Microwindows在基于S3C44B0X的嵌入式系統中的移植

引言

microwindows是由gregory haerr組織的一個開放源碼項目，是嵌入式系統中廣泛應用的一種圖形用戶接口（gui）,該項目的目標是在嵌入式linux平臺上提供與普通個人電腦類似的圖形用戶界面。作為x_windows的替代品，microwindows提供了和x_windows類似的功能，但是卻占用很少的內存，根據用戶的配置，microwindows占用的內存資源只有100kb－600kb左右。

microwindows的核心是基于顯示設備接口的，可移植性較強，其本身提供了多種嵌入式系統常見的顯示設備驅動程序。目前新版本的microwindows已經內建了framebuffer，因此可以不局限于linux的開發平臺，在ecos、freebsd、minix等操作系統上都可以運行。在基于linux的開發平臺上，可以使用framebuffer機制直接讀寫顯存，也可以調用svgalib庫。在基于linux的framebuffer機制中，microwindows支持每像素1位、2位、4位、8位、16位、32位的色彩/灰度，并通過調色板技術將rgb格式的顏色空間轉換為目標機上的顏色進行顯示。microwindows系統可以圖形方式支持在主機平臺上的仿真目標平臺開發，因此microwindows應用程序就可以直接在臺式機上進行編寫和開發，通過交叉編譯就可在目標平臺上運行。

本文討論了在基于s3c44b0x的嵌入式開發平臺上，移植了μclinux操作系統，并通過修改內核、編寫framebuffer幀緩沖設備驅動程序，使μclinux內核能夠支持幀緩沖設備、在此基礎上移植microwindows的方法與過程。

microwindows的體系結構

針對嵌入式系統的特性，microwindows采用了層次化結構，每一層完成特定的功能，如圖1所示。

設備驅動層

設備驅動程序的接口函數定義在device.h中，其中包括了屏幕驅動程序、鼠標驅動程序和鍵盤驅動程序。圖形引擎層提供的與設備無關的圖形引擎例程通過調用設備驅動程序跟硬件設備交互，這就保證了當平臺硬件設備發生變化的時候，只需要改寫相應的驅動程序即可，無需修改上層代碼。microwindows提供基于linux2.2.x內核的幀緩沖設備驅動程序，通過/dev/fb0設備文件，利用mmap()系統調用將顯示緩存映射到系統內存中。

圖形引擎層

microwindows系統中的核心函數是在圖形引擎層通過調用下層硬件設備驅動程序來實現的。這些函數對屏幕、鼠標、鍵盤等驅動程序進行了封裝，為api提供了服務，用戶調用最上層提供的編程接口，而不需要直接調用引擎層的例程。在microwindows的源代碼中，核心的例程包括：

devdraw.c：主要的圖形繪制操作，描畫和填充、圓、多邊形、文本與位圖的顯示，顏色轉換相關的代碼

devclip.c：剪裁操作

devmouse.c：處理鼠標操作的信息

devkbd.c：處理鍵盤操作的信息

devpalx.c：與調色板相關的代碼

devimage.c：實現對gif、bmp、jpeg、ppm等格式圖形的顯示操作

fongt_xxxx.c：對不同字體的顯示操作

api

microwindows提供了兩種類型的api，以便更好地適應在不同平臺上應用程序的移植。一種是與win32/wince基本兼容的api，支持大多數的圖形操作，它的api是基于消息機制的。另一種是采用x體系的nano－x api，它是client/server模式的，在客戶端的api函數以nx……()命名，在服務端的api函數以gr……()命名。

具體實現

下面具體論述microwindows在pc機和s3c44b0x開發板上的實現。首先，需要下載相應的安裝包，本文下載的是0.90版本的microwindows和相應的字庫文件。同時，由于microwindows需要使用freetype庫函數產生truetype字體，因此還需要下載安裝freetype，這里使用的的是1.3.1版本的freetype。

在pc機上的實現

解壓縮相關的安裝包，安裝freetype之后，就可以開始運行microwindows。在解壓縮目錄中輸入命令：./xconfigure，就會出現相應的配置菜單，由于是在pc機上運行，應根據具體的參數配置microwindows，具體的參數配置如下：

（1）點擊compiling option，進入編譯選項。在隨后彈出的子窗口中選中optimize，點擊ok返回即可。

（2）點擊platform，進入開發平臺選項。由于是在pc機上運行，選擇“linux（native）”選項。在其后的“option”選項中，按如下配置：“screen driver”選項中，由于是在pc機上運行，選擇“x11”；在“mouse driver”鼠標選項中，選擇“gpm mouse”；在“keyboard driver”鍵盤選項中，選擇“tty”。

