嵌入式linux GUI--DirectFB + GTK至尊秘笈

嵌入式linux GUI--DirectFB + GTK至尊秘笈

嵌入式LinuxUbuntu三星GCC 

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关键词: 嵌入式 GUI arm linux DirectFB GTK tslib
1 前言
数年前，曾经开发过一个嵌入式的产品，如今市场依然存在，但由于电子产品的升级换代很快，许多元器件都采购不到了，为了延续产品的生命周期，计划在linux平台上开发新的版本。而在linux上的GUI上成了大问题，最开始有用Minigui的打算，也同飞漫公司联系过，但费用我这里无法承受。(Minigui作为国产优秀的嵌入式GUI，如果不是费用的问题，应该是最优的选择。) QT我也看了下，也是收费的，没有仔细研究。最开始我打算用MicroWindow的，但后来发现这个东西好久没有更新了，bug一大堆。最后的目光停留在GTK上，最开始无从下手，不知道到底适合不适合做嵌入式GUI，最后不知道在哪里看到一个介绍说诺基亚有产品是用GTK的，觉得既然别人能做得，我也能做得。最开始做这个，相关资料太少，一点底都没有，但经过两个月(长了点)的努力，终于解决了所有问题，才一颗石头落地。个人认为，在本文的帮助下，如果你拥有初中级的嵌入式linux的知识，也许一天就能解决问题，最长也不会超过一个星期。
2 准备工作
硬件环境：linux主机一台，如果你喜欢用windows，可以在windows主机上用vmware虚拟一个linux系统。嵌入式开发套件，包括嵌入式开发板、带触屏的液晶屏及相关连接电缆。
软件环境：x86 linux发行版，配置好framebuffer，并安装好ftp server、telnet server、tftp server、nfs server、gcc及相关软件、交叉编译器、开发套件的kernel 2.6的源码包。
本人用的是Ubuntu 7.10的发行版，嵌入式开发版采用三星的2440系列cpu，如何搭建开发环境不在本文讨论范围之类，请参考其他文档。交叉编译器用的是自己编译的3.4.1，最开始采用的是开发套件带的3.4.1，为什么要用自己编译的而不用开发套件自带的呢? 这里说本文第一个秘笈：由于GTK采用的矢量字体里一些算法使用了浮点运算，而24xx系列的cpu硬浮点不支持(我没有相关知识，这是我的一个同事说得，是不是他本来意思，我都不敢确定，如果你的cpu不是这个系列的,请查看相关资料)，只要在交叉编译器里加上软浮点运算支持，就应该没有问题了，所以在开始之前，先检查交叉编译器里有没有--with-float=soft这个选项。在我使用开发版自带的编译完成编译后，运行gtk的程序，总是有这个提示” shape engine failure, expect ugly output. the offending font is”，而屏幕上所有字符都显示不出来，button由于字符无法显示，被压缩成一条线，这个问题困扰我好几天，我开始以为是字库设置的问题，后来求助同事，他听了我的描述后，猜测可能是浮点运算的问题，让我用我们自己编译的交叉编译器重新编译一下，看看能不能解决问题，结果真的解决了。
3 源码包的选择
选用GTK做嵌入式GUI是个痛苦的选择，如果选用商业GUI如MiniGui，别人都给你整好了，你拿过来用就可以了，或者用Wince，还是与windows兼容的。而选用GTK做GUI，不同组织(个人)编写的15个软件包，各个软件包又有不同的版本，而网上又没有权威的指南，如何选择合适的版本以及如何整合确实是个非常复杂的问题。
我是先从在x86上搭建GTK环境开始的，首先我选用最新版本，然后，看到介绍说，GTK在framebuffer上运行有两种模式: DirectFB 和linux-fb，而linux-fb的项目好像已经停止，主要方向是DirectFB，后来查的有个DirectFB + GTK的英文文档，基本都选用最新的版本，而且很多包都可以使用系统自带的，编译必须的源码就可以了，最开始怎么也编译不成功，我快绝望的时候，发现释放出一个最新的GTK源码版本（大概是08年7月4日），我第一时间下载下来，很快就编译出来了，并且在framebuffer模式下gtk-demo以及一些test运行一点问题都没有。
熟悉了编译过程后，我先尝试用交叉编译这个最新版本，编译第一个包glib-2.16.4就失败了。我在网上阅读了很多关于交叉编译DirectFB+GTK的的资料，有个用shell脚本写的好像不错，但是看不懂呀，虽然我接触unix都十多年了，还曾经在unix下做个一比较大型的项目，但后来，linux都是个人兴趣，看了一些，玩了一些，没做过东西，shell编程看过，好多东西一直半解，他那篇文档看的我都傻了，这人真牛。但源码包的选择是可以借鉴的。
我的选择:
1) tslib-1.0.tar.bz2
触摸屏本来我是最后弄的，但如果你需要触屏支持，最好在一开始就搞定他。这个其实是tslib.14，为啥成了1.0的了，我也不知道，如何编译不是很难，难在怎么配置，相关文档请阅读本人的另外一篇文档《arm-linux之tslib》，当然哪片文档可能并不能帮你搞定，你需要动用你的聪明才智，你也许需要阅读kernel里触屏驱动的源码。我的开发套件触屏控制器是用的cpu本身的AD转换器，kernel里的驱动是兼容H3600的，所以我在ts.conf文件里module_raw模块设置为h3600。如果你用的三星的24XX系列的cpu，也许使用的方式跟我相同，使用同样的配置也许可以，如果不行，可能要阅读触屏驱动的源码及tslib的module_raw的源码，找到匹配的模块就行了。
《arm-linux之tslib》的位置http://www.directfb.com.cn/viewthread.php?tid=388&extra=page%3D1

