嵌入式linux GUI–DirectFB + GTK至尊秘笈

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關鍵詞: 嵌入式 GUI arm linux DirectFB GTK tslib
1 前言
      數年前，曾經開發過一個嵌入式的產品，如今市場依然存在，但由於電子產品的升級換代很快，許多元器件都採購不到了，為了延續產品的生命週期，計劃在linux平台上開發新的版本。而在linux上的GUI上成了大問題，最開始有用Minigui的打算，也同飛漫公司聯絡過，但費用我這裡無法承受。(Minigui作為國產優秀的嵌入式GUI，如果不是費用的問題，應該是最優的選擇。) QT我也看了下，也是收費的，沒有仔細研究。最開始我打算用MicroWindow的，但後來發現這個東西好久沒有更新了，bug一大堆。最後的目光停留在GTK上，最開始無從下手，不知道到底適合不適合做嵌入式GUI，最後不知道在哪裡看到一個介紹說諾基亞有產品是用GTK的，覺得既然別人能做得，我也能做得。最開始做這個，相關資料太少，一點底都沒有，但經過兩個月(長了點)的努力，終於解決了所有問題，才一顆石頭落地。個人認為，在本文的協助下，如果你擁有初中級的嵌入式linux的知識，也許一天就能解決問題，最長也不會超過一個星期。
2 準備工作
硬體環境：linux主機一台，如果你喜歡用windows，可以在windows主機上用vmware虛擬一個linux系統。嵌入式開發套件，包括嵌入式開發板、帶觸屏的液晶屏及相關串連電纜。
軟體環境：x86 linux發行版，配置好framebuffer，並安裝好ftp server、telnet server、tftp server、nfs server、gcc及相關軟體、交叉編譯器、開發套件的kernel 2.6的源碼包。
    本人用的是Ubuntu 7.10的發行版，嵌入式開發版採用三星的2440系列cpu，如何搭建開發環境不在本文討論範圍之類，請參考其他文檔。交叉編譯器用的是自己編譯的3.4.1，最開始採用的是開發套件帶的3.4.1，為什麼要用自己編譯的而不用開發套件內建的呢? 這裡說本文第一個秘笈：由於GTK採用的向量字型裡一些演算法使用了浮點運算，而24xx系列的cpu硬浮點不支援(我沒有相關知識，這是我的一個同事說得，是不是他本來意思，我都不敢確定，如果你的cpu不是這個系列的,請查看相關資料)，只要在交叉編譯器裡加上軟浮點運算支援，就應該沒有問題了，所以在開始之前，先檢查交叉編譯器裡有沒有--with-float=soft這個選項。在我使用開發版內建的編譯完成編譯後，運行gtk的程式，總是有這個提示” shape engine failure, expect ugly output. the offending font is”，而螢幕上所有字元都顯示不出來，button由於字元無法顯示，被壓縮成一條線，這個問題困擾我好幾天，我開始以為是字型檔設定的問題，後來求助同事，他聽了我的描述後，猜測可能是浮點運算的問題，讓我用我們自己編譯的交叉編譯器重新編譯一下，看看能不能解決問題，結果真的解決了。
3 源碼包的選擇
     選用GTK做嵌入式GUI是個痛苦的選擇，如果選用商業GUI如MiniGui，別人都給你整好了，你拿過來用就可以了，或者用Wince，還是與windows相容的。而選用GTK做GUI，不同組織(個人)編寫的15個軟體包，各個軟體包又有不同的版本，而網上又沒有權威的指南，如何選擇合適的版本以及如何整合確實是個非常複雜的問題。
我是先從在x86上搭建GTK環境開始的，首先我選用最新版本，然後，看到介紹說，GTK在framebuffer上運行有兩種模式: DirectFB 和linux-fb，而linux-fb的項目好像已經停止，主要方向是DirectFB，後來查的有個DirectFB + GTK的英文文檔，基本都選用最新的版本，而且很多包都可以使用系統內建的，編譯必須的源碼就可以了，最開始怎麼也編譯不成功，我快絕望的時候，發現釋放出一個最新的GTK源碼版本（大概是08年7月4日），我第一時間下載下來，很快就編譯出來了，並且在framebuffer模式下gtk-demo以及一些test運行一點問題都沒有。
      熟悉了編譯過程後，我先嘗試用交叉編譯這個最新版本，編譯第一個包glib-2.16.4就失敗了。我在網上閱讀了很多關於交叉編譯DirectFB+GTK的的資料，有個用shell指令碼寫的好像不錯，但是看不懂呀，雖然我接觸unix都十多年了，還曾經在unix下做個一比較大型的項目，但後來，linux都是個人興趣，看了一些，玩了一些，沒做過東西，shell編程看過，好多東西一直半解，他那篇文檔看的我都傻了，這人真牛。但源碼包的選擇是可以借鑒的。
我的選擇:
1) tslib-1.0.tar.bz2
