【正文】 的完善以及圖形顯示設(shè)備的廣泛應(yīng)用，目標(biāo)產(chǎn)品對(duì)Linux操作系統(tǒng)的需求越來(lái)越多，要求也越來(lái)越高。據(jù)調(diào)查，目前國(guó)際上有兩百多種嵌入式操作系統(tǒng)，這些嵌入式操作系統(tǒng)可以分為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)兩種。Linux本身的種種特性使其成為嵌入式開(kāi)發(fā)的首選。隨著嵌入式Linux技術(shù)的成熟，定制需要的尺寸尤為方便，同時(shí)支持更多平臺(tái)，并從早期的試用階段邁進(jìn)到成為嵌入式市場(chǎng)的主流。預(yù)計(jì)在服務(wù)器市場(chǎng)上，Linux在未來(lái)幾年將以每年25%的速度增長(zhǎng)，中國(guó)Linux市場(chǎng)更是保持40%左右的增長(zhǎng)速度。作為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，KDE（Koll Desktop Environment，k桌面環(huán)境）桌面系統(tǒng)對(duì)于嵌入式窗口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很大參考價(jià)值，Qt/Embedded給嵌入式窗口系統(tǒng)提供了很好的框架，提供了豐富的窗口小部件(Widgets)，并且還支持窗口部件的定制，因此它可以為用戶提供漂亮的圖形界面。2. 嵌入式系統(tǒng)和嵌入式Linux嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件和嵌入式軟件系統(tǒng)組成，它是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的“器件”。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤(pán)那樣大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)，而大多使用閃存（Flash Memory）作為存儲(chǔ)介質(zhì)?？傮w看來(lái)，嵌入式系統(tǒng)具有便利靈活、性能價(jià)格比高、嵌入性強(qiáng)等特點(diǎn)，而嵌入式Linux由于它的開(kāi)源性、內(nèi)核的健壯性和穩(wěn)定性、可裁減性、成為了嵌入式操作系統(tǒng)的新寵。 嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)是集軟、硬件于一體的可獨(dú)立工作的“器件”。這種系統(tǒng)有別于一般的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，它不像硬盤(pán)那樣有大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)，而大多使用EPROM、EEPROM或閃存Flash Memory作為存儲(chǔ)介質(zhì)。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)則控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。比較權(quán)威的定義有兩種，一種是，國(guó)內(nèi)的一般的定義：嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件和硬件的綜合體，它是以應(yīng)用為中心和以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的，并且軟硬件是可以裁減的，能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等指標(biāo)的嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。兩種定義分別是在不同方面來(lái)闡述嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以將嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)單的理解為一種軟件和硬件的綜合體，將電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)與具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一種體型小巧、功能強(qiáng)大的集成系統(tǒng)。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部分，它與通用處理器最大的區(qū)別在于，嵌入式處理器大多工作在為特定用戶群所專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它將通用處理器中許多由板卡完成的任務(wù)集成到芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。