基于Linux的嵌入式GUI研究與應用

1．引言

嵌入式GUI指在嵌入式系統(tǒng)中為特定的硬件設備或者環(huán)境而設計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，而可以通過窗口、菜單方便地操作。在實際應用中，嵌入式GUI應滿足輕型、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)絡服務，并具備源代碼公開、易于定制、穩(wěn)定、功能強大和易開發(fā)等優(yōu)點，是發(fā)展未來嵌入式設備的絕佳資源。

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

系統(tǒng)上電或者復位后，將對系統(tǒng)硬件設備進行自檢，無錯誤則將硬盤0磁道的第一個扇區(qū)，即MBR中的BootLoader調至內存0x07C00處，并將控制權交給BootLoader[1]。BootLoader通常是一段匯編代碼，存放在MBR中，作用是將系統(tǒng)啟動代碼讀到內存中。目前可選用的引導工具主要有GRUB和LILO，這里我們選用主流的GRUB，由于選用的存儲介質是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一行用來指定Linux的內核，及/所在的分區(qū)。

2．2內核配置、編譯及裁減

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

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

2．3根文件系統(tǒng)實現(xiàn)

Linux 的根文件系統(tǒng)以樹的結構方式組織，主要由配置文件、設備文件、Linux基本命令、基本C語言庫組成。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容，可以大大節(jié)省空間。根據(jù)根文件系統(tǒng)的基本結構，我們建立各個對應的目錄：
#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//拷貝所需設備文件

最后需要在etc目錄下建立幾個配置文件，分別是/etc/inittab、/etc/init.d/rcS、/etc/fstab，限于篇幅，僅介紹inittab文件，內容如下[4]：
::sysinit:/etc/init.s/rcS//指定初始化文件
::askfirst:/bin/sh//啟動時執(zhí)行的shell
::respawn:/bin/getty38400ttyS0//打開一個串口，波特率為38400
::restart:/bin/init//重啟時執(zhí)行進程init
::ctrlaltdel:/bin/reboot//捕捉特定按鍵動作
::shutdown:/bin/umount–a–r//關機時動作，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)底層實現(xiàn)基礎

一個能夠兼容多硬件平臺的嵌入式GUI系統(tǒng)，應至少抽象出兩類設備：基于圖形顯示設備（如VGA卡）的圖形抽象層 GAL（GraphicAbstractLayer）和基于輸入設備（如鍵盤，觸摸屏等）的輸入抽象層 IAL（InputAbstractLayer）[3]。抽象層的概念類似Linux內核虛擬文件系統(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)中的驅動程序，這實際是一種面向對象的程序結構。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)抽象層接口實現(xiàn)新的引擎即可。