基于ARM的嵌入式藏文電子閱讀器的設計與實現

童英華，耿生玲

（青海師范大學 計算機學院，青海 西寧　810008）

基于ARM的嵌入式藏文電子閱讀器的設計與實現

童英華，耿生玲

（青海師范大學 計算機學院，青海 西寧810008）

為推動民族文字信息化的發展，利用ARM9嵌入式開發平臺，通過擴展SDRAM模塊、USB模塊、以太網控制模塊和觸摸屏模塊，結合QT技術，設計了一款嵌入式藏文電子閱讀器。論文給出了系統的總體架構，硬件實現原理框圖及軟件設計流程。實驗結果表明，該系統成功實現了全藏化的閱讀器應用程序界面，并可以支持TXT、HTML、PDF、DOC格式的藏文電子書的正常顯示、閱讀和編輯，同時可進行BMP、JPEG、PNG等格式的圖片文件的瀏覽，系統運行穩定、安全可靠，使用便攜靈活。

ARM微處理器；QT；嵌入式系統；藏文字；電子閱讀器

隨著嵌入式技術、網絡技術和通信技術的飛速發展，各行各業都在設計和引進專用的PC系統進行大量的信息收集、傳送、處理、儲存及信息的交換和獲得；同時考慮到國家在推進信息化建設的過程中，藏文信息處理在我國政治、經濟、文化等社會各方面的重要性，并將對社會的發展帶來巨大的效益[1]。在此背景下，根據目前我校一些課題組在軟件開發以及藏文信息處理方面的研究現狀，文中設計了一款嵌入式的藏文閱讀器，并深入地研究和分析了QT的本地化框架實現的關鍵技術，成功實現了基于QT的藏文閱讀器的開發。

1　系統架構

嵌入式藏文電子閱讀器的設計與實現包括硬件、固件、軟件3個層面，系統總體框圖如圖1所示。硬件部分采用基于Samsung公司的S3C2410嵌入式微處理器為核心搭建了外圍硬件電路。固件部分工作由U-BOOT引導，移植了嵌入式Linux 2.6.24內核、配置YAFFS根文件系統，并進行了Linux設備驅動程序的開發。修改后的U-boot支持從NAND Flash啟動、燒寫yaffs2映像文件、通過TFTP協議下載文件以及NFS方式掛載文件系統等功能。軟件部分實現了在QT/ Embeded環境下，Q-Reader應用程序的開發，該軟件支持TXT、HTML、PDF、DOC格式的藏文電子書的正常顯示和閱讀，可實現觸摸或按鍵翻頁、書簽添加、背景色和字體設置等功能；并支持BMP、JPEG以及PNG格式的圖片文件的瀏覽。

圖1　系統總體框圖Fig.1　System overall diagram

2　系統的硬件設計

嵌入式的藏文閱讀器硬件原理框圖如圖2所示，是以搭載ARM 9處理器的嵌入式平臺為主，在外圍擴展功能模塊來實現的。本系統采用了Samsung公司推出的16/32位RISC處理器S3C2410A，非常適合為手持設備和一般類型應用提供低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。S3C2410作為系統的處理核心，同時也為各外部電路提供接口。

圖2　硬件原理框圖Fig.2　Hardware principle diagram

SDRAM用來存放系統運行過程中系統以及用戶的數據、堆棧等，通過數據總線并聯的方式擴展了SDRAM存儲器。NAND Flash用于存放嵌入式操作系統的引導程序和內核文件以及用戶應用程序和其他在系統掉電后需要保存的數據。電源管理模塊，用來為系統各部分提供多組電源。

嵌入式的藏文閱讀器系統在存儲電子書、圖片等多媒體文件需要較多的存儲空間[2]，S3C2410內置一個USB設備接口，兼容USB 1.1規范標準，但不滿足系統的設計需要，所以通過一個USB1.1主接口連接USB集線器的方式擴展出了4 個USB設備接口，可支持U盤、移動硬盤等外圍存儲設備。同時為了保證系統能通過網絡瀏覽信息，下載文件，在本設計中添加了以太網控制芯片DM9000芯片，并設計了其外圍電路，同時配以底層軟件驅動程序。

