Linux嵌入式設(shè)備與QT軟件開(kāi)發(fā)

秦貞滕 張永狀 鄧志豪 重慶三峽學(xué)院電子與信息工程學(xué)院通信工程專業(yè)2015級(jí)

引言：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，無(wú)線的傳輸速度和傳輸時(shí)延也越來(lái)越快，這將推動(dòng)著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，而嵌入式系統(tǒng)可以說(shuō)是一種比較好的與各類硬件軟件連接工作的平臺(tái)，嵌入式系統(tǒng)可以自定義各種驅(qū)動(dòng)是否含有，讓操作系統(tǒng)能以最小的體積，最合適的功能，不浪費(fèi)運(yùn)行空間和設(shè)備性能來(lái)保證嵌入式設(shè)備正常工作。而QT是一種一次開(kāi)發(fā)，多處運(yùn)行的一種開(kāi)發(fā)平臺(tái)，還是一種面向?qū)ο蟮腃++應(yīng)用程序圖形界面設(shè)計(jì)，其中的信號(hào)與槽機(jī)制能有效的開(kāi)發(fā)所設(shè)計(jì)的功能。作者就是為了給各位讀者搭建一個(gè)基本的開(kāi)發(fā)嵌入式硬軟件的基本概念和流程。

1 Linux系統(tǒng)概述

Linux其實(shí)僅僅是代表內(nèi)核，但大多數(shù)人都喜歡用這個(gè)單詞代表系統(tǒng)，該內(nèi)核是開(kāi)源的，免費(fèi)的，可以自由傳播。Linux系統(tǒng)支持多用戶，多線程，多核CPU的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，Linux可以自由裁剪，自由選擇驅(qū)動(dòng)和想要的組件，以縮小系統(tǒng)大小，舍去無(wú)需的服務(wù)以減少運(yùn)行系統(tǒng)的資源開(kāi)支。

關(guān)于linux系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，就是在確定的范圍之內(nèi)響應(yīng)某個(gè)事件的特性，這對(duì)于一些嵌入式設(shè)備是基本的要求。對(duì)于嵌入式硬件，這種對(duì)于體積和造價(jià)要求比較苛刻的設(shè)備來(lái)說(shuō)，里面的硬件資源是寸土寸金的，所以必須嚴(yán)格控制軟件占用，讓整個(gè)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)作。

Linux系統(tǒng)的移植還需要一個(gè)基本工具就是bootloader，用來(lái)引導(dǎo)操作系統(tǒng)，主要作用是初始化和檢測(cè)硬件設(shè)備，建立內(nèi)存空間映射讓基本的硬件都協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)基本硬件功能，為了接下來(lái)的系統(tǒng)移植提供基本的硬件準(zhǔn)備。

2 QT開(kāi)發(fā)平臺(tái)概述

Qt是一款跨平臺(tái)C++圖形用戶應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以開(kāi)發(fā)GUI應(yīng)用，也可以開(kāi)發(fā)非GUI應(yīng)用，控制臺(tái)，服務(wù)器等都可以，我們?yōu)榱吮O(jiān)控和控制嵌入式設(shè)備一般都是開(kāi)發(fā)圖形用戶界面來(lái)直觀的觀察情況。由于QT的跨平臺(tái)性，我們可以在任何一個(gè)平臺(tái)開(kāi)發(fā)，到其他平臺(tái)上編譯，然后去運(yùn)行，省去了二次開(kāi)發(fā)的麻煩。QT提供了很多API，包括串口通信，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，各種GUI組件和控件，XML支持。QT獨(dú)特的信號(hào)與槽機(jī)制讓各種可以與用戶交互的按鈕和控件可以關(guān)聯(lián)到SLOT槽函數(shù)里面，交互即執(zhí)行函數(shù)，直觀便于理解。

對(duì)一些新手開(kāi)發(fā)者最有利的就是，QT官方提供了大量的開(kāi)發(fā)文檔，可以在QT creator 里面直接搜索得到解決辦法。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

任何項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)在開(kāi)始之前都需要合理規(guī)劃和分析，然后再去一步一步的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，避免從做無(wú)用的工作。

3.1 需求分析

開(kāi)發(fā)人員在開(kāi)始一個(gè)項(xiàng)目之前，需要深入細(xì)致的用戶調(diào)研，開(kāi)發(fā)分析，根據(jù)客戶的要求和功能實(shí)現(xiàn)，來(lái)初步設(shè)計(jì)項(xiàng)目的模板，評(píng)價(jià)項(xiàng)目的可行性，可靠性，把需求轉(zhuǎn)化為可開(kāi)發(fā)功能，最后對(duì)項(xiàng)目所需人員，財(cái)力物力進(jìn)行評(píng)估，才能開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

3.2 硬件搭建

3.2.1 硬件設(shè)備選擇

根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃和需求分析選擇最合理，最合適，最擅長(zhǎng)的硬件，一來(lái)可以縮短開(kāi)發(fā)周期，二可以節(jié)省開(kāi)發(fā)成本。

