基于Linux的嵌入式GUI研究與應(yīng)用

1．引言

嵌入式GUI指在嵌入式系統(tǒng)中為特定的硬件設(shè)備或者環(huán)境而設(shè)計(jì)的圖形用戶界面系統(tǒng)。它極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們不再需要死記硬背大量的命令，而可以通過(guò)窗口、菜單方便地操作。在實(shí)際應(yīng)用中，嵌入式GUI應(yīng)滿足輕型、占用資源少、高性能、高可靠性、可配置等基本要求。

Linux作為一種可裁減的操作系統(tǒng)，兼容多種主流CPU且支持所有的文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并具備源代碼公開(kāi)、易于定制、穩(wěn)定、功能強(qiáng)大和易開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)展未來(lái)嵌入式設(shè)備的絕佳資源。

2．Linux在嵌入式系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)
2．1系統(tǒng)引導(dǎo)

系統(tǒng)上電或者復(fù)位后，將對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)備進(jìn)行自檢，無(wú)錯(cuò)誤則將硬盤(pán)0磁道的第一個(gè)扇區(qū)，即MBR中的BootLoader調(diào)至內(nèi)存0x07C00處，并將控制權(quán)交給BootLoader[1]。BootLoader通常是一段匯編代碼，存放在MBR中，作用是將系統(tǒng)啟動(dòng)代碼讀到內(nèi)存中。目前可選用的引導(dǎo)工具主要有GRUB和LILO，這里我們選用主流的GRUB，由于選用的存儲(chǔ)介質(zhì)是CF卡，格式化CF卡后建立GRUB安裝目錄，按照提示安裝GRUB后，在 /etc目錄下新建grub.conf文件，內(nèi)容如下：
default=0
timeout=5
titleLinux-2.4.34
root（hd0，0）
kernel/boot/vmlinuz-2.4.34roroot=/dev/hdc1
其中root（hd0，0）指定了/boot所在的分區(qū)，kernel一行用來(lái)指定Linux的內(nèi)核，及/所在的分區(qū)。

2．2內(nèi)核配置、編譯及裁減

內(nèi)核是Linux操作系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)進(jìn)程和進(jìn)程調(diào)度等大小事務(wù)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，其它應(yīng)用程序都必須通過(guò)它才可以使用系統(tǒng)資源，獲取系統(tǒng)服務(wù)。由于嵌入式硬件資源的限制，我們需要對(duì)Linux內(nèi)核進(jìn)行定制，精簡(jiǎn)出符合實(shí)際需要的最小內(nèi)核文件。
首先在www.kernel.org上獲取相應(yīng)的內(nèi)核包，解壓后進(jìn)行配置，然后根據(jù)目標(biāo)板的硬件特點(diǎn)和實(shí)際需求配置內(nèi)核的編譯選項(xiàng)。這里我們選用基于X86 架構(gòu)的PC104主板，為了減低不必要的復(fù)雜性，內(nèi)核中取消kernelmodule支持，將有關(guān)CPU類型、內(nèi)存管理、doc驅(qū)動(dòng)、ext2文件系統(tǒng)支持、串口支持等常用功能編譯進(jìn)內(nèi)核，SCSI、Floppy之類的外設(shè)在我們的嵌入式系統(tǒng)中沒(méi)有使用，編譯時(shí)可去掉。這樣實(shí)際編譯出的內(nèi)核只有 747.6KB。基本步驟如下[2]：
#cd/usr/src/linux//內(nèi)核包所在目錄，這里下載的內(nèi)核包版本是2.4.34
#makemrproper//確保源代碼目錄下沒(méi)有不正確的.o文件以及文件的相互倚賴關(guān)系
#makemenuconfig//圖形界面下編譯選項(xiàng)配置

#makedep//確保關(guān)鍵文件在正確位置
#makeclean//確保所有有關(guān)文件都處于最新版本狀態(tài)
#makebzImage//編譯內(nèi)核
#cp/usr/src/linux/arch/i386/bzImage/mnt/cf/boot//將內(nèi)核文件拷貝至boot

2．3根文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

Linux 的根文件系統(tǒng)以樹(shù)的結(jié)構(gòu)方式組織，主要由配置文件、設(shè)備文件、Linux基本命令、基本C語(yǔ)言庫(kù)組成。后兩者是主要的，也是占空間最大的，用 Busybox和uClibc的組合夠建這兩部分內(nèi)容，可以大大節(jié)省空間。根據(jù)根文件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，我們建立各個(gè)對(duì)應(yīng)的目錄：
#mkdirprocdevbinbootboot/grubetcsrclib//由于是單用戶系統(tǒng)，刪除了root、home、sbin目錄
#cp–r/dev/null/dev/mem…/mnt/cf/dev//拷貝所需設(shè)備文件

最后需要在etc目錄下建立幾個(gè)配置文件，分別是/etc/inittab、/etc/init.d/rcS、/etc/fstab，限于篇幅，僅介紹inittab文件，內(nèi)容如下[4]：
::sysinit:/etc/init.s/rcS//指定初始化文件
::askfirst:/bin/sh//啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行的shell
::respawn:/bin/getty38400ttyS0//打開(kāi)一個(gè)串口，波特率為38400
::restart:/bin/init//重啟時(shí)執(zhí)行進(jìn)程init
::ctrlaltdel:/bin/reboot//捕捉特定按鍵動(dòng)作
::shutdown:/bin/umount–a–r//關(guān)機(jī)時(shí)動(dòng)作，卸載所有文件系統(tǒng)

3．嵌入式GUI研究
3．1基于嵌入式Linux的GUI系統(tǒng)底層實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

一個(gè)能夠兼容多硬件平臺(tái)的嵌入式GUI系統(tǒng)，應(yīng)至少抽象出兩類設(shè)備：基于圖形顯示設(shè)備（如VGA卡）的圖形抽象層 GAL（GraphicAbstractLayer）和基于輸入設(shè)備（如鍵盤(pán)，觸摸屏等）的輸入抽象層 IAL（InputAbstractLayer）[3]。抽象層的概念類似Linux內(nèi)核虛擬文件系統(tǒng)的概念，它定義了一組不依賴于任何特殊硬件的抽象接口，所有頂層的圖形操作和輸入處理都建立在抽象接口上，而用于實(shí)現(xiàn)該抽象接口的底層代碼稱為“圖形引擎”或“輸入引擎”，類似操作系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)程序，這實(shí)際是一種面向?qū)ο蟮某绦蚪Y(jié)構(gòu)。利用該抽象接口，嵌入式GUI可以非常方便的移植到其他POSIX系統(tǒng)上，只需要根據(jù)抽象層接口實(shí)現(xiàn)新的引擎即可。