外圍設(shè)備在嵌入式系統(tǒng)中主要用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能，如存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。嵌入式操作系統(tǒng)不僅具有通用操作系統(tǒng)的一般功能，如向上提供對(duì)用戶的接口(如圖形界面、庫(kù)函數(shù)API等)，向下提供與硬件設(shè)備交互的接口(硬件驅(qū)動(dòng)程序)，管理復(fù)雜的資源系統(tǒng)，同時(shí)它還在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、硬件依賴(lài)性、軟件固化性以及應(yīng)用專(zhuān)用性等方面具有更加鮮明的特點(diǎn)。常用的嵌入式操作系統(tǒng)有如下幾種：WinCE，Vxworks，Symbian，Linux，uClinux，ETLinux等。 嵌入式linux嵌入式 Linux是以Linux為基礎(chǔ)的嵌入式作業(yè)系統(tǒng)，它被廣泛應(yīng)用在移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、媒體播放器、消費(fèi)性電子產(chǎn)品以及航空航天等領(lǐng)域中。嵌入式linux既繼承了Internet上無(wú)限的開(kāi)放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性。嵌入式Linux既繼承了Internet上無(wú)限的開(kāi)放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性。購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用媒介成本技術(shù)支持全世界的自由軟件開(kāi)發(fā)者提供支持網(wǎng)絡(luò)特性免費(fèi)，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開(kāi)放，有許多應(yīng)用軟件支持，應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速，因?yàn)橛性S多公開(kāi)的代碼可以參考和移植，實(shí)時(shí)性能RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式Linux支持，實(shí)時(shí)性能穩(wěn)定性好安全性好。第三，Linux是免費(fèi)的OS，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力。到目前為止，它可以支持二三十種CPU。很多CPU包括家電業(yè)芯片，都開(kāi)始做Linux的平臺(tái)移植工作。也就是說(shuō)，如果今天用Linux環(huán)境開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，那么將來(lái)?yè)QCPU就不會(huì)遇到困擾。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太網(wǎng)絡(luò)，以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，Toker ring(令牌環(huán)網(wǎng))、光纖甚至衛(wèi)星的支持。現(xiàn)今Linux已經(jīng)在嵌入式領(lǐng)域顯示了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。凡遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所開(kāi)發(fā)的硬件和軟件，都能彼此兼容，可方便地實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。（3）多任務(wù)：是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要的一個(gè)特點(diǎn)，是指計(jì)算機(jī)同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序，而且各個(gè)程序的運(yùn)行互相獨(dú)立。（4）良好的用戶界面：Linux向用戶提供了3種界面：傳統(tǒng)操作界面、系統(tǒng)調(diào)用界面和圖形用戶界面。（5）設(shè)備獨(dú)立性：是指操作系統(tǒng)把所有外部設(shè)備統(tǒng)一當(dāng)作文件看待，只要安裝它們的驅(qū)動(dòng)程序，任何用戶都可以像使用文件一樣，操縱、使用這些設(shè)備，而不必知道它們的具體形式。（6）良好的移植性：經(jīng)過(guò)內(nèi)核開(kāi)發(fā)者的努力。