摘要:本文詳細(xì)描敘了一個(gè)基于ep7312的嵌入式系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)支持圖形界面和嵌入式瀏覽器。并對(duì)瀏覽器界面的改進(jìn)作了重點(diǎn)說(shuō)明。該系統(tǒng)已經(jīng)在自主開(kāi)發(fā)的硬件平臺(tái)上成功運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 瀏覽器 armlinux microwindows viewml
1 前言
隨著以計(jì)算機(jī)和軟件為核心的數(shù)字化技術(shù)的迅速發(fā)展，多媒體技術(shù)與internet 的應(yīng)用迅速普及。計(jì)算機(jī)﹑通訊﹑消費(fèi)電子一體化的趨勢(shì)日趨明顯。作為新型智能3c合一的嵌入式系統(tǒng)與技術(shù)進(jìn)入智能化﹑網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展階段。
所謂嵌入式系統(tǒng)，即將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之即軟硬件一體化。這種系統(tǒng)具有小巧靈活﹑性價(jià)比高﹑自動(dòng)化高﹑實(shí)時(shí)性強(qiáng)﹑專業(yè)性強(qiáng)等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)適合應(yīng)用于人類工作與生活的各個(gè)領(lǐng)域，最為典型的應(yīng)用有機(jī)頂盒﹑數(shù)字應(yīng)用﹑webtv﹑atm/pos機(jī)﹑多媒體手機(jī)﹑袖珍電腦﹑車載導(dǎo)航器﹑航空電子等等。嵌入式技術(shù)已經(jīng)深入人類生活和工作的方方面面，在娛樂(lè)，軍事方面也有強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。
全球有四大操作系統(tǒng)：wince﹑palm os﹑epoc和linu。，linux以穩(wěn)定﹑高效﹑易制定﹑易裁減﹑硬件支持廣泛的特點(diǎn)，結(jié)合其免費(fèi)﹑開(kāi)源的特征在嵌入式操作系統(tǒng)中的地位越來(lái)越重要。越來(lái)越多的嵌入式，包括pda﹑機(jī)頂盒﹑wap手機(jī)等系統(tǒng)不僅僅要求高性能高可靠性的圖形顯示界面支持，而且要求提供全功能的web瀏覽器。包括html支持,javascripe支持，甚至包括java虛擬機(jī)的支持。本文所介紹的系統(tǒng)是一個(gè)擁有圖形界面，支持嵌入式瀏覽器的arm linux系統(tǒng)。
2嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
基于ep7312的嵌入式系統(tǒng)分為軟件和硬件兩大部分。硬件是自主開(kāi)發(fā)的eb7312-b嵌入式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。軟件由arm linux﹑microwindows和viewml三部分組成。如圖1。
2．1 eb7312-b
eb7312-b所采用的cpu是cirrus logic公司出品的ep7312。ep7312由一個(gè)32位精簡(jiǎn)指令集微控制器及片上外圍所組成，是專門用于pda﹑internet設(shè)備﹑移動(dòng)電話和手持設(shè)備等設(shè)計(jì)成超低功耗和高性能的微處理器。eb7312-b的核心邏輯部是arm720t處理器，由arm7tcmi cpu核模塊﹑內(nèi)存管理單元﹑寫緩沖器模塊和8k獨(dú)立的指令數(shù)據(jù)高速緩存組成。內(nèi)存管理單元兼容wince和linux。其他功能塊有內(nèi)存控制器；48kb的片上sram.（lcd控制器和一般應(yīng)用共用）； 內(nèi)存32mb sdram，16mb flash；兩個(gè)全雙工的uart(16550型)；10m以太網(wǎng)卡cs8900a；彩色320x240 lcd，ep7312本身并不直接支持彩色lcd，它是通過(guò)微小的外部邏輯和對(duì)lcd驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)輕微的改動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色的支持； 83鍵ascii鍵盤。
圖1 嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2 viewml體系結(jié)構(gòu)
2．2 arm linux