由于S3C2410芯片內部觸摸屏和ADC接口是集成在一起的，S3C2410的觸摸屏接口向外提供4個控制信號引腳和2個模擬信號輸入引腳（AIN[7]、AIN[5]），這6個引腳通過4個晶體管與觸摸屏的4個引腳相連，其中通道7（XP或AIN[7]）作為觸摸屏接口的X坐標輸入，通道5（YP或AIN[5]）作為觸摸屏接口的Y坐標輸入。

3　系統的軟件設計

藏文電子閱讀器是能夠存儲并顯示藏文格式的電子讀物，具有閱讀管理及操作界面，以閱讀為主要功能的專用顯示設備，是電子書的一種新型的顯示介質和閱讀載體[3-4]。為了實現其功能，系統主要功能模塊的詳細設計流程圖如下。

1）打開文件功能如圖3所示。

2）創建文件功能如圖4所示。

3）修改文件功能如圖5所示。

4）閱讀狀態功能如圖6所示。

4　嵌入式閱讀器的藏化

圖3　打開文件活動圖Fig.3　Opening file activity diagram

圖4　創建文件活動圖Fig.4　Creating file activity diagram

圖5　修改文件活動Fig.5　Modifying file activity diagram

圖6　閱讀類狀態Fig.6　Reading class status

4.1藏文及編碼方案

藏文作為藏族人民的書面交際工具，是一種拼音文字，屬輔音文字型，分輔音字母、元音符號和標點符號3個部分。其中有輔音字母30個，元音符號4個，以及5個反寫字母（用以拼寫外來語）。此外，藏文中還有大量的梵音的藏文轉寫字。藏文字形結構均以一個輔音字母為核心，其余字母均以此為基礎前后附加和上下疊寫 ，組合成一個完整的字表結構。通常藏文字形結構最少為一個輔音字母 ，即單獨由一個基字構成，最多由6個輔音字母構成，元音符號則加在輔音結構的上、下、正中。核心字母叫“基字”，其余字母的稱謂均根據其加在基字的不同部位而得名。

藏文編碼即 《信息技術信息交換用藏文編碼字符集基本集》國家標準，簡稱“基本集”，于1997年正式頒布，國家標準規定了藏文基本字符的集合及其編碼表示[5]，沒有對任何藏文縱向組合字符（VCC）進行編碼，另外，該標準還規定了3個實現規則，編碼字符集位于 Unicode（ISO／IE C 10646BM P）U+0F00～U+0FBF。

為了減少藏文信息處理技術的復雜性，我國在《基本集》國家標準的基礎上，2007年國家又制定并通過了 《信息技術藏文編碼字符集 擴充集 A》，占用ISO10646基本多文種平面的專用用戶區[6]，共收錄1 536個藏文的垂直預組合字符（V CC），所有字符在GB13000.1-1993的專用用戶區編碼，編碼空間為0xF300-0xF8FF，即 Unicode PUA區，每個字符的編碼是2個字節；《信息技術 藏文編碼字符集 擴充集B》國家標準收錄了 5 702個梵文的藏文轉寫字，占用 ISO/ IEC10646的OF輔助平面，編碼位置是 0xF0000～0xF1645，每個字符的編碼是 3個字節[7]。

4.2Linux的國際化、本地化及對藏文集的支持架構

Linux系統對藏文字的支持需要建立在其國際化機制的基礎上，國際化機制的一個重要方面就是對字符編碼標準的支持。總體上看，Linux國際化框架呈現如圖 7所示的層次結構，Linux內核與國際化基本不相關，在其之上，基本庫 、X Window系統和圖形構件庫之間存在單向依賴關系，又共同構成了系統的國際化基礎設施，GUI應用程序通過綜合使用這些層次提供的功能實現用戶界面[8]。

圖7　Linux國際化層次結構Fig.7　Linux internationalization hierarchy structure

基本庫 （Glibc）、X核心系統已經對Unicode字符編碼標準提供了較完整的支持。圖形構件庫目前還存在較多問題，Q T提供了兼容不同國家文字的國際化文本處理流程，即Q T國際文本處理引擎。應用UTF-32編碼方案，通過修改程序參數的類型、函數局部變量類型等，實現了QT對國家標準藏文擴充集A、藏文擴充集B的支持，并在fedora運行環境下，底層庫上可以處理藏文基本集、藏文擴充集字符的文本。