2) freetype-2.3.5.tar.bz2
3) glib-2.12.13.tar.bz2
4) libpng-1.2.19.tar.bz2
这个模块本来我是不需要的，我在编译GTK的时候想disable这个模块，configure无法完成。
5) zlib-1.2.3.tar.bz2
6) jpegsrc.v6b.tar.gz
这个模块是我必须的，但编译GTK的时候，configure说找不到这个模块的jpeglib.h，我也研究了好久，
7) tiff-3.7.4.tar.gz
这个模块我不需要，但编译了，最终，我不会采用这个模块。
8) DirectFB-1.1.1.tar.gz
最开始我采用的是1.1.0，基本正常，最后弄触屏的时候，运行程序DirectFB怎么也加载不成功nputdrivers里的模块libdirectfb_tslib.so，阅读了相关代码后，发现这个版本的DFB的这个模块加载后，不读取tslib的相关环境变量，直接加载/dev/input/tslibn些设备，而我的开发板起来后，根本没有这些设备，1.1.0之后的版本，相关代码做过修正，我也尝试了最新版本的DFB 1.2.1，但这个版本的DF B跟好核后面选用的GTK的版本配合有点问题，无法编译后面的GTK，我阅读DFB 1.1.1的相关代码，发现已经修正，选用了这个版本，运行GTK程序，DFB开始加载tslib的相关模块，但只加载成功tslib的module_raw的模块，后面的模块加载失败。什么原因这里不做解释，后面再说。
9) atk-1.19.3.tar.bz2
10) expat-2.0.1.tar.gz
11) libxml2-2.6.29.tar.gz
12) fontconfig-2.4.2.tar.gz
13) pango-1.16.4.tar.bz2
14) cairo-1.4.10.tar.gz
15) gtk+-2.10.14.tar.bz2
这个模块最后编译，编译完成意味着我们成功完成了编译工作，我configure这个模块的时候碰到了两个问题：第一找不到pango，最后看到好多，才知道在configure前需要设置这个环境变量export LDFLAGS="-L$PREFIX/lib -Wl,-rpath,$PREFIX/lib" 这个啥意思，我不知道，为什么这样设我也不知道。第二找不到jpeglib.h，我分析了log，发现是在测试g++编译的时候，找不到jpeglib.h，而测试gcc编译是没有问题的，我在configure前设置了这个export CPPFLAGS="-I$PREFIX/include"环境变量，告诉g++编译器到哪里找jpeglib.h。
4 交叉编译
在宿主系统上交叉编译后的所有包的安装目录为/usr/gtkdfb，当然，你可以使用其他的目录，但绝不能跟主机环境相冲突，将交叉编译后东西安装到宿主系统的默认位置，可能会导致你的宿主系统某些不可预知的后果。下面开始编译
1) Tslib
export PREFIX=/usr/gtkdfb
echo "ac_cv_func_malloc_0_nonnull=yes" >arm-linux.cache
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX --cache-file=arm-linux.cache --enable-inputapi=no
make
make install
编译前只需要指定PREFIX一个环境变量，这个模块编译下面的编译基本都需要以下三个
export LDFLAGS=-L$PREFIX/lib
export CFLAGS="-g -I$PREFIX/include"
export PKG_CONFIG_PATH=$PREFIX/lib/pkgconfig
2) glib
echo ac_cv_type_long_long=yes>arm-linux.cache
echo glib_cv_stack_grows=no>>arm-linux.cache
echo glib_cv_uscore=no>>arm-linux.cache
echo ac_cv_func_posix_getpwuid_r=yes>>arm-linux.cache
CC=arm-linux-gcc ./configure --host=arm-linux --build=i686-pc-linux --prefix=$PREFIX --cache-file=arm-linux.cache
make
make install
3) atk
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX
make
make install
4) jpeg-6b
./configure--prefix=$PREFIX --enable-shared --enable-static
修改生成的Makefile文件:
# The name of your C compiler:
CC= gcc该成CC=arm-linux-gcc (根据你自己交叉编译器的位置修改)
# library (.a) file creation command
AR= ar rc 该成AR= arm-linux-ar rc(同上)
# second step in .a creation (use "touch" if not needed)
AR2= ranlib 该成AR2=arm-linux-ranlib (同上)
mkdir $PREFIX/man
mkdir $PREFIX/man/man1
make
make install-lib
5) zlib
CC=arm-linux-gcc ./configure --prefix=$PREFIX --shared
make
make install
6) libpng
