摘要

　　隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展和普及，人們對隨身使用的便攜設備的要求越來(lái)越高。從原先笨重的 PC 電腦到現在的小巧玲瓏的智能設備，使用者對電子設備的關(guān)注點(diǎn)也從基礎功能方面變成設備整體操作體驗上。

　　嵌入式設備具備輕便靈巧、操作簡(jiǎn)單、界面簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)，它與 PC 電腦的鼠標鍵盤(pán)操作完全不同，只需要簡(jiǎn)單的觸摸屏操作就能夠運行程序，這順應了使用市場(chǎng)的需求。雖然有續航短和硬件資源不夠的缺點(diǎn)，但是嵌入式設備已經(jīng)吸引到了使用者的目光。

　　嵌入式架構的電子設備離不開(kāi)成熟穩定的操作系統的支持，而嵌入式 Linux具備開(kāi)源免費可定制的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)不僅僅能夠降低廠(chǎng)商的開(kāi)發(fā)成本，也能兼顧系統的兼容性。這類(lèi)系統因開(kāi)源的特點(diǎn)，各個(gè)開(kāi)發(fā)者的優(yōu)化和改進(jìn)提高了嵌入式 Linux 系統的穩定性。嵌入式 Linux 具備的這些優(yōu)點(diǎn)讓它在電子設備系統上占據了重要位置。

　　在各式各樣的圖形界面中，Linux 下 Qt/Embedded 是最佳選擇。兼容性強、系統開(kāi)銷(xiāo)少、擴展性高和適用性強的特點(diǎn)讓它成為各大開(kāi)發(fā)商的首選。

　　本文通過(guò)介紹嵌入式 Linux 操作系統下，在做好接口硬件匹配，移植合適的bootloader 引導，裁剪定制內核和根文件系統的前提下，搭建相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，以及一些具體的項目開(kāi)發(fā)內容，進(jìn)一步分析并認識嵌入式 Linux 操作系統下Qt/Embedded 開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建及相關(guān)應用技術(shù)。在介紹開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建以及應用技術(shù)的過(guò)程中，選擇基于 QT 的 GUI 應用程序，關(guān)注在智能家居行業(yè)和遠程圖像監控領(lǐng)域下的技術(shù)用途。

　　本論文的整體內容均圍繞相關(guān)案例與技術(shù)來(lái)展開(kāi)，同時(shí)在研究相關(guān)創(chuàng )新內容的基礎上，找到各個(gè)使用領(lǐng)域中關(guān)鍵的接口驅動(dòng)技術(shù)點(diǎn)，使整個(gè)的技術(shù)內容更加全面。最終，達成整個(gè)的研究任務(wù)，實(shí)現研究目標。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式系統，Linux 操作系統，開(kāi)發(fā)環(huán)境，Qt/Embeded 開(kāi)發(fā)環(huán)境，QT 圖形界面開(kāi)發(fā)

ABSTRACT

　　With the development of technology and the popularity of portable devices, people are getting more and more requests for these devices. Along with the electronic devices from the original bulky PC to the small and exquisite portable devices, the concerns of users of electronic equipment is from the basis functions into overall equipment operation experience.

　　The embedded equipment has the characteristics of light and flexible,simple operation,simple interface. It is different from PC computer which is operated by mouse and keyboard. Simple operation can produce the effect of the corresponding response. These make the embedded equipment conforms to the market demand . Although power is short and the hardware resources is not enough, the embedded device has already attracted the eyes of the user.

　　Electronic equipment with the embedded system can not work without the support of the mature and stable operating system. And the embedded Linux is a free open source system which can be customized. These features not only can reduce the manufacturer's development cost, it also improves the compatibility of the system. This kind of system because of the characteristics of open source, optimization and improvement of various make the developers improve the stability of embedded Linux system. The advantages of embedded Linux have let it occupy an important position in the electronic equipment system.

　　In a wide variety of graphical interfaces , Qt/Embedded is the best choice. With strong compatibility, low system cost, high scalability and applicability of the characteristics , it become the first choice for the major developers.

　　This paper introduces the development environment of embedded Linux operating system. With matched the interface hardware, transplanted appropriate bootloader guidance, customed kernel and root file system, we built the relevant technology. In some specific project developments, we furtherly analysis and understand the QT/embedded development environment ,and build the technology and related applications. In the process of introducing the development environment and the application of the technology, we choose the GUI application program based on QT, and focus on the technical application in the field of smart home industry and remote image monitoring system.

