【正文】 status quo, and then introduces the design input method the implementation of the environment (Qt/Embedded) and related technologies, the development principle, etc., and on the basis of the pletion of the GUI design and the realization of the input developed an excellent interface (soft keyboard) of Chinese pinyin input method. KEY WORDS Pinyin input method, embedded Linux, Qt/E, the GUI1 1 緒論 目前， 3G 已經(jīng)發(fā)展到鼎盛時(shí)期， 4G 也正在加速建設(shè)中，這些技術(shù)的快速前進(jìn)，讓我們隨時(shí)隨地連接互聯(lián)網(wǎng)成為了可能，這也使得嵌入式系統(tǒng)在性能與應(yīng)用領(lǐng)域上有了很大的進(jìn)步，眾多智能終端產(chǎn)品中廣泛采用液晶顯示屏 和 軟 鍵盤 組成的 人機(jī)交互界面。一般的產(chǎn)品可能僅需要一個(gè)信息顯示（例如報(bào)警燈）就可以了 ，而在 一些比較復(fù)雜的產(chǎn)品中 ，還要求 具備 文 字、數(shù)字等 輸入 的功能 。現(xiàn)在市面上雖然有很多種基于嵌入式開發(fā)的輸入法。 課題的背景 嵌入式從 誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有幾十年的歷史了，其在國防建設(shè)、通信網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)、醫(yī)療、消費(fèi)電子（如安卓手機(jī)、平板電腦等）、智能家居等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，這些產(chǎn)品的應(yīng)用在很大的程度改變了人們的生活、工作、和娛樂方式，讓用戶更加容易地掌控身邊的信息和設(shè)備，在提高人們生活效率的同時(shí)也很大程度的提高了人們的生活質(zhì)量。利用嵌入式功耗低、可靠性與穩(wěn)定性好、體積小等特點(diǎn)，將嵌入式應(yīng)用到一些微小的智能終端中是嵌入式的未來發(fā)展方向，目前比較成功的案例如安卓手機(jī)和 ios 手機(jī)，其就是依照嵌入式開發(fā)的手機(jī)系統(tǒng)，已經(jīng)遍布世界各地。 諾基亞公司針對(duì)嵌入式系統(tǒng)發(fā)布了 Qt/E 開發(fā)平臺(tái)，如今該平臺(tái)已經(jīng)成為嵌入基于 Linux 的拼音輸入法設(shè)計(jì) 式 GUI 開發(fā)的主要平臺(tái)。 課題的 目的與意義 嵌入式產(chǎn)業(yè)在最近幾十年得到了高速發(fā)展，其在國防建設(shè)、通信網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)、醫(yī)療、消費(fèi)電子（如手機(jī)，平板電腦等）、智能家居等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，這些產(chǎn)品的使用在改變?nèi)藗兩罘绞降耐瑫r(shí)也提高人們生活效率和生活質(zhì)量。是我們與設(shè)備進(jìn)行“交流”的媒介。一個(gè)優(yōu)秀的 GUI 應(yīng)具有輕型 ?占用資源少 ?高可靠性 ?高性能 ?便于移植 ?可配置 ?擴(kuò)展性好 的特點(diǎn)。也對(duì)嵌入式的發(fā)展起著很大的促進(jìn)作用。最近幾年，液晶電阻屏和電容屏的發(fā)展也廣泛應(yīng)用到這些產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)了很好的 GUI 支持。而在大部分的移動(dòng)終端中 ，還需要實(shí)現(xiàn)文字和符號(hào)的輸入功能，例如手機(jī)，平板等。目前關(guān)于嵌入式中文輸入法開發(fā)，主基于 Linux 的拼音輸入法設(shè)計(jì) 要有如下兩種開發(fā)形式： (1)其一是從一般 PC 機(jī) Windows 系統(tǒng)下移植現(xiàn)有的中文輸入法，雖然這種方式開發(fā)效率很高，但這種形式開發(fā)的輸入法需要得到 Windows 系統(tǒng)下的 X lib 庫的支持，這就不可避免地造成系統(tǒng)資源浪費(fèi)，進(jìn)而大大的影響了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。 目前國內(nèi)外的中文輸入法編碼方法基本上都是依據(jù)漢字的音、形、義與特定的按鍵進(jìn)行相關(guān)聯(lián)，然后通過聯(lián)想、查詢的方式進(jìn)行輸入的。按照編碼類型來分，目前比較流行的輸入法安類別分有拼音輸入法、五 筆字型輸入法、數(shù)字輸入法、二筆輸入法等。 課題 研究的現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài) 本文主要講述了一種在 Qt/E 平臺(tái)下開發(fā)的嵌入式拼音輸入法的研究和實(shí)現(xiàn)原理。