4.3嵌入式閱讀器的藏化

QT在國際化、本地化方面做了很多的工作，輸入法和不用語言的文字顯示在QT中是自動處理的。QT的字體引擎能夠處理不同的語言混合使用，通過修改并配置閱讀器的字體庫，添加藏文字體，就能實現藏文環境下的藏文電子文檔閱讀、編輯功能。

同時，QT Linguist工具提供了支持多種語言翻譯的功能，翻譯的過程如下：1）在QT的用戶界面等處使用的本地語言文本都存在源代碼中。QT為每個使用的短語提供了上下文信息，程序員負責在需要的地方加入上下文信息；2）發布管理器從源代碼產生翻譯文件，并傳遞給翻譯人員；3）翻譯人員使用QT Linguist編輯一個翻譯文件，打開相應的.ts源文件，輸入翻譯文本并存入翻譯文件，該文件再傳回發布管理器；4）發布管理器再運行生成二進制的app_zh.qm文件，在嵌入式閱讀器中使用 qt_translator加載文件即可。

應用程序員可以通過兩種方式加載翻譯文件，一種是硬編碼的方式，直接指定加載的語言；另外一種是通過自動判斷翻譯當前的local，再裝入相應的翻譯文件。

5　系統測試與分析

本系統設計完成后進行了一系列的測試驗證系統預期的設計目的。測試表明，本系統能成功地完成預期功能，1）可以對所有符合藏文編碼的文件進行瀏覽。2）具有書簽功能，要實現書簽插入、刪除及跳轉操作，并支持電子書快速跳轉。3）為滿足閱讀舒適度，加入背景色可更改功能。4）閱讀電子書的時候支持觸摸屏及機械按鍵翻頁功能。測試結果如圖8所示。

圖8　藏文電子閱讀器主窗口Fig.8　Tibetan E-reader main window

6　結束語

文介紹了在嵌入式[9-11]平臺下，藏文電子閱讀器的設計與實現，主要的特色和創新體現在以下幾個方面：1）修改并配置了閱讀器的字體庫，使其能支持藏文環境下的電子文檔閱讀、編輯功能；2）實現了界面和閱讀環境的藏化，以及核心功能的藏化；3）實現了書簽功能，便于定位和閱讀；4）使用Qt Linguist藏化了閱讀器源代碼中所有可見的字符串；5）運行生成二進制的app_zh.qm文件，在程序中使用qt_translator加載文件，最終實現了全藏文的閱讀器界面，以及藏文文檔的流暢閱讀，系統運行穩定。由于少數民族信息化相對薄弱，電子閱讀器本地化藏文版的推出，將有效的解決民族信息化中遇到的語言瓶頸，推動民族文字信息化的發展，本設計的實現可以有效推動藏區的信息化建設。

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Design and implementation of embedded Tibetan e-reader based on ARM

TONG Ying-hua，GENG Sheng-ling
（College of computer，Qinghai Normal University，Xining 810008，China）

To promote the development of national characters'informatization，an embedded Tibetan E-reader which combined with QT technology is designed，It is based on ARM9 embedded development platform and extend SDRAM module，USB module，Ethernet control module and touch screen module.The architecture of the system，hardware principle diagram and software design process are described.In the test，the system successfully achieved graphic user interface of tibetan reader application program，and can display，read and edit Tibetan eBook such as TXT，HTML，PDF，DOC format，at same time images including BMP，JPEG，PNG can be browsed，the system is proved to be stable，reliable，portable and flexible.

ARM；QT；embedded system；Tibetan script；E-reader

TN98

A

1674－6236（2016）01-0138-03

2015-04-16稿件編號：201504161

國家自然科學基金資助項目（6126104）；教育部“春暉計劃”合作科研項目基金（2011026）；青海師范大學本科生科技創新項目（2014-5）

童英華（1982—），女，青海湟中人，碩士，副教授。研究方向：嵌入式系統優化、信息物理融合系統、物聯網技術。