　　The whole content of this paper is related to the relevant cases and technology to start. And on the basis of research related innovation content, we put forward the key technology point which is something about hardware driver technologies. With these work ,the whole technology content is more comprehensive. Finally, to achieve the entire research task, we achieve the research objectives.

　　Keywords: Embedded system; Linux OS; development environment; Qt/Embedded development environment; QT graphical interface development

　　從嵌入式系統的發(fā)展開(kāi)始，嵌入式操作系統便以系統內核小、專(zhuān)用性強、系統精簡(jiǎn)而被廣泛運用在智能電子設備上。隨著(zhù)現代智能電子產(chǎn)品的廣泛應用，現在的使用者更加關(guān)心的是電子產(chǎn)品的使用效率和操作難度。而作為電子產(chǎn)品面對用戶(hù)的圖形界面則起著(zhù)至關(guān)重要的作用。

　　本研究著(zhù)眼于嵌入式操作系統的圖形界面。GUI 圖形界面不僅僅能體現出開(kāi)發(fā)者的研究思路，還能體現用戶(hù)對電子產(chǎn)品的迫切需求。一個(gè)好的圖形界面應該是方便開(kāi)發(fā)者設計維護和定位于客戶(hù)的迫切需求。

　　在這些要求都對圖形界面提出了新的要求。以嵌入式系統為例，兼容性高、代碼體積輕、可讀性強、響應時(shí)間短、運行效率高和配置性靈活的圖形界面才具有競爭力。而在商業(yè)角度來(lái)講，便于開(kāi)發(fā)且成本低的 GUI 界面才是電子產(chǎn)品廠(chǎng)商的最佳選擇。

　　在中國市場(chǎng)上，一個(gè)小型、高效率、實(shí)用性高的 GUI 系統無(wú)疑會(huì )收到各大廠(chǎng)商的追捧。而作為開(kāi)源的 Qt 圖形界面則是其中的佼佼者。Qt 圖形界面滿(mǎn)足了大部分廠(chǎng)商的需求，且開(kāi)發(fā)過(guò)程中兼容性高，運行效率非常高。

　　本研究是對嵌入式 GUI 系統的深入分析的基礎上，搭建 Qt 的開(kāi)發(fā)平臺。通過(guò)實(shí)踐來(lái)了解嵌入式 GUI 系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中的實(shí)際難點(diǎn)和痛點(diǎn)。而 Qt 揭秘那平臺不調用所在系統的本地工具包及中間件，相比其他的 API 類(lèi)工具的頻繁調用本地資源來(lái)說(shuō)，工作效率大大提高。Qt 工具集不僅僅能夠運行在現有流行的操作系統中，也可以在單任務(wù)進(jìn)程中實(shí)現，這大大的提高了運行環(huán)境的兼容性。Qt 提供的函數庫可以運行在各種底層架構的硬件平臺上。并且 Qt 圖形界面可以實(shí)現 Windows風(fēng)格的界面，這種讓用戶(hù)倍感熟悉的操作風(fēng)格，相信一定能夠大放光彩。

　　本研究主要關(guān)注嵌入式 Linux 系統的圖形程序的運行規律，具體將研究的內容分成嵌入式 Linux 操作系統、Qt/Embedded 開(kāi)發(fā)環(huán)境、QT 圖形界面開(kāi)發(fā)這三塊，從而來(lái)實(shí)現在 Linux 環(huán)境下來(lái)開(kāi)發(fā)圖形界面的目的。

　　在了解什么是嵌入式 Linux 操作系統之前，需要對嵌入式有一個(gè)明確的認識。

　　關(guān)于嵌入式以及嵌入式系統，具體內容介紹如下。

　　有這樣的解說(shuō)：―Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation ofEquipment，Machinery or Plants‖是美國的 IEEE 電氣和電子工程師協(xié)會(huì )的關(guān)于嵌入式系統的官方解釋。美國的一個(gè)組織機構，電氣和電子工程師協(xié)會(huì )，英語(yǔ)全稱(chēng)為Institute of Electrical and Electronics Engineers，將嵌入式系統看作是一種裝置，該裝置的主要作用是可以對機器和設備進(jìn)行操作、控制以及監視等。

