嵌入式Linux下基于MiniGUI的信息終端軟件開發(fā)

    關鍵詞：嵌入式操作系統(tǒng) Linux MiniGUI 信息終端

引言

近年來，隨著軟硬件資源的成熟與完善，嵌入式技術越來越和人們的生活緊密相關，功能單一的公用電話也開始向嵌入式多媒體信息終端轉(zhuǎn)型。對嵌入式系統(tǒng)的研究，在全球激起了人們極大的興趣。

選擇開放源碼的Linux操作系統(tǒng)開發(fā)新一代嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)成為其中新的技術熱點。在本系統(tǒng)中，采用了MontaVista Linux系統(tǒng)。它提供了很多處理器、目標板和主機環(huán)境的組合，有一套完整的輔助開發(fā)工具，便于嵌入式系統(tǒng)專用人員設計、開發(fā)和發(fā)布應用程序。

與此同時，配備一個優(yōu)秀的圖形用戶界面，使產(chǎn)品和用戶能進行友善可靠的交互也已成為開發(fā)工作中非常緊迫的要求。本系統(tǒng)中使用的MiniGUI就是嵌入式Linux系統(tǒng)下一個輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，目前已比較成熟，并已被用到很多項目的實際開發(fā)中。

1 嵌入式Linux系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁減。適用于用戶系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。從20世紀80年代末開始，陸續(xù)出現(xiàn)了一些嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWorks、pSOS、WindowsCE、Linux等。其中免費源代碼的Linux操作系統(tǒng)因其內(nèi)核小、支持多種硬件平臺、可裁減性好等顯著優(yōu)點，得到了廣泛的關注，為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供了一個極有力的選擇。

（2）MontaVista Linux

目前，已有多家公司推出了嵌入式Linux發(fā)行版本。本系統(tǒng)中采用的是應用全球三大嵌入式Linux供應商之一MontaVista Software公司的最新版MontaVista Linux3.0。它使用的是最標準Linux內(nèi)核2.4.2,是針對嵌入式設備度身定制的實時的、專業(yè)的嵌入式操作系統(tǒng)?？紤]到嵌入式設備處理器、存儲器資源有限的情況，在不減少新內(nèi)核對嵌入設備有利特性的基礎上，MontaVista公司對內(nèi)核部分進行了高度裁減、配置，使MontaVista Linux 3.0。它使用的是標準Linux內(nèi)核2.4.2，是針對嵌入式設備度身定制的實時的、專業(yè)的嵌入式操作系統(tǒng)?？紤]到嵌入式設備處理器、存儲器資源有限的情況，在不減少新內(nèi)核對嵌入設備有利特性的基礎上，MontaVista公司對內(nèi)核部分進行了高度裁減、配置，使MontaVista Linux 3.0系統(tǒng)性能具備穩(wěn)定、突出等特點，同時還為MontaVista Linux 3.0配備了一個由優(yōu)先級驅(qū)動的實時調(diào)度器（RealTime Scheduler），從而使客戶對實時性的要求得到更大的滿足。

2 軟件開發(fā)平臺

MontaVista Software公司在嵌入式Linux發(fā)行版中已提供了系統(tǒng)開發(fā)所需的環(huán)境：

a)內(nèi)核和文件系統(tǒng)工具——目標配置工具（TCT）、庫優(yōu)化工具（LOT）；

b)交叉開發(fā)工具——GNU GCC/C++編譯器、GDB源碼調(diào)試器、DDD圖形界面調(diào)試器等；

c)實時性能工具和分析工具。

系統(tǒng)內(nèi)核則通過Abatron公司的BDI2000調(diào)試器進行測試，內(nèi)核運行于PowerPC體系的CPU上。該目標系統(tǒng)已實現(xiàn)以太網(wǎng)接口、串口、USB接口，LCD也能正常顯示。

3 系統(tǒng)框架結構

應用程序是最上層的開發(fā)，其交互界面直接通過MiniGUI圖形系統(tǒng)的API接口函數(shù)實現(xiàn)。MiniGUI屏蔽了對底層顯示、輸入設備編程的細節(jié)，使程序員更能專注于信息終端界面的特色上，從而縮短了編程投入時間。MiniGUI圖形率編譯安裝后一般以庫的形式存放在操作系統(tǒng)/usr/lib文件目錄下。

