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    基于ARM-Linux的MiniGUI的仿真與移植

    2010-01-28 劉喜榮

          近幾年,隨著嵌入式系統的日益發展和32位嵌入式處理器以及圖形顯示設備的廣泛應用,目標產品對GUI(圖形用戶界面)的需求越來越多。由于嵌入式系統一般實時性要求很高,所以嵌入式系統下的GUI需要具有輕量級型、占用資源少、高性能等特點。此外,嵌入式系統往往是一種定制設備,它對GUI的需求各不相同,因此,GUI必須也可以定制。而MiniGUI是一個非常適合實時嵌入式產品的高效、可靠、可定制、小巧靈活的圖形用戶界面支持系統,被廣泛的應用于高端科技產品中。利用MiniGUI開發出良好的人機交互界面已成為嵌入式開發中的迫切需求。本文實現了在ARM-Linux環境下進行基于QVFB的MiniGUI的模擬開發、調試,通過在PC機上的仿真模擬,將應用程序完成之后,利用交叉編譯工具編譯產生在目標機上運行的代碼,然后把MiniGUI和可執行應用程序移植到S3C2410目標板上,這樣既節省了開發時間,又提高了開發效率和質量。
    1 MiniGUI的特點和體系結構
          MiniGUI項目的最初目標是為基于Linux的實時嵌入式操作系統提供一個輕量級的圖像用戶界面支持系統。作為操作系統和應用程序之間的中間件,MiniGUI將底層操作系統與硬件平臺之間的差別隱藏起來,并對上層應用程序提供了一致的功能特性。
    1.1MiniGUI的特點
    (1)占用資源少:MiniGUI本身占用的空間非常小,整個MiniGUI系統占用空間在2~4MB,在某些系統上,MiniGUI系統本身所占用的空間可進一步縮小到1MB以內。
    (2)高性能、高可靠性:MiniGUI良好的體系結構及優化的圖形接口,可確保最快的圖形繪制速度。
    (3)可定制配置:和Linux內核類似,MiniGUI也具有大量的編譯配置選項,通過這些選項可指定MiniGUI庫中包括哪些用戶所需要的功能。
    (4)跨操作系統支持:MiniGUI支持Linux/uClinux、eCos、uC/OS-II、VxWorks等嵌入式操作系統。同時,在不同操作系統上的MiniGUI,提供完全兼容的API接口。
    1.2MiniGUI的體系結構
          從整體結構上看,MiniGUI采用的是分層設計的,結構如圖1所示。