選擇各種硬件設(shè)備的時(shí)候還要考慮各種硬件之間的兼容性和沖突性，最好選擇兼容性最好的硬件，也便于接下來(lái)的維修維護(hù)。

3.2.2 系統(tǒng)裁剪和移植

Linux系統(tǒng)移植有著基本的步驟，我們這次設(shè)計(jì)舉例用Ubuntu系統(tǒng)。

大部分開(kāi)發(fā)平臺(tái)和目標(biāo)硬件設(shè)備是不同的芯片或者操作系統(tǒng)，這時(shí)候就需要搭建交叉編譯環(huán)境，比如我們?cè)贏RM平臺(tái)開(kāi)發(fā)程序，在x64或者x86平臺(tái)，就需要搭建arm平臺(tái)的編譯環(huán)境，可以安裝編譯器arm-linux-gcc用來(lái)編譯開(kāi)發(fā)主機(jī)所需的程序。移植的linux系統(tǒng)也是必須用這個(gè)編譯器來(lái)編譯。

u-boot移植，分析架構(gòu)和硬件兼容性，根據(jù)u-boot給的origen板子實(shí)例，找到與開(kāi)發(fā)主機(jī)相同的芯片編譯文件，拷貝板級(jí)文件到編譯目錄，修改Makefile編譯新加入的文件，拷貝板級(jí)頭文件，修改boards.cfg配置文件，添加BL1和BL2啟動(dòng)代碼（根據(jù)不同芯片查看開(kāi)發(fā)主機(jī)的芯片手冊(cè)），添加看門狗關(guān)閉代碼編，關(guān)閉中斷，添加電源管理相關(guān)代碼，添加串口初始化相關(guān)代碼，譯后把u-boot.bin文件燒寫到emmc中即可觀察到串口數(shù)據(jù)輸出。u-boot移植完成后需要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)tftp服務(wù)或者其他通信方法，因?yàn)榇谕ㄐ潘俣嚷?/p>

內(nèi)核編譯，根據(jù)開(kāi)發(fā)主機(jī)選擇linux內(nèi)核源碼，根據(jù)開(kāi)發(fā)主機(jī)芯片型號(hào)選擇內(nèi)核編譯選項(xiàng)和添加配置文件，不需要的功能和一些服務(wù)可以去掉，用來(lái)節(jié)省空間，編譯后會(huì)生成一個(gè)uImage鏡像文件。

設(shè)備樹文件就是把系統(tǒng)中各種文件分類添加索引，以至內(nèi)核可以準(zhǔn)確找到想要找的文件，編譯設(shè)備數(shù)文件，為.dtb文件。在編譯內(nèi)核和設(shè)備樹的時(shí)候可以根據(jù)需求添加驅(qū)動(dòng)。

編譯完成內(nèi)核和設(shè)備樹后就可以通過(guò)u-boot的tftp下載到開(kāi)發(fā)主機(jī)中。編譯完成后開(kāi)發(fā)主機(jī)就可以執(zhí)行我們編寫的生成的.out等文件。

3.3 軟件開(kāi)發(fā)

3.3.1 開(kāi)發(fā)主機(jī)應(yīng)用程序

根據(jù)開(kāi)發(fā)主機(jī)的搭載芯片，和電路連接，查看芯片手冊(cè)和硬件工程師提供資料來(lái)開(kāi)發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能，不同寄存器的設(shè)置代表不同功能，查看手冊(cè)和討論編寫程序來(lái)調(diào)用芯片相連的硬件，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能。

3.3.2 圖形化界面開(kāi)發(fā)

QT開(kāi)發(fā)我們可以選擇在Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)，根據(jù)需求繪制圖形化窗口，設(shè)置基本需要顯示的數(shù)據(jù)，圖像，窗口，可以通過(guò)無(wú)線協(xié)議，有線連接，通過(guò)服務(wù)器等獲取開(kāi)發(fā)主機(jī)的信息，或者控制開(kāi)發(fā)主機(jī)。

4 調(diào)試階段

所有工作做完并且沒(méi)有錯(cuò)誤可以運(yùn)行在主機(jī)上，就可以進(jìn)行調(diào)試測(cè)試階段，調(diào)試包括基本功能測(cè)試，穩(wěn)定性測(cè)試，干擾分析，連接強(qiáng)度，等一些根據(jù)項(xiàng)目具體情況要求的測(cè)試。

5 總結(jié)

科技的發(fā)展不會(huì)停止，5g通信技術(shù)已經(jīng)在實(shí)踐階段，我們不難想象以后的世界會(huì)是物物互聯(lián)，萬(wàn)物相通的方向發(fā)展，學(xué)習(xí)基本的嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)和軟件調(diào)試技巧是非常有必要的。學(xué)習(xí)基本嵌入式開(kāi)發(fā)知識(shí)對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)和工作也有著很重要的作用，當(dāng)我們拿到任何一個(gè)項(xiàng)目或者硬件設(shè)備都會(huì)有基本的思路來(lái)調(diào)試。