該嵌入式系統(tǒng)的框架結構如圖1所示。

4 MiniGUI的移植

（1）MiniGUI特點

MiniGUI是由魏永明主掛的一個自由軟件項目，現(xiàn)完全遵循GPL（General Public License）條款的純自由軟件，可以運行在任何一種具有POSIX線程支持的POSIX兼容系統(tǒng)上。MiniGUI在體系結構上有許多獨特之處。它的主要特色有：

a)提供了完備的多窗口機制；

b)對話框和預定義的控件類；

c)消息傳遞機制；

d)多字符集和多字體支持；

e)全拼、五筆等漢字輸入法支持；

f)BMP、GIF、JPEG等常見圖像文件的支持；

g)小巧，包含全部功能的庫文件大小為300KB左右；

h)可配置，可根據(jù)項目需求進行定制配置和編譯；

i)可移植性好。

（2）MiniGUI的移植過程

要使MiniGUI運行在入式目標板PPC上，需在MontaVista Linux 3.0的交叉開發(fā)環(huán)境下移植該圖形包。

MiniGUI 1.2.6版發(fā)布時含資源文件壓縮包minigui-res1.2.6.tar.gz、庫文件壓縮包libminigui-1.2.6.tar.gz和一個綜合示范程序mde-1.2.6.tar.gz。

在開發(fā)主機上安裝好MontaVista Linux 3.0后，把主機NFS服務的輸出目錄配置為硬盤路徑/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target。目標板運行起來后，會自動掛載到該目錄下。

將該目標作為當前路徑安裝MiniGUI。

打開資源文件壓縮包，執(zhí)行如下命令

tar-xvf minigui-res-1.2.6.tar.gz

會自動在當前路徑下生成minigui-res目錄。在該目錄下可以看到config.linux文件，修改其中TOPDIR=NONE一項，使TOPDIR=/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target，此處的路徑對應的就是前面設置的NFS輸出目錄。運行安裝命令make install即可。

編譯庫文件壓縮包libminigui-1.2.6.tar.gz時，解壓步驟如上。不同的是須在當前目錄下運行configure命令對庫文件進行移植的配置。命令行如下：

CC=ppc_8xx-gcc./configure

--build=i386-linux

--target=ppc-unknown-linux

--prefix=/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target

--libdir=/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target/usr/lib

--includedir=/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target/usr/include

--enable-debug

其中，ppc_8xx-gcc是針對PowerPC體系結構目標的編譯器，是MontaVista Linux提供的；build是指執(zhí)行編譯的機器，這里是x86的開發(fā)主機；target是運行該編譯器所產(chǎn)生目標文件的機器；prefix是所有安裝路徑的前綴；libdir是庫文件安裝路徑；includedir是頭文件安裝路徑；enable-debub指編譯時需包含調(diào)試信息。

配置完，運行編譯安裝命令。

綜合示范程序mde-1.2.6.tar.gz的安裝方法和庫文件類似的。

此時，啟動目標板，在MontaVisa Linux的控制程序下，進入/mde-1.2.6/mginit目錄，輸入命令行./③mginit運行MiniGUI的這個后臺服務器程序，出現(xiàn)一個有小企圖片的窗口管理器，并在左上角弱出一個控制臺程序的子窗口。在該控制臺下，可以運行mde中其它的示范例子。至此，MiniGUI圖形包在目標板上移植安裝完成。

5 信息終端軟件開發(fā)

本系統(tǒng)中采用了MiniGUI專為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的Lite版本。它基于客戶/服務器（C/S）體系，在服務器和客戶之間傳遞輸入設備數(shù)據(jù)，以及客戶和服務器之間的某些語法 和響應數(shù)據(jù)。

在該信息終端軟件中，就根據(jù)這種結構特點，設計了一個服務器程序和兩個客戶進程。服務器始終運行后臺，記錄有關系統(tǒng)信息，如系統(tǒng)計時、用戶刷卡余額等，通過MiniGUI提供的Socket機制通信將數(shù)據(jù)傳給下面的客戶程序。主界面客戶進程給用戶提供了完整的操作體驗，用戶可以通過菜單選擇打電話、瀏覽信息等功能。另一客戶進程則是廣告屏保，在無人使用的間隙時間里，可以動態(tài)顯示一些精彩的畫面，實現(xiàn)商業(yè)價值或公益宣傳。下面分別進行介紹。

（1）信息終端客戶程序

該信息終端主體界面客戶程序在MiniGUI服務器的控制臺程序下打開，彈出的是信息終端的主菜單，顯示了電話、信息查詢、城市交通、新聞專欄等板塊。

程序?qū)崿F(xiàn)時，開始是包含的頭文件。

MiniGUI圖形包的頭文件有：common.h(MiniGUI常用的宏及數(shù)據(jù)類型的定義)、minigui.h（全局的和通用的接口函數(shù)及雜項函數(shù)的定義）、window.h（定義了和窗口有關的宏、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)結構和窗口函數(shù)）。使用GDI函數(shù)和控件還需包括gdi.h、control.h兩個頭文件。