（3）點擊“libraries to compile”，進入鏈接庫配置選項。其中有nanox庫和microwindows庫，在“nanox”的“option”選項中，選擇“link app into server”和“compile demos”選項。

基于其他的參數配置，包括字庫、文件格式支持等應根據具體的情況進行配置。至此、microwindows在pc機上運行的配置工作已經完成，存盤退出，屏幕顯示配置成功。輸入命令：make，完成編譯工作。當編譯完成后，在src的bin目錄下有很多演示程序，一些是基于nano—x api的，一些是基于win32 api的，運行即可。

以上簡單論述了microwindows在pc機上運行的方法與過程，pc機上的運行過程相對簡單，只需要按照實際情況進行配置，編譯即可。

在嵌入式開發板上的實現

下面討論microwindows在以s3c44b0x為主控芯片的嵌入式開發板中運行的捕捉與方法。首先需要建立交叉編譯開發環境，這里建立的編譯器是arm－elf－gcc，匯編器是arm－elf－as，鏈接器為arm－elf－ld和庫管理器arm－elf－ar。接著，移植相應的μclinux，關于此類的文章已經較多，在此就不贅述了。最后，在μclinux內核中將s3c44b0x的幀緩沖設備驅動打開，并需要建立/dev/fb0設備節點，關于s3c44b0x的幀緩沖設備驅動程序的開發已另文發表。至此，已經做好microwindows移植的基礎工作，下面具體討論實現的步驟與方法。

在microwindows的配置過程中，可以利用./xconfigure命令進入菜單配置界面，當然也可以通過直接修改配置文件“src/config”對microwindows進行配置。這里采用的是后者，其中幾個比較關鍵的選項包括體系結構、交叉編譯器、每像素位數、幀緩沖等，具體的配置參數如下：

（1）關于體系結構和編譯器選項

arch＝linux－arm

bigendian＝n

armtoolsprefix＝arm－elf－

（2）每像素位數

screen_pixtype＝mwpe_truecolor332

對于s3c44b0x，在彩色模式下，1個字節8位（3位紅色、3位綠色、2位藍色）的圖像數據對應一個像素點，即像素點字節在存儲器中保存的格式為332位。因此在設定microwindows的每像素位數時將其格式設置為332，根據頭文件的定義設定為mwpe_true color332。

（3）幀緩沖設備

由于是在嵌入式開發平臺上運行，有別于在pc機上，此時microwindows應該是基于幀緩沖驅動，即需要調用/dev/fb0設備，因此參數的配置應該為：

……

x11＝n

……

framebuffer＝y

……

還有其他某些相關的配置參數，應根據實際情況進行配置。至此，完成了對microwindows的配置工作，下面需要根據μclinux的特性，對microwindows的源代碼進行相應修改。具體需要修改的地方包括三個方面：

在打開幀緩沖設備時，需要調用void*mmap（void*start，size_tlength，int prot，int flags，int fd，off_toffsize）函數，將屏幕緩沖區映射到用戶地址空間。在基于pc機開發時，由于在linux系統下，參數flags默認為map_shared，即對映射區域的寫入數據會復制回文件內，而且允許其他映射該文件的進程共享。由于μclinux是沒有mmu（內存管理單元）的，因此參數flags應為map_fixed，即如果參數start所指的地址無法成功建立映射時，則放棄映射，不對地址做修正。因此，應該修改文件/src/drivers/scr_fb.c，將mmap()函數中的flags參數改為map_fixed。

如果此時直接編譯經過配置和修改源代碼的microwindows，會提示出現“undefined reference to‘_ctor_list’”和“undefined reference to‘__dtor_list’”的錯誤。這是由于原來在libgcc中是有_ _ctor_list和_dtor_list參數定義的，但在μclinux的交叉編譯鏈中，該符號被刪掉。在elf2flt的link script中提供了這兩個符號的定義，使用μclinux的交叉編譯鏈編譯可執行程序就必須用-elf2flt選項。因此應在編譯的選項里加上“-elf2flt”，修改的文件包括demos文件夾下各個相關文件夾的makefile文件。

由于μclinux缺少mmu硬件的支持，無法實現fork()函數，而只能使用vfork()函數，因此在含有fork()函數的文件中應加入相應的條件編譯指令，用vfork()來代替fork()。

以上3個修改是比較重要，至此已完成了整個microwindows在s3c44b0x嵌入式開發板中的移植，編譯即可。最后，將編譯好的演示程序復制到μclinux內核中，再編譯內核，將編譯好的內核映像文件下載至ram中，即可運行演示。

結語

本文主要論述了microwindows的體系結構，并且介紹了在pc機上和基于s3c44b0x的嵌入式開發板上運行的步驟和方法，指出了在開發過程應該注意的問題。下面就可以利用相應的開發工具開發microwindows的應用程序，從而實現相應的功能。