Linux的低成本和開(kāi)放性，使其廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。其中有三個(gè)最顯著的改進(jìn)：采用可搶占內(nèi)核、更加有效的調(diào)度算法以及同步性的提高。 linux內(nèi)核描述操作系統(tǒng)是一個(gè)用來(lái)和硬件打交道并為用戶程序提供一個(gè)有限服務(wù)集的低級(jí)支撐軟件。計(jì)算機(jī)的硬件，含有外圍設(shè)備、處理器、內(nèi)存、硬盤(pán)和其他的電子設(shè)備組成計(jì)算機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。完成這個(gè)控制工作的軟件就稱(chēng)為操作系統(tǒng)，在Linux的術(shù)語(yǔ)中被稱(chēng)為“內(nèi)核”，也可以稱(chēng)為“核心”。Linux最早是由芬蘭人Linus Torvalds設(shè)計(jì)的。T許可協(xié)議的約束，為教學(xué)科研提供一個(gè)操作系統(tǒng)。Minix具有較多UNIX的特點(diǎn)，但與UNIX不完全兼容。整個(gè)故事從兩個(gè)在端終上打印AAAA...和BBBB...的進(jìn)程開(kāi)始的。Linus Torvalds在這種簡(jiǎn)單的任務(wù)切換機(jī)制上進(jìn)行擴(kuò)展，并在很多熱心支持者的幫助下開(kāi)發(fā)和推出了Linux的第一個(gè)穩(wěn)定的工作版本。當(dāng)Linux非常接近于一種可靠的/穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)。截至那時(shí)為止，它的用戶基數(shù)已經(jīng)發(fā)展得很大，而且Linux的核心開(kāi)發(fā)隊(duì)伍也建立起來(lái)了。Red Hat、Novell、Debian和Gentoo等Linux發(fā)行商都采用Linux內(nèi)核，然后加入更多的工具、庫(kù)和應(yīng)用程序來(lái)構(gòu)建一個(gè)完整的操作系統(tǒng)。 linux內(nèi)核系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Linux 內(nèi)核主要由5個(gè)模塊構(gòu)成，它們分別是：進(jìn)程調(diào)度模塊、內(nèi)存管理模塊、文件系統(tǒng)模塊、進(jìn)程間通信模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊。所采取的調(diào)度策略是各進(jìn)程能夠公平合理地訪問(wèn)CPU，同時(shí)保證內(nèi)核能及時(shí)地執(zhí)行硬件操作。并可以利用文件系統(tǒng)把暫時(shí)不用的內(nèi)存數(shù)據(jù)塊交換到外部存儲(chǔ)設(shè)備上去，當(dāng)需要時(shí)再交換回來(lái)。虛擬文件系統(tǒng)模塊通過(guò)向所有的外部存儲(chǔ)設(shè)備提供一個(gè)通用的文件接口，隱藏了各種硬件設(shè)備的不同細(xì)節(jié)。進(jìn)程間通信模塊子系統(tǒng)用于支持多種進(jìn)程間的信息交換方式?！　∵@幾個(gè)模塊之間的依賴(lài)關(guān)系如圖21所示。圖2 1 Linux內(nèi)存系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)及相互依賴(lài)關(guān)系由圖可以看出，所有的模塊都與進(jìn)程調(diào)度模塊存在依賴(lài)關(guān)系。通常，一個(gè)模塊會(huì)在等待硬件操作期間被掛起，而在操作完成后才可繼續(xù)運(yùn)行。另外3個(gè)模塊也是由于類(lèi)似的原因而與進(jìn)程調(diào)度模塊存在依賴(lài)關(guān)系。進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)需要使用內(nèi)存管理來(lái)調(diào)整一特定進(jìn)程所使用的物理內(nèi)存空間。這種通信機(jī)制允許兩個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)內(nèi)存的同一個(gè)區(qū)域以進(jìn)行進(jìn)程間信息的交換。而內(nèi)存管理子系統(tǒng)也會(huì)使用文件系統(tǒng)來(lái)支持內(nèi)存數(shù)據(jù)塊的交換操作。2代表主版本號(hào)，6代表次版本號(hào)，0代表改動(dòng)較小的末版本號(hào)。這樣穩(wěn)定版本來(lái)源于上一個(gè)測(cè)試版升級(jí)版本號(hào)，而一個(gè)穩(wěn)定版本發(fā)展到完全成熟后就不再發(fā)展。優(yōu)點(diǎn)更加突出：（1）模塊子系統(tǒng)（Module Subsystem）、統(tǒng)一設(shè)備模型（Unified Device Model）和 PNP支持模塊子系統(tǒng)發(fā)生了重大變化。