cd（）， get（）， put（）， remove（），mkdir（）， rmdir（）， rename（）和 rawCommand（），以異步方式工作，當某個操作不能立即執行完的時候，馬上返回繼續執行下一條指令，通過發送signals來對執行結果進行通知。使用時封裝一個自己的FtpWindow類，然后將QFtp類作為private成員，這樣就可以調用QFtp類中的底層函數來實現FTP 通信[5]。

在FtpWindow類的構造函數 FtpWindow::FtpWindow（）中設置GUI，設置好的客戶端界面如下所示：

圖5 FTP客戶端界面Fig.5 FTP client interface

然后通過信號與槽機制，設置按下各個功能按鈕后進行的操作。

connect （progressDialog， SIGNAL （canceled （））， this，SLOT（cancelDownload（）））；//取消下載

connect（connectButton， SIGNAL（clicked（））， this， SLOT（connectToFtp（）））；//連接 FTP 服務器

connect （cdToParentButton， SIGNAL （clicked （））， this，SLOT（cdToParent（）））；//返回上層目錄

connect （downloadButton， SIGNAL （clicked （））， this，SLOT（downloadFile（）））；//下載文件

connect （quitButton， SIGNAL （clicked （））， this， SLOT（close（）））；//退出

輸入ftp服務器地址，調用connectToFtp函數，創建一個新的QFtp對象ftp，使用信號與槽機制，關聯listInfo信號與addToList函數:

connect （ftp， SIGNAL （listInfo （QUrlInfo））， this， SLOT（addToList（QUrlInfo）））；

將輸入的服務器地址作為參數傳遞給QUrl對象，QUrl類含有對url地址進行解析的函數。它默認的ftp有效地址結構如下所示。

圖6 Ftp有效地址結構Fig.6 Ftp valid address structure

將解析出的參數傳遞給QFtp::connetToHost函數，連接主機。如果url中指定用戶名與密碼，使用QFtp::login（url.user（），url.password（））進行登錄。登錄后，QFtp::list（）將查詢服務器上的目錄，發出listInfo（const QUrlInfo&）信號觸發addToList函數為目錄下的每個文件及目錄創建一個QTreeWidgetItem對象，利用 QUrlInfo型參數對QTreeWidgetItem對象進行設置，完成后添加至FtpWindow::QTreeWidget對象filelist。在GUI界面就可以看到這些目錄項了。

當一個目錄項被雙擊時，將調用FtpWindow::processItem（），查詢isDirectory里關于該項的記錄，如果是目錄，就改變當前路徑，進入到新目錄，更新filelist。下載文件時，downloadFile（）函數使用 QFtp::get（）函數下載文件。FtpWindow::QTreeWidget對象獲取選定文件的文件名，在客戶端建立一個QFile對象使用該文件名作為參數，在本地目錄建立文件。

3.2.2 圖片顯示

Qt畫圖機制為屏幕顯示提供了統一的API接口，主要分為 3類：QPainter類，QPaintDevice類和 QPaintEngine類。QPainter類提供了畫圖操作的各種接口；QPaintDevie類提供了用于畫圖的空間，是所有可以用QPainter類進行繪圖的類的基類；QPaintEngine類類則是內部使用的抽象接口，是前面兩種類的橋梁[6]。

常用的畫圖容器有QPixmap，QImage。QPixmap是針對熒幕顯示圖像而設計并最佳化，依賴于所在平臺的原生繪圖引擎，所以一些效果的展現（比如反鋸齒），在不同的平臺上可能會有不一致的結果，并且無法提供個別像素的存取。QImage使用Qt自身的繪圖引擎，可在不同平臺上顯示相同的圖像效果，并可透過 setPixpel（）、pixel（）等方法，直接存取指定的像素。本設計采用的是QPixmap。

圖片顯示主要實現的功能包括：圖片顯示，縮放，翻轉。在圖片顯示主界面設置toolbar，設置相應功能的圖標，當我們按下這些圖標的時候，就可以通過信號與槽機制，調用到相應的功能函數，實現圖片的切換，縮放，翻轉功能。

顯示圖片：編譯Qt/Embedded時，在configure中指定我們需要顯示jpg，jpeg格式，就由Qt自身實現圖片的編解碼，而不需要借助第三方的軟件。調用QPainter::drawPixmap（int x，int y， int width， int height， const QPixmap&pixmap） 繪制需要的圖片，繪制時參數有多種。上述的參數表使用x，y指定顯示位置，width、height限定顯示的大小。可通過（QPixmap::load（））::size（）獲取加載圖片的尺寸可以進行優化設置。pixmap是繪圖容器，pixmap.load（）從本地文件夾里加載需要顯示的圖片。

縮放：在播放圖片的時候，會因為比例和分辨率的問題而導致圖片不能全屏顯示，為了更好的展示圖片的細節，設計了圖片縮放功能。本設計指定，每按一次放大/縮小按鈕，邊框變化10%。以放大為例：

圖7 pixmap縮放模式Fig.7 Pixmap scale mode

Qt::IgnoreAspectRatio:忽略長寬比，按指定的大小縮放；

Qt::KeepAspectRatio:保持長寬比，并讓圖片在指定外框內盡量縮放；

Qt::KeepAspectRatioByExpanding：保持長寬比，以邊框的最小長度作為寬度進行縮放。

圖片的翻轉通過改變QPainter的作圖坐標系實現，常規情況下，QPainter作圖參照的坐標系是顯示器上的像素點。通過 QPainter::rotate（qreal angle）函數實現翻轉，angle 大于 0，順時鐘方向旋轉；小于0，逆時針方向旋轉。

4 結束語

本設計方案是基于Qt/Embedded的一種網絡數碼相框實現，使用QT類實現了數碼相框顯示圖片的功能，另外，本設計可通過FTP客戶端從服務器端實時更新資源，解決了嵌入式產品內存小帶來的不便。使用Qt/Embedded做開發，擁有大量的可用庫和清晰的指導文檔，便于實現功能的擴展。

[1]Samsung.S3C2440A 32-Bit CMOS Microcontroller User’s Manual[C]//Revision 1 Publication Number:21-S3-C2440A-072004，2004.

[2]徐英慧，馬忠梅，王磊，等.ARM9嵌入式系統設計---基于S3C2410與Linux[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[3]天嵌科技.基于天嵌科技的SKY2440/TQ2440的Linux系統移植手冊V4.5.2010.6.5[EB/OL].http://www.armbbs.net/forum.php mod=viewthread&tid=630&extra=page%3D2.

[4]韋東山.嵌入式Linux應用開發完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[5]Jasmin Blanchette， Mark Summerfield.C ++ GUI Programming with Qt4[M].Pretice Hall Ptr，2007.

[6]周潔.基于Qtopia的數碼相框軟件開發 [J].華東交通大學學報，2012，29（2）:88-93.

ZHOU Jie.Digital album software development based on Qtopia[J].Journal of East China Jiaotong University，2012，29（2）:88-93.