　　嵌入式 Linux 系統是一種專(zhuān)用的用在小型開(kāi)發(fā)板上的計算機系統。一般嵌入式系統作為一個(gè)控制中樞存儲在嵌入式處理器控制板的 ROM 存儲中。事實(shí)上，大到汽車(chē)、大型器械，小到手表、微波爐，都有使用嵌入式系統。而有的產(chǎn)品則更近一步，使用的嵌入式操作系統，但是大部分嵌入式系統還是有單個(gè)控制程序模塊來(lái)完成產(chǎn)品的控制操作的。

　　嵌入式系統與 PC 系統有很大的不同。例如，PC 系統的輸入可通過(guò)鼠標、鍵盤(pán)等工具實(shí)現，嵌入式系統就需要通過(guò)按鍵或者觸摸屏來(lái)實(shí)現了。

　　隨著(zhù)智能手機，便攜式移動(dòng)娛樂(lè )終端的興起，我們生活中能夠接觸到各式各樣的此類(lèi)嵌入式 Linux 系統。除了這些，大到大型器械內置操作板系統小到門(mén)禁門(mén)鈴，這些都是和嵌入式 Linux 操作系統相關(guān)的領(lǐng)域。研究嵌入式 Linux 操作系統非常有必要。

　　而圖形化界面則是在單純枯燥且不友好的嵌入式 Linux 系統的第二春。借助于圖形化界面，我們可以非常直觀(guān)迅速的操作嵌入式 Linux 系統并且能夠形象的看到系統運行狀態(tài)。這種友好的操作方式和 Microsoft 給電腦開(kāi)發(fā)鼠標圖形操作界面的初衷一樣。同時(shí)在廣大的開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商的努力下，嵌入式 Linux 才得以走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。本論文就是要沿著(zhù)前人的腳步研究嵌入式 Linux 操作系統的圖形界面。[11]

　　而在圖形界面的領(lǐng)域各種成熟的開(kāi)發(fā)庫也是千奇百怪。有的界面炫酷但是耗費的硬件資源非常龐大，有的則是準確小巧且兼容性好。但是嵌入式 Linux 系統的硬件資源并不是特別的豐富，無(wú)法像臺式機一樣隨意運行炫酷的圖形界面。而 Qt是一個(gè)輕量級且兼容性比較強的圖形開(kāi)發(fā)界面，非常適合運用在嵌入式 Linux 開(kāi)發(fā)中[16]。

　　目前許多公司在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的時(shí)候并沒(méi)有把 GUI 剝離，這種 GUI 由程序員進(jìn)行日常修補維護，且維護人員時(shí)常不固定，這就造成軟件結構紛繁復雜，各個(gè)程序員之間寫(xiě)的代碼沒(méi)有通用性且無(wú)法互相引用使用，導致軟件越到后期越發(fā)的難以維護和操作，用戶(hù)的使用體驗變得非常差。還有部分廠(chǎng)商則購買(mǎi)成熟的界面操作系統，但是這類(lèi)產(chǎn)品的設計是考慮到兼容通用性的，很多時(shí)候性能非常差。

　　如果能夠開(kāi)發(fā)屬于自己的 GUI 系統，則能夠在考慮通用性的同時(shí)，在功能和系統代碼體積上達到更高的高度。開(kāi)發(fā)研究人員也能方便的優(yōu)化和維護。這種做產(chǎn)品的路線(xiàn)不僅能提高產(chǎn)品的競爭力，還能在開(kāi)發(fā)維護上節約時(shí)間和人力成本，可謂是一舉兩得。而開(kāi)發(fā)一款成功的 GUI 界面需要考慮的如下幾個(gè)方面：

　　（1）由于嵌入式 Linux 的硬件資源有限，無(wú)法像 PC 平臺上那樣忽略開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件的硬件開(kāi)銷(xiāo)。所以開(kāi)發(fā)的時(shí)候不僅僅要考慮到系統的 CPU、內存資源，還要考慮操作系統的底層架構，減少數據流的傳輸線(xiàn)路，統一硬件驅動(dòng)接口，減少底層平臺的差異，增加軟件的可移植性。還必須提高代碼的可讀性和算法的優(yōu)化。這樣才能做出輕量級別的 GUI。

　　（2）GUI 是面對用戶(hù)的界面，方便快捷的操作方式和清爽的操作界面才能讓產(chǎn)品抓住用戶(hù)。這就要求本研究中的 Qt 圖形 GUI 界面在保證軟件擁有方便的配置步驟和多樣的擴展功能。同時(shí) GUI 系統要做好高度集成的模塊，錯誤率要降低。