（3）統(tǒng)一設(shè)備模型：。電源管理和設(shè)備電源狀態(tài)。（4）即插即用支持：。（5）內(nèi)核基礎(chǔ)設(shè)施的變化：。內(nèi)存支持，NUMA支持，支持更大數(shù)量的RAM。（6）NUMA：對(duì)非一致內(nèi)核訪問(wèn)（NonUniform Memory Access，簡(jiǎn)稱(chēng)NUMA）。NPTL為L(zhǎng)inux帶來(lái)了企業(yè)級(jí)線程支持，提供的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了Linux Threads。（8）性能改進(jìn)：新的調(diào)度器算法， (1)算法。新的調(diào)度器基于每個(gè)CPU來(lái)分布時(shí)間片，這樣就消除了全局同步和重新分配循環(huán)，從而提高了性能。這將顯著地提高交互式和多媒體應(yīng)用程序的性能。快速用戶空間互斥（Fast UserSpace Mutexes），“futexes”（快速用戶空間互斥）可以使線程串行化以避免競(jìng)態(tài)條件，引入它也提高了響應(yīng)速度。（9）擴(kuò)展性改進(jìn)：處理器數(shù)目更多。用戶和組，惟一用戶和組的數(shù)量從65000增至40多億，也就是從16位增加到了32位。打開(kāi)文件描述符的數(shù)量，打開(kāi)文件描述符的數(shù)量沒(méi)有增加，但是不再需要事先設(shè)置該參數(shù)，它將自行調(diào)節(jié)。不但可以支持更多類(lèi)型的設(shè)備，而且支持更多同類(lèi)型的設(shè)備。文件系統(tǒng)大小。最值得注意的改進(jìn)是擴(kuò)展屬性（或文件元數(shù)據(jù)）的引入。除了對(duì)傳統(tǒng)Linux文件系統(tǒng)的改進(jìn)支持以外，新的內(nèi)核完全支持在Linux中相對(duì)較新的XFS文件系統(tǒng)。，支持的文件系統(tǒng)有：——Yaffs 可讀寫(xiě)的文件系統(tǒng)，默認(rèn)使用?！狤xt2 接硬盤(pán)時(shí)可使用。——NFS 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，可方便調(diào)試應(yīng)用程序以及驅(qū)動(dòng)程序。 圖形用戶界面概述所謂GUI（Graphics User Interface）就是圖形用戶界面，是指計(jì)算機(jī)與其使用者之間的對(duì)話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。用戶模型包含了顯示和交互的主要特征。桌面管理系統(tǒng)用戶模型窗口模型顯示模型操作系統(tǒng)硬件平臺(tái)圖31 圖形用戶界面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)當(dāng)前嵌入式Linux系統(tǒng)迫切需要輕量級(jí)的GUI，幸運(yùn)的是，不少?gòu)S家和開(kāi)放源碼組織已經(jīng)提供了這樣的GUI，如Qt/Embedded，Microwindows，MiniGUI等。比如，應(yīng)用程序的用戶界面就需要精心定制，來(lái)方便用戶在較小尺寸的屏幕上輸入輸出；又如，嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用程序一般不允許崩潰，所以必須采取安全有效的內(nèi)存管理策略保證程序的可靠性。所以嵌入式GUI不但要有GUI的特征，在實(shí)際應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)對(duì)它來(lái)說(shuō)還有如下的基本要求：占用資源少，高性能，高可靠性，可配置下面，我們將簡(jiǎn)要介紹集中常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)的GUI，并對(duì)他們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。它和MiniGUI一樣，也是使用LGPL許可證。OpenGUI功能強(qiáng)大、使用方便。OpenGUI支持鼠標(biāo)和鍵盤(pán)的事件。Linux下OpenGUI也支持Mesa3D。由于其基于匯編實(shí)現(xiàn)的內(nèi)核并利用MMX指令進(jìn)行了優(yōu)化，OpenGUI運(yùn)行速度非?？欤梢杂肬ltraFast形容，它支持32位的機(jī)器，能夠在MSDOS，QNX5和Linux下運(yùn)行，主要用來(lái)在這些系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)圖形應(yīng)用程序和游戲。2）MiniGUIMiniGUI 是 Linux 控制臺(tái)上運(yùn)行的，基于 SVGALib 和 LinuxThread6 庫(kù)的多窗口圖形用戶界面支持系統(tǒng)。 