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX
make
make install
7) expat
./configure --host=arm-linux--prefix=$PREFIX
make
make install
8) freetype
./configure --host=arm-linux--prefix=$PREFIX
make
make install
9) libxml
./configure --host=arm-linux--prefix=$PREFIX
make
make install
10) fontconfig
export LIBXML2_CFLAGS=-I$PREFIX/include/libxml2
export LIBXML2_LIBS="-L$PREFIX/lib -lxml2"
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX --with-freetype-config=$PREFIX/bin/freetype-config --with-arch=arm
make
make install
11) tiff
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX --enable-shared
make
make install
12) DirectFB
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX --with-gfxdrivers=none --with-inputdrivers=all --enable-png --enable-jpeg --disable-tiff --enable-zlib --enable-sdl=no --enable-gif=no --disable-x11
make
make install
13) cairo
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX --without-x --disable-xlib --disable-xlib-xrender --enable-directfb --enable-freetype --disable-win32 --enable-pdf --enable-ps --disable-svg --enable-png
make
make install
不知道为什么，gtk非要有pdf和ps的支持，没有就无法完成configure，没办法，我只好在这里就打开，其实也不能真正支持，因为pdf等东西根本没有加进来。不知道后来的gtk版本有无改进。
14) Pango
修改configure文件，将下面一些参数改成true
have_cairo=true
have_cairo_png=true
have_cairo_ps=true
have_cairo_pdf=true
have_cairo_freetype=true
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX --enable-cairo --without-x
make
make install
15) gtk
export LDFLAGS="-L$PREFIX/lib -Wl,-rpath,$PREFIX/lib"
export CPPFLAGS="-I$PREFIX/include"
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX --with-gdktarget=directfb --without-x --without-libtiff
make
make install
5 开发板运行环境
开发板的内核是2.6的，一切驱动都已完毕，文件系统采用nfs加载，在宿主系统上位于/arm/root/root_nfs上，我是编译好后，才弄板子的，但最好，在编译之前，最好先熟悉熟悉开发板，我弄好好几天才使开发板运行起来，因为2.6的kernel使用的uboot里某些东西跟2.4 kernel使用的uboot不同。我以前根本没有弄过，困扰了好几天。
在宿主系统上，将/usr/gtkdfb目录复制到/arm/root/root_nfs/usr目录下，开发板运行起来后，编译好的东西都会在/usr/gktdfb目录下。
1) Pangorc
mkdir /arm/root/root_nfs/usr/gtkdfb/etc/pango
创建文件 /arm/root/root_nfs/usr/gtkdfb/etc/pango/pangorc文件内容如下
# pangorc file for uninstalled operation.
# We set the path as ../modules, such that it works from any of
# top level build subdirs.
#
[Pango]
ModuleFiles = /usr/gtkdfb/etc/pango/pango.modules
ModulesPath = /usr/gtkdfb/lib/pango/1.6.0/modules
上面在宿主系统上运行
下面的命令在开发板上运行
/usr/gtkdfb/bin/pango-querymodules > /usr/gtkdfb/etc/pango/pango.modules
2) gfxdrivers
下面的命令本行在开发板上运行，只是消除一个警告
mkdir /usr/gtkdfb/lib/directfb-1.1-0/gfxdrivers
3) gdk-pixbuf.loaders
下面的命令本行在开发板上运行