在此基礎(chǔ)上對(duì)嵌入式系統(tǒng)和嵌入式Linux 系統(tǒng)有一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)，開發(fā)一款針對(duì)國內(nèi)用戶的具有優(yōu)秀交互界面的并且功能完善的嵌入式中文拼音輸入法， 該輸入法可以實(shí)現(xiàn)中文、英文、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)以及常用符號(hào)的輸入和相互切換，并且輸入法穩(wěn)定性、安全性以及可靠性都相當(dāng)出色，與此同時(shí)移植性和擴(kuò)展性也很好。通過便捷式智能終端來管理我們生活中所遇到的各種信息已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，也是嵌入式前進(jìn)的方向 。這種控制器可通過匯編語言進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，通常不含操作系統(tǒng)。由于其就有不錯(cuò)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，初期階段在工業(yè)控制領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展。因此對(duì)系統(tǒng)的處理效率，存儲(chǔ)量以及接口都有著更高的要求，這種形式的系統(tǒng)已經(jīng)不適合現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。以嵌入式微處理器為基礎(chǔ)嵌入式發(fā)展的第 二階段。其主要特點(diǎn)是處理器版本出現(xiàn)了很多種，但由于擴(kuò)展性和移植性的原因，相互間的通用性較弱 。但是沒有良好的用戶界面，人機(jī)交互效果不好。這一階段的嵌基于 Linux 的拼音輸入法設(shè)計(jì) 入式系統(tǒng)在繼承之前階段系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，進(jìn)一步的提高了嵌入式系統(tǒng)的通用性，擴(kuò)展性以及可移植性，使嵌入式系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同的嵌入式處理器上，兼容性得到大幅度的提高；操作系統(tǒng)內(nèi)核變得更加精小、使得開發(fā)更加微小的產(chǎn)品成為可能；具備文 件和目錄管理功能、支持設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)連接、支持多任務(wù)處理功能，為產(chǎn)品間的通信提供了可能；這個(gè)階段的用戶界面方面已經(jīng)有很好的發(fā)展，出現(xiàn)了很多經(jīng)典而且好用的用戶界面和大量應(yīng)用接口，應(yīng)用軟件豐富。也 是 現(xiàn)階段正處于的 發(fā)展階段。 通過近十年來發(fā)展 ,所支持的平臺(tái)數(shù)量和種類不斷增加，縱觀嵌入式的發(fā)展，呈現(xiàn)以下五 大前進(jìn)趨勢(shì) : （ 1）嵌入式內(nèi)核向微型化，模塊化發(fā)展，系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性得到進(jìn)一步的提高。 （ 3）隨著自由開源的軟件技術(shù)越來越受到開發(fā)者的青睞，在系統(tǒng)核心源代碼堅(jiān)持開源的嵌入式 Linux 將漸成為主流操作系統(tǒng)之一。 （ 5）嵌入式軟件與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、普通計(jì)算系統(tǒng)及產(chǎn)品的結(jié)合發(fā)展趨勢(shì)將加劇。 縱觀嵌入式目前的發(fā)展，其已經(jīng)在很多應(yīng)用領(lǐng)域成功進(jìn)軍，這些領(lǐng)域的發(fā)展將成為未來科技領(lǐng)域的發(fā)展方向，也是未來嵌入式發(fā)展展望，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用如圖基于 Linux 的拼音輸入法設(shè)計(jì) 21 所示。這些產(chǎn)品通過網(wǎng)絡(luò)相互連接在一起，然后把信息統(tǒng)一反饋統(tǒng)一終端進(jìn)行管理，真正實(shí)現(xiàn)智能生活。也可以說 Linux 系統(tǒng)是一類 Unix 操作系統(tǒng)的總稱。 Linux 系統(tǒng)的發(fā)展 相對(duì)于 window 系統(tǒng)來說， Linux 最大的特點(diǎn)就是其核心代碼是對(duì)外公布的，而 window 是封閉的。 1983 年理基于 Linux 的拼音輸入法設(shè)計(jì) 察斯托曼創(chuàng)立了 GNU（ GNU Project）計(jì)劃。 理察斯托曼的這一計(jì)劃得到了廣大專業(yè)程序員的支持，越來越多的優(yōu)秀程序員自愿地加入到這個(gè)項(xiàng)目中來，自愿地開發(fā) Linux 系統(tǒng) 的應(yīng)用程序，并借助 Inter 平臺(tái)與大家一起分享成果。 