MiniGUI也是一個(gè)窗口系統(tǒng)，他的主要組成元素是窗口，在這個(gè)基礎(chǔ)上 MiniGUI 中的窗口可以基本分四類(lèi)，分別為主窗口、對(duì)話框、控件和主窗口中的窗片。每個(gè)線程有一個(gè)消息隊(duì)列，主窗口從這一消息隊(duì)列中獲取消息并由窗口過(guò)程（回調(diào)函數(shù)）進(jìn)行處理。同時(shí)MiniGUI又將盡力與微軟的 MSWindows API保持兼容。3）QT/EmbeddedQt是Trolltech 公司的一個(gè)產(chǎn)品，是一個(gè)多平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架。Qt是完全面向?qū)ο蟮暮苋菀讛U(kuò)展，并且允許真正地組件編程。Qt也是流行的Linux桌面環(huán)境KDE 的基礎(chǔ)，KDE是所有主要的Linux發(fā)行版的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件。Qt/Embedded是Qt的嵌入式Linux端口，是完整的自包含C++GUI和基于Linux的嵌入式平臺(tái)開(kāi)發(fā)工具。Qt/Embedded可以開(kāi)發(fā)市場(chǎng)上多種類(lèi)型的產(chǎn)品和設(shè)備，從消費(fèi)電器（移動(dòng)電話、聯(lián)網(wǎng)板和set top盒）到工業(yè)控制設(shè)備（如醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、移動(dòng)信息系統(tǒng)等）。Qt/Embedded 對(duì)存儲(chǔ)內(nèi)存的需求約在800kB到3MB（Intel 下x86）。圖32 Qt視窗環(huán)境架構(gòu)圖綜上所述，我們把前面幾種GUI進(jìn)行了對(duì)比，如表33所示。在桌面上由于可以重疊顯示窗口，因此可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)化。桌面與既存的文件夾構(gòu)成里面相違背，所以要以特殊位置的文件夾的參照形式來(lái)定義內(nèi)容。 墻紙，即桌面背景。 視窗：應(yīng)用程序?yàn)槭褂脭?shù)據(jù)而在圖形用戶界面中設(shè)置的基本單元。在窗口中，用戶可以在窗口中操作應(yīng)用程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理、生成和編輯。 在窗口中，根據(jù)各種數(shù)據(jù)/應(yīng)用程序的內(nèi)容設(shè)有標(biāo)題欄，一般放在窗口的最上方，并在其中設(shè)有最大化、最小化（隱藏窗口，并非消除數(shù)據(jù)）、最前面、縮進(jìn)（僅顯示標(biāo)題欄）等動(dòng)作按鈕，可以簡(jiǎn)單地對(duì)窗口進(jìn)行操作。在這種情況下，數(shù)據(jù)和顯示窗口的數(shù)量是一樣的。因此窗口數(shù)量多，管理復(fù)雜。這種情況下，窗口的管理簡(jiǎn)單化，但是操作變?yōu)殡p重管理。 上述中，多文件界面主要是微軟視窗系統(tǒng)采用。 菜單：將系統(tǒng)可以執(zhí)行的命令以階層的方式顯示出來(lái)的一個(gè)界面。重要程度一般是從左到右，越往右重要度越低。一般使用鼠標(biāo)的第一按鈕進(jìn)行操作。根據(jù)調(diào)出位置的不同，菜單內(nèi)容即時(shí)變化，列出所指示的對(duì)象目前可以進(jìn)行的操作。數(shù)據(jù)管理程序，即在文件夾中用戶數(shù)據(jù)的管理、進(jìn)行特定數(shù)據(jù)管理的程序的情況下，數(shù)據(jù)通過(guò)圖標(biāo)顯示出來(lái)。另外，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)的圖標(biāo)，一般可以之間完成啟動(dòng)相關(guān)應(yīng)用程序以后再顯示數(shù)據(jù)本身這兩個(gè)步驟的工作。 按鈕：菜單中，利用程度高的命令用圖形表示出來(lái)，配置在應(yīng)用程序中，成為按鈕。一些使用程度高的命令，不必通過(guò)菜單一層層翻動(dòng)才能調(diào)出，極大提高了工作效率。 Qt/Embedded分析Qt/Embedded是Troll tech公司開(kāi)發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本，Qt是KDE等項(xiàng)目使用的GUI支持庫(kù)，許多基于Qt的X Window程序可以非常方便地移植到Qt/Embedded上。同時(shí)將外部輸入設(shè)備抽象為keyboard和mouse輸入事件，底層接口支持鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏，以及用戶自定義的設(shè)備。在Qt/Embedded中，QWSServer類(lèi)主要完成服務(wù)器的構(gòu)