mkdir /usr/gtkdfb/etc/gtk-2.0
/usr/gtkdfb/bin/gdk-pixbuf-query-loaders > /usr/gtkdfb/etc/gtk-2.0/gdk-pixbuf.loaders
4) gtk.immodules
下面的命令本行在开发板上运行
/usr/gtkdfb/bin/gtk-query-immodules-2.0 > /usr/gtkdfb/etc/gtk-2.0/gtk.immodules
5) fonts.conf
在/usr/gtkdfb/etc/fonts目录下有fonts.conf这么个文件，在这个文件配置了一些字库的信息，在宿主系统中打开文件/arm/root/root_nfs/usr/gtkdfb/etc/fonts/fonts.conf，修改<!-- Font directory list -->这行以下的东西，设置正确的字库目录。当然前提需要将字库复制到/arm/root/root_nfs的合适目录下。比如ubuntu的设置如下
<!-- Font directory list -->
<dir>/usr/share/fonts</dir>
<dir>/usr/X11R6/lib/X11/fonts</dir>
<dir>~/.fonts</dir>
最简单的方法就是将ubuntu的这些目录里的内容复制到/arm/root/root_nfs相对目录下，这样，这个文件都可以不修改。但最后你肯定不能这样做，因为嵌入式是不需要这么多字库的，我们只要需要的，不需要的统统砍掉，了解一下这个文件也应该是必须的。
6) directfbrc
这个文件我还没用过，我曾经相弄它，因为当初碰到一个问题以为是他的问题，但不是它的问题，所以到现在为止，我还没弄。论坛上VCVC0说，没有这个文件，程序加载很慢，有了，就快很多，这里给个链接，我就不详述
http://www.directfb.com.cn/viewthread.php?tid=373
下面是帖子的内容。也现在也不臆想我的用法了
如何配置基于arm的directfbrc配置文件？
我在我的开发板里跑了一下应用。如果/etc目录下没有directfbrc文件的话，程序需要很久才能显示出来。
我简单设置了一下directfbrc内容如下：
system=fbdev
fbdev=/dev/fb/0
wm=default
mode=640x480
depth=32
pixelformat=RGB32
程序的启动速度就快了很多，不知道是什么原因。
还有问题就是direct的wm能否管理gtk的窗口。或者有没有基于嵌入式开发的窗口管理器可以使用的。
6 最后的秘笈
现在你在板子上运行GTK源码包里的test，应该是没有问题，如果有问题，就要回头苦修了。最后的一个问题来了，usb鼠标可以控制屏幕上的鼠标指针，触屏不反应，明明我的tslib测试程序运行一定问题也没有，DFB编译也正确失败了tslib这个库，怎么回事呢? 这就是最后的秘笈，我只所以敢将本文档称为至尊秘笈，也就因为这个秘笈，我认为，解决这个问题需要相当的技术水平。
首先，要说明这个问题都是复杂的。先说DFB的初始化，DFB加载先读directfbrc，读取一些设置，然后加载辅助模块，模块的加载都是动态的，采用dlopen方式加载的。tslib加载一些模块也是采用这种方式加载的。应用程序动态链接到DFB的库，加载能加载的模块，同时加载了libdirectfb_tslib.so，这个模块动态链接到libts.so这个库，动态加载libdirectfb_tslib.so同时做一些初始化tslib的工作，初始tslib又会动态加载tslib的一些模块，这四个模块pthres、variance、dejitter、linear会用到libts.so这个库里的一个函数tslib_parse_vars，由于libdirectfb_tslib.so是用dlopen加载的，加载tslib的上四个模块时，根本就不知道到何处去找函数tslib_parse_vars，而tslib的测试程序已经动态链接了libts.so，加载tslib的上速模块时能够正确识别函数tslib_parse_vars。
原因知道了，解决问题就简单了。链接应用程序时动态链接到库libts.so就可以了，我修改gtk源码tests目录下的Makefile
LDFLAGS = -L/usr/gtkdfb/lib -lts -Wl,-rpath,/usr/gtkdfb/lib
重新编译了这些测试程序，复制到开发板上，运行，一切都OK了
7 结语
回想起来，搭建一个嵌入式的DFB+GTK的GUI开发平台真的很困难，且不说如此多不同组织和个人编写的包，就是每个人的环境也是千差万别的，能够给你提供帮助的人几乎没有，碰到问题，你只能在浩瀚的网络里找寻解决的方法。解决任何一个问题也许都要耗费巨大的精力。如果你的项目资金允许，还是请支持一下国产的优秀GUI软件――MiniGUI，你碰到的问题，应该都很得到迅速，圆满的解决，无疑会加快你的项目开发进度。当然，DFB+GTK也是很好的选择，在你自己解决问题的时候，你会学到很多的东西，还会带给你带来巨大的成就感。
最后，要感谢这些开源软件包的写作者们，是他们无私的奉献，才让我们能够有机会学习这些优秀的代码。还要感谢哪些在网上共享了自己经验的先驱们，是他们的点点星火，给了我灵感，为我指引了解决问题的方向。谨以本文献给他们，再次感谢他们。同时，将本文献给www.directfb.com.cn及坛主echo先生以及论坛的每一个现在的和将来的会员。我只不过在论坛上发表了两篇很短小的陋文，echo先生竟邀请我当版主，使我倍感荣幸。
环境的搭建工作我基本完成了，项目的需要，我要做其他的事情了。如果你也在做类似的工作，碰到了一些问题，希望本文能给你帮助。如果你在其他地方看到本文（本人希望有网站转载本文），请访问www.direcfb.com.cn，也许你能的得到更多的信息。