Linux 系統(tǒng)是一個(gè)完全 free 的操作系統(tǒng)，這種 free 不僅僅指任何人可以自由的在互聯(lián)網(wǎng)上下載，上傳 Linux 操作系統(tǒng)，更重要的是它的 free 包含用戶可以自由地修改 Linux 系統(tǒng)的源代碼，從而根據(jù)自己的需求開發(fā)一款專用的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的個(gè)人定制，并且自己還可以把自己的修改成果上傳到特定的 Linux交流平臺(tái)上，供大家參考學(xué)習(xí)，這樣既提高了自己的能力也幫助的 Linux 系統(tǒng)修復(fù)BUG 和進(jìn)行系統(tǒng)的更新，進(jìn)而也促進(jìn) 了 Linux 的發(fā)展。其中比較有名且應(yīng)用廣泛的 版本有 Ubuntu 、 Red Hat、 Suse、Fedora Core、 Red Flag 等幾種。馬修這個(gè) 計(jì)劃的目的是開發(fā)一個(gè)對(duì)任何人都完全免費(fèi)的Unixlike 系統(tǒng)，從而打破操作系統(tǒng)的源碼只在少數(shù)人手中的限制，打破軟件技術(shù)發(fā)展的瓶頸。可以很清楚的知道 Linux 從誕生之初就注定是一個(gè)完全 free 的操作系統(tǒng)，這種 free 不僅僅指任何人可以自由的在互聯(lián)網(wǎng)上下載，上傳 Linux 操作系統(tǒng)，更重要的是它的 free 包含用戶可以子自由地修改 Linux 系統(tǒng)的源代碼，從而根據(jù)自己的需求開發(fā)一款專用的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)現(xiàn)個(gè)人系統(tǒng)定制。 基于 Linux 的拼音輸入法設(shè)計(jì) （ 2）多用 戶：多用戶特性意思是系統(tǒng)資源可以被不同用戶使用，彼此間的資源權(quán)限不沖突，調(diào)用時(shí)互不影響。它是指計(jì)算機(jī)在各個(gè)程序的運(yùn)行互相獨(dú)立的情況下同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。 （ 4）良好的用戶界面： Linux 支持兩種完全不同的操 作界面，分別是用戶界面和系統(tǒng)調(diào)用。這樣的好處是用戶可以在編程時(shí)直接系統(tǒng)調(diào)用命令，從而提高開發(fā)效率。這種界面也是很多專業(yè)用戶和非專業(yè)用戶最常用的用戶界面。 （ 6）豐富的網(wǎng)絡(luò)功能： Linux 為用戶提供了完善而強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，并且擁有大量支持 Inter 的軟件，用戶能通過 Linux 與在世界任何一個(gè)有網(wǎng)絡(luò)的地方的其他人進(jìn)行通信。 （ 7）可靠的系統(tǒng)安全： Linux 采取了許多安全技術(shù)措施，這些措施遍布包括對(duì)讀、寫控制、審計(jì)跟蹤、帶保護(hù)的子系統(tǒng)、核心授權(quán)等各方面，為用戶提供一個(gè)安全可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 Linux 具備可移植特性，這一特性為運(yùn)行 Linux 的不同計(jì)算機(jī)在不增加特殊的和昂貴的通信接口的情況下與其他機(jī)器進(jìn)行通信提供了手段。 GUI 系統(tǒng)已經(jīng)有了越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)于嵌入式軟件而言，GUI 是衡量一款軟件好用與否最直接的方法。從上世紀(jì) 90 年代起， GUI 作為人機(jī)交互的接口就已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。相比傳統(tǒng)的命令行接口方式， GUI 系統(tǒng)為非專業(yè)程序用戶提供了很友好的交互界面，讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單起來，使用戶可以很快的接受系統(tǒng)的操作，也使很多程序員從枯燥的界面中解脫出來。 早期階段的 GUI 系統(tǒng)之所以被應(yīng)用的比較少，原因有兩個(gè)：一是從功能方面考慮，早期階段的嵌入式系統(tǒng)只要應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域，所需要的嵌入式系統(tǒng)邏輯很簡(jiǎn)單，從中所需要獲取的信息也很少，用戶只需要通過幾個(gè)簡(jiǎn)單的指示燈或者簡(jiǎn)單的按鍵進(jìn)行信息判斷和控制就行了，不需要很復(fù)雜的顯示系統(tǒng)。但隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和普及，特別是處理器的計(jì)算能力和內(nèi)存越來越強(qiáng)， GUI 系統(tǒng)在人機(jī)交互方面的優(yōu)勢(shì)才被展現(xiàn)出來，當(dāng)智能手機(jī)、 PDA 等系統(tǒng)相繼出現(xiàn)并流行后，意味著嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)不是僅僅給個(gè)別專業(yè)操作人員所使用的，而需要適用于很廣泛的群眾。 