編程實現(xiàn)時，MiniGUI的程序入口點是MiniGUIMain函數(shù)，系統(tǒng)初始化后就會自動找到該函數(shù)。在該函數(shù)中先設置主窗口一些基本屬性，建立每個客戶程序唯一的一個消息隊列。當程序結束時，調(diào)用MainWindow ThreadCleanup函數(shù)，清除主窗口所使用的消息隊列系統(tǒng)資源，退回服務器程序中。

其，各個功能子函數(shù)是在MiniGUI程序的另一主體部分——主界面窗口的過程函數(shù)中調(diào)用打開的。在主窗口建立時，其中有一項屬性MainWindowProc，即是注明了對應該窗口的過程函數(shù)。各個功能模塊的消息也都是通過主窗口中的消息循環(huán)進行觸發(fā)的。

窗口過程函數(shù)主體上都是switch和case結構的選擇語句，針對不同的消息產(chǎn)生不同的響應。一般MSG_CREATE消息在窗口生成時被發(fā)送，因而控件往往在這里調(diào)用CreateWindow函數(shù)生成。MSG_PAINT則是在移動窗口或調(diào)用UpdateWindow重繪時發(fā)生，可根據(jù)需要定義相應的操作。MSG_CLOSE即是關閉窗口時的動作，一般調(diào)用DestroyMainWindow銷毀主窗口，調(diào)用PostQuitMessage退出消息循環(huán)。

此外，在窗口過程函數(shù)MiniGUI提供的GDI，即圖形設備接口（graphics device interface），可以方便地將BMP、GIF、JPEG等圖片用LoadBitmap函數(shù)輸出到界面，并通過設備上下文（DC）的邏輯字體（logfont）實現(xiàn)多字體和多字符集支持。

廣告進程的制作也類似，不再說明。

（2）信息終端軟件服務器程序

因為服務器和客戶程序需要交換數(shù)據(jù)，所以我們使用了經(jīng)MiniGUI包裝過的Socket通信機制。

在服務器中，建立一個監(jiān)聽套接字：

#define LISTEN_SOCKET "/var/tmp/socket1"

static int listen_fd;

BOOL listen_socket(HWND hwnd)

{ if((listen_fd=serv_listen(LISTEN_SOCKET))<0)

return FALSH;

return RegisterListenFD(listen_fd,POLLIN,hwnd,NULL);

}

服務器監(jiān)聽該套接字listen_fd。當客戶有連接請求時，服務器的過程函數(shù)中就會收到MSG_FDEVENT消息，服務器就可以接受該請求以進行相應處理：

static int MainFunProc(HWND hWnd,

{ switch(message)

{case MSG_FDEVENT:

if(LOWORD(wParam)= =listen_fd){

……

conn_fd=serv_accept(listen_fd,&uid);

if(conn_fd>0){

sock_read(conn_fd,buff[20],40);

……

sock_write(conn_fd,buff[20],40)；

}}

break;

}}

在主界面進程中，需要連接到服務器時，可以通過cli_conn(LISTEN_SOCKET,'b')來提出請求。

這樣，服務器和客戶程序之間即可相互交流數(shù)據(jù)了。

廣告進程實現(xiàn)時，需要在服務器中設置事件鉤子函數(shù)SetServerEventHook(my_event_hook)。因為廣告屏保是在沒有鍵盤鼠標輸入的一段時間后自動打開的，有任意鍵時又自動關閉，所以只有始終運行在后臺的服務器才能判斷廣告是否要打開關閉。

可以在消息循環(huán)時進行判斷：

while(GetMessage(&Msg,HWND_DESKTOP))

{if (pid_scrnsaver= =0&&GetTickCount()>

old_tick_count+1000){

ShowCursor(FLASE);

pid_scrnsaver=exec_app("./scrnsaver","crnsaver");

}

DispatchMessage(&Msg);

}

dld_tick_count是前一次消息的時間。當從GetTickCount()得到的當前時間大于設定值時，還沒有任何消息的話，廣告屏保scrnsaver程序就啟動，同時隱蔽鼠標光標。

當系統(tǒng)又接收到事件時，會自動執(zhí)行前面注冊過的事件鉤子函數(shù)。在該函數(shù)中，使用kill(pid_scrnsaver,SIGINT)命令關閉廣告程序，并顯示鼠標即可。

軟件系統(tǒng)的示意如圖2所示。

將完成的C語言程序文件用交叉編譯工具編譯，并鏈接MiniGUI庫文件，即可生成所需的可執(zhí)行文件。

結語

將嵌入式Linux應用至信息家電類產(chǎn)品中，并開發(fā)出優(yōu)秀的人機交互界面，是嵌入式發(fā)展的趨勢，擁有廣闊的市場前景。本系統(tǒng)開發(fā)的嵌入式信息終端也已初見成效，相信這種方案必將得到越來越多的應用。