　　(3)GUI 界面必須為能夠支持二次開(kāi)發(fā),能夠快速的展示開(kāi)發(fā)平臺的特點(diǎn)，讓二次開(kāi)發(fā)者領(lǐng)悟 GUI 界面的特點(diǎn)，不僅能提高開(kāi)發(fā)效率，還能節省開(kāi)發(fā)費用，這對開(kāi)發(fā)者而言意義重大[10]。

　　本論文的主要工作是兼顧以上要求的前提下在主機上搭建 Qt 圖形界面開(kāi)發(fā)環(huán)境，在此基礎上嘗試移植主流的圖形界面來(lái)查看 Qt 環(huán)境的運行效果。

　　本論文工作是在自己搭建的 Qt 開(kāi)發(fā)環(huán)境中運行實(shí)際使用的嵌入式 Linux程序，對于運行過(guò)程中所可能出現的兼容性錯誤能夠及時(shí)的找出，借此調試 Qt 圖形仿真包的各類(lèi)參數設置，并積累這些經(jīng)驗，讓 Qt 圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境能夠更好的運用到各行業(yè)所用的嵌入式 Linux 圖形程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境的調試中。

　　Linux系統下QT圖形界面演示：

實(shí)現的界面效果截圖

初始化效果

中文環(huán)境的 QTOPIA 運行環(huán)境

啟動(dòng)窗口

C/S 模式的監控系統

瀏覽器瀏覽效果

B/S 模式運行效果

硬件設計的部分電路圖

網(wǎng)口和 USB 接口的電路圖

目 錄

　　第一章 緒論
　　　　1.1 選題的來(lái)源和依據
　　　　1.2 主要研究?jì)热?br /> 　　　　　　1.2.1 嵌入式 Linux 操作系統的介紹
　　　　　　1.2.2 嵌入式系統的特點(diǎn)
　　　　　　1.2.3 Qt/Embedded 開(kāi)發(fā)環(huán)境的介紹
　　　　　　1.2.4 QT 圖形界面開(kāi)發(fā)過(guò)程的介紹
　　　　1.3 國內外研究動(dòng)態(tài)
　　　　1.4 研究的意義
　　　　1.5 創(chuàng )新點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)
　　　　1.6 本章小結
　　第二章 嵌入式 LINUX 下 QT 界面開(kāi)發(fā)環(huán)境的介紹
　　　　2.1 RED HAT 系統的介紹及其特點(diǎn)
　　　　2.2 QT 圖形界面基礎開(kāi)發(fā)的步驟
　　　　2.3 搭建 QT 圖形界面開(kāi)發(fā)環(huán)境
　　　　2.4 QT 界面開(kāi)發(fā)環(huán)境參數的設置
　　　　2.5 QT 圖形界面開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)
　　　　2.6 本章小結
　　第三章 QT 圖形界面開(kāi)發(fā)的實(shí)現過(guò)程
　　　　3.1 總體方案的設計
　　　　3.2 設計與實(shí)現
　　　　3.3 應用中的關(guān)鍵技術(shù)
　　　　　　3.3.1 圖形的輸出
　　　　　　3.3.2 位圖的轉換
　　　　　　3.3.3 顏色的處理
　　　　　　3.3.4 漢字的輸出
　　　　3.4 本章小結
　　第四章 基于 QT 圖形界面的應用程序實(shí)例的實(shí)現
　　　　4.1 整體方案設計
　　　　4.2 模塊設計與代碼實(shí)現
　　　　4.3 關(guān)鍵參數配置
　　　　4.4 本章小結
　　第五章 基于 QT 的智能家居的圖形界面開(kāi)發(fā)
　　　　5.1 總體方案設計
　　　　5.2 設計與實(shí)現
　　　　5.3 案例中的關(guān)鍵技術(shù)
　　　　5.4 本章小結
　　第六章 基于 QT 的遠程圖像監控的圖形界面開(kāi)發(fā)
　　　　6.1 總體方案設計
　　　　6.2 設計與實(shí)現
　　　　6.3 案例中的關(guān)鍵技術(shù)
　　　　6.4 本章小結
　　第七章 總結與展望
　　　　7.1 總結
　　　　7.2 展望
　　致 謝
　　參考文獻

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