    圖1 MiniGUI的分層體系結構
          在最底層,GAL(圖形抽象層)和IAL(輸入抽象層)及鼠標和鍵盤的驅動;中間層是MiniGUI的核心層,包括窗口系統必不可少的各個模塊;最頂層是API,即編程接口。GAL和IAL為MiniGUI提供了底層的Linux控制臺或者X-Window上的圖形接口以及輸入接口,而 Pthread用于提供內核級線程支持的C函數庫。利用GAL和IAL,大大提高了MiniGUI的可移植性,并且使程序開發和調試變得更加容易。
    2 MiniGUI在QVFB上的仿真應用
          MiniGUI能夠在PC機上運行,也能夠移植到目標板上運行。在運行Linux的PC機上,MiniGUI應用程序可以通過以下兩種方式運行:
    (1)在X-Window上,在虛擬Frame Buffer的QVFB中運行;
    (2) 在Linux的字符控制臺上,在Linux內核提供的FrameBuffer驅動上運行;
          這里主要介紹MiniGUI在QVFB中的仿真運行。QVFB是Qt(Qt是Linux窗口管理器KDE使用的底層函數庫)提供的一個虛擬FrameBuffer工具,該程序是基于Qt開發的。
    2.1 建立MiniGUI在Linux上的運行環境
          在Linux環境下,將已經下載好的壓縮安裝文件qvfb-1.0.tar.gz復制到/opt目錄下,在該目錄下解壓,利用 make install命令把QVFB安裝到系統默認的/usr/local/bin目錄下。在X-Window環境下,打開終端,鍵入 qvfb&命令,啟動QVFB模擬程序。接下來對QVFB的運行環境進行配置,這里配置為640×480,Depth為16bit。QVFB提供了一種軟件的方法,通過這種方法,可以看到自己的圖像應用程序在PC上運行的效果。它能模擬不同的分辨率及顯示的顏色數,因此可以模擬目標機上的嵌入式顯示屏,從而大大方便了應用程序的開發與調試。
    2.2 安裝資源文件和配置MiniGUI的庫文件
          在Linux環境下,將已下載好的壓縮資源文件
    minigui-res-1.3.3.tar.gz(該文件包含字體、光標、圖標、位圖等資源)復制到/opt/emulation目錄下(emulation目錄為新創建的目錄),然后運行./configure腳本成功通過,就可以執行make和make install命令,將資源文件安裝到系統默認的/usr/local/lib/minigui/res目錄中。將下載好的壓縮庫文件libminigui-1.3.3.tar.gz 復制到/opt/emulation目錄下,輸入解壓縮命令然后進入解壓后的目錄,在該目錄下輸入make menuconfig,啟動圖像界面的配置工具,當配置完成后,輸入make對庫文件進行重新編譯,如果編譯成功,輸入make install命令,將MiniGUI庫安裝到默認的 /usr /local/lib/目錄下。接下來,查看文件/etc /ld.so.conf,如果文件中沒有/usr/local/lib這一行,將該行添加到文件的最后,然后執行ldconfig。
    2.3 MiniGUI在QVFB上的仿真
          將已下載的mg-samples-1.3.1和mde -1.3.0.tar.gz復制到/opt/emlation/目錄下,在終端下進入該目錄,依次執行./configure和make命令,將這些示例程序編譯成能夠在QVFB上可執行的程序。首先修改/usr/local/etc目錄下的配置文件MiniGUI.cfg,將gal_engine=fbcon改為gal_engine=qvfb,ial_engine=console改為ial_engine=qvfb。然后使用qvfb&命令啟動qvfb,運行/opt /emulation /mg-samples/src 目錄中的可執行程序,如bomb,即可看到運行在QVFB內的MiniGUI程序,如圖2所示:

    圖2 MiniGUI在QVFB上的仿真
    3 MiniGUI在S3C2410上的移植
    3.1安裝MiniGUI資源文件
          在PC機的/opt目錄下創建target目錄,將資源文件minigui-res-1.3.3.tar.gz復制到/opt/target 目錄下進行解壓,編輯/opt/target /minigui-res-1.3.3目錄下的config.linux文件,將“TOPDIR=”改為 “TOPDIR= /opt /target/minigui”,保存退出。然后輸入make install將資源文件安裝在/opt /target /minigui /usr/local/lib/minigui/res目錄下。同時把/opt/target/minigui /usr/local/lib目錄下的minigui目錄復制到需要制作的文件系統的文件夾中。
    3.2 配置安裝MiniGUI庫文件
          在編譯MiniGUI的庫文件libminigui -1.3.3之前,首先要正確安裝了交叉編譯器,即armv41-unknow- linux系列的交叉編譯器。使用交叉編譯器可以把libminigui-1.3.3庫文件編譯成一個動態鏈接庫,通過調用該動態鏈接庫,可以正確運行 MiniGUI的應用程序。在/opt/target /libminigui-1.3.3下,輸入命令make menuconfig進行配置。當配置完成后,保存退出。然后輸入make和make install,這樣就將交叉編譯后的MiniGUI庫文件安裝在/opt/host/armv41 /armv41–unkn own-linux/lib目錄下,分別是libminigui-1. 3.so.3.0.0和 libmgext -1.3.so.3.0.0。同時,還有指向這些庫的符號鏈接,指向庫文件libminigui-1.3.so.3.0.0的符號鏈接是libminigui -1.3.so.3和libminigui.so,指向庫文件libmgext-1.3.so.3.0.0符號鏈接是 libgext  -1.3.so.3和lib-mgext.so。MiniGUI所使用的頭文件安裝在/opt/host/armv41 /armv41  -unknown-linux/include/minigui文件夾內。同時在/opt/host/armv41/armv41- unknown– linux/etc/中還有一個minigui.cfg的配置文件。
    3.3 MiniGUI的移植
          將MiniGUI成功移植到S3C2410目標板上,一般要經過以下幾個過程:
    (1) 把MiniGUI庫文件libminigui-1.3. so.3.0.0和libgext -1.3.so.3.0.0,以及它們的符號鏈接文件,一同復制到要制作成cramfs文件系統的目錄root_tech中的/lib下。
    (2) 把/opt/target/minigui/usr/local/lib下的minigui目錄復制到要制作cramfs文件系統的目錄中,比如放到該目錄的/usr/sbin/下。當嵌入式系統運行時,應用程序在該minigui目錄下調用相關的資源文件。
    (3) 在root_tech文件夾內,用mkdir –p /opt/host/armv41/armv41-unknown-linux/ 命令創建一個目錄,然后使用命令ln –s /lib /opt/host/armv41/armv41-unknown-linux/lib創建符號鏈接,上述命令確保系統能夠找到正確的動態鏈接庫。
    (4) 修改/opt/host/armv41/armv41–un known–linux/etc目錄下的MiniGUI.cfg文件,把存放資源的路徑改為root_tech目錄下對應的路徑,從而使應用程序能夠找到它使用的資源文件。例如,在PC機上的存放路徑為/usr/local/lib,那么在root_tech目錄下,如果把MiniGUI資源目錄放到了/usr/sbin下,則MiniGUI.cfg文件中的路徑必須由/usr /local/lib改為/usr/sbin/,同時還要將“ial_engine=console”改為“ial_engine =ads”。另外,將 [fbcon]下的“defaultmode =1024×768-16 bpp”改為“defaultmode =640×480-16 bpp”。將修改后的MiniGUI.cfg文件要放到root_tech目錄的/mnt/etc目錄下。
    (5) 最后,把準備好的root_tech文件夾,利用mkcramfs命令生成cramfs文件系統,利用NFS網絡文件系統將生成的文件系統移植到 S3C2410中。然后從minicom下進入可執行文件所在的目錄/usr/sbin,可執行程序bomb在S3C2410目標板上運行的結果如下圖3 所示:

    圖3 MiniGUI在S3C2410開發板上運行
    4結束語
          本文將MiniGUI-1.3.3版本在ARM - Linux環境下,首先在QVFB中進行了仿真應用,同時經過交叉編譯后成功的移植到了 S3C2410開發板的硬件平臺上,試驗結果表明能夠穩定可靠的運行,為后續基于圖形用戶界面程序的實際項目的開發與應用打下了基礎。隨著嵌入式產品應用領域的日益增長,基于MiniGUI開發出良好的人機交互界面,是嵌入式發展的趨勢,同時也擁有廣闊的市場前景。
    參考文獻
    [1]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.
    [2]劉昌盛,郭勇,謝習華. 嵌入式Linux環境下MiniGUI的研究與移植[J].嵌入式軟件應用,(2008)07-2-0101-03.
    [3]李敏. ARM-Linux環境下MiniGUI在S3C2410開發板上的移植[J].科技情報開發與經濟,(2008)28-0139-02.
    [4]劉崢嶸,張智超,許振山,等. 嵌入式Linux應用開發詳解[M].北京:機械工業出版社,2004.
    [5]北京飛漫軟件.MiniGUI用戶手冊.http://www.minigui.com.
    [6]ARM Limited.ARM920T Technical Ref- erence Manual.2000,2001.


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