基于ARM-Linux的MiniGUI的仿真与移植

近几年，随着嵌入式系统的日益发展和32位嵌入式处理器以及图形显示设备的广泛应用，目标产品对GUI（图形用户界面）的需求越来越多。由于嵌入式系统一般实时性要求很高，所以嵌入式系统下的GUI需要具有轻量级型、占用资源少、高性能等特点。此外，嵌入式系统往往是一种定制设备，它对GUI的需求各不相同，因此，GUI必须也可以定制。而MiniGUI是一个非常适合实时嵌入式产品的高效、可靠、可定制、小巧灵活的图形用户界面支持系统，被广泛的应用于高端科技产品中。利用MiniGUI开发出良好的人机交互界面已成为嵌入式开发中的迫切需求。本文实现了在ARM-Linux环境下进行基于QVFB的MiniGUI的模拟开发、调试，通过在PC机上的仿真模拟，将应用程序完成之后，利用交叉编译工具编译产生在目标机上运行的代码，然后把MiniGUI和可执行应用程序移植到S3C2410目标板上，这样既节省了开发时间，又提高了开发效率和质量。
1 MiniGUI的特点和体系结构
      MiniGUI项目的最初目标是为基于Linux的实时嵌入式操作系统提供一个轻量级的图像用户界面支持系统。作为操作系统和应用程序之间的中间件，MiniGUI将底层操作系统与硬件平台之间的差别隐藏起来，并对上层应用程序提供了一致的功能特性。
1.1MiniGUI的特点
（1）占用资源少：MiniGUI本身占用的空间非常小，整个MiniGUI系统占用空间在2～4MB，在某些系统上，MiniGUI系统本身所占用的空间可进一步缩小到1MB以内。
（2）高性能、高可靠性：MiniGUI良好的体系结构及优化的图形接口，可确保最快的图形绘制速度。
（3）可定制配置：和Linux内核类似，MiniGUI也具有大量的编译配置选项，通过这些选项可指定MiniGUI库中包括哪些用户所需要的功能。
（4）跨操作系统支持：MiniGUI支持Linux/uClinux、eCos、uC/OS-II、VxWorks等嵌入式操作系统。同时，在不同操作系统上的MiniGUI，提供完全兼容的API接口。
1.2MiniGUI的体系结构
      从整体结构上看，MiniGUI采用的是分层设计的，结构如图1所示。

      在最底层，GAL（图形抽象层）和IAL（输入抽象层）及鼠标和键盘的驱动；中间层是MiniGUI的核心层，包括窗口系统必不可少的各个模块；最顶层是API，即编程接口。GAL和IAL为MiniGUI提供了底层的Linux控制台或者X-Window上的图形接口以及输入接口，而Pthread用于提供内核级线程支持的C函数库。利用GAL和IAL，大大提高了MiniGUI的可移植性，并且使程序开发和调试变得更加容易。
2 MiniGUI在QVFB上的仿真应用
      MiniGUI能够在PC机上运行，也能够移植到目标板上运行。在运行Linux的PC机上，MiniGUI应用程序可以通过以下两种方式运行：
（1）在X-Window上，在虚拟Frame Buffer的QVFB中运行；
（2） 在Linux的字符控制台上，在Linux内核提供的FrameBuffer驱动上运行；
      这里主要介绍MiniGUI在QVFB中的仿真运行。QVFB是Qt（Qt是Linux窗口管理器KDE使用的底层函数库）提供的一个虚拟FrameBuffer工具，该程序是基于Qt开发的。
2.1 建立MiniGUI在Linux上的运行环境
      在Linux环境下，将已经下载好的压缩安装文件qvfb-1.0.tar.gz复制到/opt目录下，在该目录下解压，利用make install命令把QVFB安装到系统默认的/usr/local/bin目录下。在X-Window环境下，打开终端，键入qvfb&命令，启动QVFB模拟程序。接下来对QVFB的运行环境进行配置，这里配置为640×480，Depth为16bit。QVFB提供了一种软件的方法，通过这种方法，可以看到自己的图像应用程序在PC上运行的效果。它能模拟不同的分辨率及显示的颜色数，因此可以模拟目标机上的嵌入式显示屏，从而大大方便了应用程序的开发与调试。
2.2 安装资源文件和配置MiniGUI的库文件
      在Linux环境下，将已下载好的压缩资源文件
minigui-res-1.3.3.tar.gz（该文件包含字体、光标、图标、位图等资源）复制到/opt/emulation目录下（emulation目录为新创建的目录），然后运行./configure脚本成功通过，就可以执行make和make install命令，将资源文件安装到系统默认的/usr/local/lib/minigui/res目录中。将下载好的压缩库文件libminigui-1.3.3.tar.gz复制到/opt/emulation目录下，输入解压缩命令然后进入解压后的目录，在该目录下输入make menuconfig，启动图像界面的配置工具，当配置完成后，输入make对库文件进行重新编译，如果编译成功，输入make install命令，将MiniGUI库安装到默认的/usr /local/lib/目录下。接下来，查看文件/etc /ld.so.conf，如果文件中没有/usr/local/lib这一行，将该行添加到文件的最后，然后执行ldconfig。
2.3 MiniGUI在QVFB上的仿真
      将已下载的mg-samples-1.3.1和mde -1.3.0.tar.gz复制到/opt/emlation/目录下，在终端下进入该目录，依次执行./configure和make命令，将这些示例程序编译成能够在QVFB上可执行的程序。首先修改/usr/local/etc目录下的配置文件MiniGUI.cfg，将gal_engine=fbcon改为gal_engine=qvfb，ial_engine=console改为ial_engine=qvfb。然后使用qvfb&命令启动qvfb，运行/opt /emulation /mg-samples/src目录中的可执行程序，如bomb，即可看到运行在QVFB内的MiniGUI程序，如图2所示：