arm linux是一個(gè)將linux內(nèi)核移植到各種基于arm處理器的目標(biāo)系統(tǒng)的項(xiàng)目。由russell kingrmk@arm.linux.org.uk持。已經(jīng)為超過(guò)100多種不同的目標(biāo)系統(tǒng)成功完成了移植工作。這里所移植的linux內(nèi)核是linux-2.4.24,arm linux補(bǔ)丁是2004年2月發(fā)布的linux-2.4.24-vrs1。在移植過(guò)程中，重點(diǎn)工作是啟動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)和arm linux下針對(duì)具體的硬件環(huán)境楨緩沖設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。
啟動(dòng)程序的主要步驟為：設(shè)置入口指針，設(shè)置中斷向量，設(shè)置和初始化ram，初始化至少一個(gè)竄行端口，檢測(cè)cpu類型，初始化堆棧和寄存器，初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)，設(shè)置內(nèi)核相關(guān)列表，呼叫內(nèi)核鏡像。需要特別注意的是在設(shè)置cpu寄存器時(shí)，r¬0 為0,r2 為檢測(cè)出的cpu型號(hào)號(hào)碼，mmu關(guān)閉，指令catch打開(kāi)，數(shù)據(jù)catch清空后關(guān)閉。
framebuffer是一個(gè)提供顯示內(nèi)存和顯示芯片寄存器從物理內(nèi)存映射到進(jìn)程地址空間中的設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)程序主要依靠三個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：fb_info﹑fb_var_screeninfo﹑fb_fix_screeninfo。fb_info結(jié)構(gòu)只能在內(nèi)核空間訪問(wèn)，其內(nèi)部定義了struct fb_ops，結(jié)構(gòu)fb_ops的成員即framebuffer的一系列操作函數(shù)。幀緩沖設(shè)備的驅(qū)動(dòng)主要就是編寫這些接口函數(shù)。fb_var_screeninfo和fb_fix_screeninfo定義視頻板卡的硬件特性。如顯存大小﹑每行顯示位數(shù)﹑分辨率等與特定硬件相關(guān)的特性。幀緩沖驅(qū)動(dòng)程序首先調(diào)用register_framebuffer注冊(cè)一個(gè)framebuffer設(shè)備，后在linux/drivers/video/fbmem.c中登記初始化函數(shù)。所有幀緩沖驅(qū)動(dòng)程序的ioctl調(diào)用由fbmem.c統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)。
2．3 microwindows
microwindows 是專門設(shè)計(jì)用于在小型設(shè)備上開(kāi)發(fā)具有高品質(zhì)圖形功能的開(kāi)放式源碼桌面系統(tǒng)，使用較少的ram和文件存儲(chǔ)空間（100k-600k），在運(yùn)行的過(guò)程中僅需要50~250kb的內(nèi)存空間。microwindows不需要任何操作系統(tǒng) 和圖形系統(tǒng)的支持，可以運(yùn)行32位的內(nèi)核支持framebuffer機(jī)制的linux系統(tǒng)上。microwindows的主要目標(biāo)之一就是把把圖形視窗環(huán)境引入到運(yùn)行l(wèi)inux的小型設(shè)備和平臺(tái)上，提供與x window相似的功能。
microwindows采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，在底層提供對(duì)屏幕，鼠標(biāo)或觸摸屏，鍵盤的驅(qū)動(dòng)，是程序能夠訪問(wèn)實(shí)際的硬件和其他用戶訂制設(shè)備；中間層實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可以移植的圖形引擎，這個(gè)圖形引擎實(shí)現(xiàn)畫線，填充，多邊行，剪輯和多種顏色模式；最上層實(shí)現(xiàn)了多種api以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。每一層都可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求修改代碼或重新編碼。
系統(tǒng)中最底層針對(duì)顯示屏，鼠標(biāo)，觸摸屏，鍵盤等各定義了一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)供圖形引擎使用，分別為struct _mwscreendevice ﹑struct _mousedevice 和struct _kbddevice ， 包含了針對(duì)指定設(shè)備的硬件驅(qū)動(dòng)代碼接口。