GUI 系統(tǒng)需要最終向用戶提供輸出和輸入兩個(gè)方面。 嵌入式 GUI 系統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般秉承精簡(jiǎn)、高效的原則，其軟件的層次結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。 基于 Linux 的拼音輸入法設(shè)計(jì) 圖 23 嵌入式系統(tǒng)的軟件架構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)的硬件分為處理器（通常包含 CPU 和片內(nèi)設(shè)備）、內(nèi)存、板級(jí)硬件幾個(gè)部分。片內(nèi)設(shè)備是處理器內(nèi)部的硬件模塊，比較重要的包括內(nèi)存管理器、中斷控制器、定時(shí)器、 GPIO 等。板級(jí)的硬件包含了嵌入式系統(tǒng)中需要，但是處理器片內(nèi)沒有集成的部分，通常包括片內(nèi)部件的外圍硬件、總線擴(kuò)展、 GPIO 擴(kuò)展幾種形式。操作系統(tǒng)通常具有進(jìn)程（任務(wù)）調(diào)度、進(jìn)程間通信、內(nèi)存管理等方面。操作系統(tǒng)的移植層通常包括對(duì)某種體系結(jié)構(gòu) CPU 的支持，需要涉及定時(shí)器、中斷控制器、系統(tǒng)內(nèi)存等硬件。中間件需要通過對(duì)操作系統(tǒng)的調(diào)用來建立，常常需要控制硬件。此外，數(shù)據(jù)庫（ Database）等不需要控制硬件的下層軟件，通常也作為中間件的形式出現(xiàn)。應(yīng)用層的軟件程序也可以由上下若干層和不同的?；?Linux 的拼音輸入法設(shè)計(jì) 塊組成 。 GUI 系統(tǒng)既可以當(dāng)作為一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫，也可以看作是和程序連接在一起的源代碼。由于嵌入式系統(tǒng)的特殊性，在 GUI 的設(shè)計(jì)原則方面， GUI應(yīng)該有如下幾個(gè)特點(diǎn)：： （ 1）可移植性：所謂可移植性，體現(xiàn)在操作系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。而不同操作系統(tǒng)所提供的機(jī)制可能沒有任何關(guān)系，完全不同。在硬件結(jié)構(gòu)方面，包括了 CPU 體系結(jié)構(gòu)、輸出和輸入設(shè)備等方面。通過具有廣大數(shù)據(jù) 庫的 C 語言編程實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)可以滿足這個(gè)要求。個(gè)人 PC 的崩潰可能只需要簡(jiǎn)單的重啟就可以彌補(bǔ)， 但是嵌入式系統(tǒng)的崩潰，尤其是在工業(yè)控制領(lǐng)域，就可能導(dǎo)致無法挽回的嚴(yán)重后果。例如：在一些控制、通訊系統(tǒng)中， GUI 系統(tǒng)屬于提供的是輔助的人機(jī)交互功能，如果由于 GUI 系統(tǒng)的問題，而導(dǎo)致系統(tǒng)核心功能的崩潰是得不償失的。對(duì)于嵌入式 GUI 系統(tǒng)而言，一方面需要有較高的穩(wěn)定性和可靠性，減少系統(tǒng)崩潰的概率；另一方面，在 GUI 系統(tǒng)已經(jīng)崩潰的情況下， 也需要確保盡量較少影響其它子系統(tǒng)的工作， 將問題控制在一定范圍內(nèi)。系統(tǒng)的資源包括處理器的頻率、 Flash 的空間和 RAM 空間等幾個(gè)部分?；谝陨显颍度胧? GUI 系統(tǒng)具有開銷小的特點(diǎn)是必須的，其不能占用系統(tǒng)過多的資源。 （ 4）較高可配置性 ： 嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域是很廣的，不同領(lǐng)域的系統(tǒng)相差較大，為適應(yīng)不同系統(tǒng)的需求，嵌入式 GUI 系統(tǒng)需要具備較高的可配置型。此外，在界面基本相同的情況下，皮膚和主題的更改和配置也可提供系統(tǒng)的 靈活性。 Linux 系統(tǒng)桌面普遍使用的圖形庫就是基于 QT/E 開發(fā)的。嵌入式 QT 是一個(gè)完整的窗口系統(tǒng)的同時(shí)也是一個(gè)應(yīng)用程序框架 ,并且嵌入式 Qt 是在 Qt 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，與 Qt 之間保持統(tǒng)一的 API，這一特性對(duì)嵌入式應(yīng)用程序的開發(fā)提供了非常好的便利，我們不用再去重新熟悉一套全新的 API，并且很多桌面系統(tǒng)中的應(yīng)用都可以移植到嵌入式 QT 下。 圖 24 QT 和 QTE 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) QT/E 類庫完全使用 C++進(jìn)行封裝，具有豐富的控件資源和可移植性。 Qt