[!--empirenews.page--]3 MiniGUI在S3C2410上的移植
3.1安装MiniGUI资源文件
      在PC机的/opt目录下创建target目录，将资源文件minigui-res-1.3.3.tar.gz复制到/opt/target目录下进行解压，编辑/opt/target /minigui-res-1.3.3目录下的config.linux文件，将“TOPDIR=”改为“TOPDIR= /opt /target/minigui”，保存退出。然后输入make install将资源文件安装在/opt/target /minigui /usr/local/lib/minigui/res目录下。同时把/opt/target/minigui/usr/local/lib目录下的minigui目录复制到需要制作的文件系统的文件夹中。
3.2 配置安装MiniGUI库文件
      在编译MiniGUI的库文件libminigui -1.3.3之前，首先要正确安装了交叉编译器，即armv41-unknow-linux系列的交叉编译器。使用交叉编译器可以把libminigui-1.3.3库文件编译成一个动态链接库，通过调用该动态链接库，可以正确运行MiniGUI的应用程序。在/opt/target /libminigui-1.3.3下，输入命令make menuconfig进行配置。当配置完成后，保存退出。然后输入make和make install，这样就将交叉编译后的MiniGUI库文件安装在/opt/host/armv41/armv41–unkn own-linux/lib目录下，分别是libminigui-1. 3.so.3.0.0和libmgext -1.3.so.3.0.0。同时，还有指向这些库的符号链接，指向库文件libminigui-1.3.so.3.0.0的符号链接是libminigui -1.3.so.3和libminigui.so，指向库文件libmgext-1.3.so.3.0.0符号链接是libgext  -1.3.so.3和lib-mgext.so。MiniGUI所使用的头文件安装在/opt/host/armv41/armv41  -unknown-linux/include/minigui文件夹内。同时在/opt/host/armv41/armv41-unknown– linux/etc/中还有一个minigui.cfg的配置文件。
3.3 MiniGUI的移植
      将MiniGUI成功移植到S3C2410目标板上，一般要经过以下几个过程：
（1） 把MiniGUI库文件libminigui-1.3. so.3.0.0和libgext -1.3.so.3.0.0，以及它们的符号链接文件，一同复制到要制作成cramfs文件系统的目录root_tech中的/lib下。
（2） 把/opt/target/minigui/usr/local/lib下的minigui目录复制到要制作cramfs文件系统的目录中，比如放到该目录的/usr/sbin/下。当嵌入式系统运行时，应用程序在该minigui目录下调用相关的资源文件。
（3） 在root_tech文件夹内，用mkdir –p /opt/host/armv41/armv41-unknown-linux/ 命令创建一个目录，然后使用命令ln –s /lib /opt/host/armv41/armv41-unknown-linux/lib创建符号链接，上述命令确保系统能够找到正确的动态链接库。
（4） 修改/opt/host/armv41/armv41–un known–linux/etc目录下的MiniGUI.cfg文件，把存放资源的路径改为root_tech目录下对应的路径，从而使应用程序能够找到它使用的资源文件。例如，在PC机上的存放路径为/usr/local/lib，那么在root_tech目录下，如果把MiniGUI资源目录放到了/usr/sbin下，则MiniGUI.cfg文件中的路径必须由/usr/local/lib改为/usr/sbin/，同时还要将“ial_engine=console”改为“ial_engine =ads”。另外，将[fbcon]下的“defaultmode =1024×768-16 bpp”改为“defaultmode =640×480-16 bpp”。将修改后的MiniGUI.cfg文件要放到root_tech目录的/mnt/etc目录下。
（5） 最后，把准备好的root_tech文件夹，利用mkcramfs命令生成cramfs文件系统，利用NFS网络文件系统将生成的文件系统移植到S3C2410中。然后从minicom下进入可执行文件所在的目录/usr/sbin，可执行程序bomb在S3C2410目标板上运行的结果如下图3所示：


4结束语
      本文将MiniGUI-1.3.3版本在ARM - Linux环境下，首先在QVFB中进行了仿真应用，同时经过交叉编译后成功的移植到了S3C2410开发板的硬件平台上，试验结果表明能够稳定可靠的运行，为后续基于图形用户界面程序的实际项目的开发与应用打下了基础。随着嵌入式产品应用领域的日益增长，基于MiniGUI开发出良好的人机交互界面，是嵌入式发展的趋势，同时也拥有广阔的市场前景。