在microwindows中的圖形引擎支持framebuffer ,因此只要修改src/中針對(duì)基于arm平臺(tái)的linux的配置文件config.ads,指定使用framebuffer作為底層圖形支持引擎即可。microwindows下支持linux的鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)為mou-gpm.c，鍵盤驅(qū)動(dòng)為kbd_tty.c。在本系統(tǒng)中并沒(méi)有從頭開(kāi)始編寫鼠標(biāo)鍵盤各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成員函數(shù)，只對(duì)原驅(qū)動(dòng)中針對(duì)特定硬件部分作了相應(yīng)改動(dòng)。
2．4 viewml
viewml是第一個(gè)開(kāi)放源代碼的，專門面對(duì)嵌入式linux系統(tǒng)的快速發(fā)展而開(kāi)發(fā)的小型瀏覽器。其代碼文件只有800kb，運(yùn)行所需的內(nèi)存空間約2mb，使用fltk作為gui平臺(tái)開(kāi)發(fā)，采用c++面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)。viewml瀏覽器可以運(yùn)行于x windows 和microwindows系統(tǒng)之上，所以可在linux平臺(tái)上進(jìn)行調(diào)試和改進(jìn)。這極大的方便了對(duì)瀏覽器的進(jìn)一步完善。本系統(tǒng)中對(duì)viewml 的改進(jìn)是在基于x windows 平臺(tái)的microwindows系統(tǒng)上完成的。
viewml瀏覽器的體系結(jié)構(gòu)如圖2。其應(yīng)用層很小，完全用c++ fltk（fast light tool kit）應(yīng)用框架編寫，提供基本的圖形用戶界面布局，同時(shí)該層還處理網(wǎng)絡(luò)和本地文件存取要求。其語(yǔ)法分析器和顯示引擎選用了源碼開(kāi)放的kde桌面的kfm文件管理器中的kde 1.0 html窗口部件（即圖1中的khtml view和窗口部件模塊）。該窗口管理部件工作穩(wěn)定，支持全部的html 3.2功能及部分javasc-ript 1.1。kde的窗口部件采用的是qt窗口部件集合，為適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)的要求，viewml采用了輕量級(jí)圖形庫(kù)fltk。qt兼容層提供了html窗口部件和fltk應(yīng)用框架之間的接口。底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用萬(wàn)維網(wǎng)協(xié)會(huì)的wwwlib庫(kù)執(zhí)行所有的異步網(wǎng)絡(luò)輸入輸出和http獲得功能。
viewml是直接針對(duì)嵌入式linux環(huán)境的一種高品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。通過(guò)包含源代
碼開(kāi)放的核心部件，能夠在占用很少的ram和rom資源的條件下使用高質(zhì)量的圖形引擎。但在實(shí)際是移植使用中發(fā)現(xiàn)了一些該瀏覽器的欠缺之處，下面重點(diǎn)討論本系統(tǒng)針對(duì)viewml窗口界面的改進(jìn)。
3 viewml窗口界面的改進(jìn)
viewml的應(yīng)用層很小，只提供了基本的圖形用戶界面布局。作為與用戶交互的窗口，要求有美觀性，實(shí)用性和可操作性。為了使用戶界面更為完善，本系統(tǒng)主要的工作增加對(duì)html文件的打開(kāi)﹑保存和關(guān)閉；web頁(yè)的刷新﹑前進(jìn)﹑返回等。
編寫界面部分主要應(yīng)用fltk窗口部件，fltk提供了比較豐富的控件，如：按鈕﹑滾動(dòng)條﹑文本框﹑對(duì)話框﹑列表框等等。所有這些窗口部件的框架類都在flnk(fltk移植到microwindows的nano-x api上的版本)的文件夾fl中包含的100個(gè)頭文件中定義。viewml中窗口的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)創(chuàng)建類vmlappwindow來(lái)構(gòu)建基本的圖形用戶界面 ，其中只包括三個(gè)函數(shù)：vmlappwindow(int x, int y, int w, int h) : parent_window(x,y,w,h,"viewml browser") { }，virtual void resize_notify(int x, int y, int w, int h)， virtual int handle(int event);}在圖形界面上添加按鈕save,open,reload,forword,backward等，需在類vmlappwindow中定義的相應(yīng)函數(shù)。
extern fl_button ＊save
extern fl_button ＊open
extern fl_button ＊forward;
extern fl_button ＊backward;
extern fl_button ＊reload;
詳情參閱頭文件fl_window.h，f fl_widget.h。編寫好圖形界面后，
