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嵌入式Linux下基于MiniGUI的信息終端軟件開發
摘要：嵌入式系統的開發已成為新的行業熱點。本文首先概述嵌入式Linux系統開發的特點及其工具，然后具體描述MiniGUI圖形系統的移植、使用方法，并舉例說明在該系統上開始信息終端軟件的過程。該方案有很大的應用前景。關鍵詞：嵌入式操作系統 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型。對嵌入式系統的研究，在全球激起了人們極大的興趣。
選擇開放源碼的Linux操作系統開發新一代嵌入式產品已經成為其中新的技術熱點。在本系統中，采用了MontaVista Linux系統。它提供了很多處理器、目標板和主機環境的組合，有一套完整的輔助開發工具，便于嵌入式系統專用人員設計、開發和發布應用程序。
與此同時，配備一個優秀的圖形用戶界面，使產品和用戶能進行友善可靠的交互也已成為開發工作中非常緊迫的要求。本系統中使用的MiniGUI就是嵌入式Linux系統下一個輕量級的圖形用戶界面支持系統，目前已比較成熟，并已被用到很多項目的實際開發中。
1 嵌入式Linux系統
嵌入式系統是以應用為中心，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。從20世紀80年代末開始，陸續出現了一些嵌入式操作系統，如VxWorks、pSOS、WindowsCE、Linux等。其中免費源代碼的Linux操作系統因其內核小、支持多種硬件平臺、可裁減性好等顯著優點，得到了廣泛的關注，為嵌入式系統開發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發行版本。本系統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內核2.4.2,是針對嵌入式設備度身定制的實時的、專業的嵌入式操作系統。考慮到嵌入式設備處理器、存儲器資源有限的情況，在不減少新內核對嵌入設備有利特性的基礎上，MontaVista公司對內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內核2.4.2，是針對嵌入式設備度身定制的實時的、專業的嵌入式操作系統。考慮到嵌入式設備處理器、存儲器資源有限的情況，在不減少新內核對嵌入設備有利特性的基礎上，MontaVista公司對內核部分進行了高度裁減、配置，使MontaVista Linux 3.0系統性能具備穩定、突出等特點，同時還為MontaVista Linux 3.0配備了一個由優先級驅動的實時調度器（RealTime Scheduler），從而使客戶對實時性的要求得到更大的滿足。
2 軟件開發平臺
MontaVista Software公司在嵌入式Linux發行版中已提供了系統開發所需的環境：
a)內核和文件系統工具——目標配置工具（TCT）、庫優化工具（LOT）；
b)交叉開發工具——GNU GCC/C++編譯器、GDB源碼調試器、DDD圖形界面調試器等；
c)實時性能工具和分析工具。
系統內核則通過Abatron公司的BDI2000調試器進行測試，內核運行于PowerPC體系的CPU上。該目標系統已實現以太網接口、串口、USB接口，LCD也能正常顯示。
3 系統框架結構
應用程序是最上層的開發，其交互界面直接通過MiniGUI圖形系統的API接口函數實現。MiniGUI屏蔽了對底層顯示、輸入設備編程的細節，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/usr/lib文件目錄下。
該嵌入式系統的框架結構如圖1所示。(范文先生網www.baimashangsha.com收集整理)
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的交叉開發環境下移植該圖形包。
MiniGUI 1.2.6版發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是指執行編譯的機器，這里是x86的開發主機；target是運行該編譯器所產生目標文件的機器；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
本系統中采用了MiniGUI專為嵌入式系統開發的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據，以及客戶和服務器之間的某些語法 和響應數據。
在該信息終端軟件中，就根據這種結構特點，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，記錄有關系統信息，如系統計時、用戶刷卡余額等，通過MiniGUI提供的Socket機制通信將數據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，可以動態顯示一些精彩的畫面，實現商業價值或公益宣傳。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。
程序實現時，開始是包含的頭文件。
MiniGUI圖形包的頭文件有：common.h(MiniGUI常用的宏及數據類型的定義)、minigui.h（全局的和通用的接口函數及雜項函數的定義）、window.h（定義了和窗口有關的宏、數據類型、數據結構和窗口函數）。使用GDI函數和控件還需包括gdi.h、control.h兩個頭文件。
編程實現時，MiniGUI的程序入口點是MiniGUIMain函數，系統初始化后就會自動找到該函數。在該函數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，調用MainWindow ThreadCleanup函數，清除主窗口所使用的消息隊列系統資源，退回服務器程序中。
其，各個功能子函數是在MiniGUI程序的另一主體部分——主界面窗口的過程函數中調用打開的。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。各個功能模塊的消息也都是通過主窗口中的消息循環進行觸發的。
窗口過程函數主體上都是switch和case結構的選擇語句，針對不同的消息產生不同的響應。一般MSG_CREATE消息在窗口生成時被發送，因而控件往往在這里調用CreateWindow函數生成。MSG_PAINT則是在移動窗口或調用UpdateWindow重繪時發生，可根據需要定義相應的操作。MSG_CLOSE即是關閉窗口時的動作，一般調用DestroyMainWindow銷毀主窗口，調用PostQuitMessage退出消息循環。
此外，在窗口過程函數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函數輸出到界面，并通過設備上下文（DC）的邏輯字體（logfont）實現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據，所以我們使用了經MiniGUI包裝過的Socket通信機制。
在服務器中，建立一個監聽套接字：
#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);
}
服務器監聽該套接字listen_fd。當客戶有連接請求時，服務器的過程函數中就會收到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據了。
廣告進程實現時，需要在服務器中設置事件鉤子函數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。
當系統又接收到事件時，會自動執行前面注冊過的事件鉤子函數。在該函數中，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行文件。
結語
將嵌入式Linux應用至信息家電類產品中，并開發出優秀的人機交互界面，是嵌入式發展的趨勢，擁有廣闊的市場前景。本系統開發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。
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