     觸控螢幕本來我是最後弄的，但如果你需要觸屏支援，最好在一開始就搞定他。這個其實是tslib.14，為啥成了1.0的了，我也不知道，如何編譯不是很難，難在怎麼配置，相關文檔請閱讀本人的另外一篇文檔《arm-linux之tslib》，當然哪片文檔可能並不能幫你搞定，你需要動用你的聰明才智，你也許需要閱讀kernel裡觸屏驅動的源碼。我的開發套件觸屏控制器是用的cpu本身的AD轉換器，kernel裡的驅動是相容H3600的，所以我在ts.conf檔案裡module_raw模組設定為h3600。如果你用的三星的24XX系列的cpu，也許使用的方式跟我相同，使用同樣的配置也許可以，如果不行，可能要閱讀觸屏驅動的源碼及tslib的module_raw的源碼，找到匹配的模組就行了。
《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
    這個模組本來我是不需要的，我在編譯GTK的時候想disable這個模組，configure無法完成。
5) zlib-1.2.3.tar.bz2
6) jpegsrc.v6b.tar.gz
    這個模組是我必須的，但編譯GTK的時候，configure說找不到這個模組的jpeglib.h，我也研究了好久，
7) tiff-3.7.4.tar.gz
這個模組我不需要，但編譯了，最終，我不會採用這個模組。
8) DirectFB-1.1.1.tar.gz
    最開始我採用的是1.1.0，基本正常，最後弄觸屏的時候，運行程式DirectFB怎麼也載入不成功nputdrivers裡的模組libdirectfb_tslib.so，閱讀了相關代碼後，發現這個版本的DFB的這個模組載入後，不讀取tslib的相關環境變數，直接載入/dev/input/tslibn些裝置，而我的開發板起來後，根本沒有這些裝置，1.1.0之後的版本，相關代碼做過修正，我也嘗試了最新版本的DFB 1.2.1，但這個版本的DF B跟好核後面選用的GTK的版本配合有點問題，無法編譯後面的GTK，我閱讀DFB 1.1.1的相關代碼，發現已經修正，選用了這個版本，運行GTK程式，DFB開始載入tslib的相關模組，但只載入成功tslib的module_raw的模組，後面的模組載入失敗。什麼原因這裡不做解釋，後面再說。
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
    這個模組最後編譯，編譯完成意味著我們成功完成了編譯工作，我configure這個模組的時候碰到了兩個問題：第一找不到pango，最後看到好多，才知道在configure前需要設定這個環境變數export LDFLAGS="-L$PREFIX/lib -Wl,-rpath,$PREFIX/lib" 這個啥意思，我不知道，為什麼這樣設我也不知道。第二找不到jpeglib.h，我分析了log，發現是在測試g++編譯的時候，找不到jpeglib.h，而測試gcc編譯是沒有問題的，我在configure前設定了這個export CPPFLAGS="-I$PREFIX/include"環境變數，告訴g++編譯器到哪裡找jpeglib.h。
4 交叉編譯
    在宿主系統上交叉編譯後的所有包的安裝目錄為/usr/gtkdfb，當然，你可以使用其他的目錄，但絕不能跟主機環境相衝突，將交叉編譯後東西安裝到宿主系統的預設位置，可能會導致你的宿主系統某些不可預知的後果。下面開始編譯
1) Tslib
export PREFIX=/usr/gtkdfb
echo "ac_cv_func_malloc_0_nonnull=yes" >arm-linux.cache
./configure --host=arm-linux --prefix=$PREFIX --cache-file=arm-linux.cache --enable-inputapi=no
make
make install
編譯前只需要指定PREFIX一個環境變數，這個模組編譯下面的編譯基本都需要以下三個
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
修改產生的Makefile檔案:
       # The name of your C compiler:
       CC= gcc  該成  CC=arm-linux-gcc (根據你自己交叉編譯器的位置修改)
       # library (.a) file creation command
       AR= ar rc 該成  AR= arm-linux-ar rc  (同上)
       # second step in .a creation (use "touch" if not needed)
       AR2= ranlib 該成  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=$PREFIX --without-x --disable-xlib --disable-xlib-xrender --enable-directfb --enable-freetype --disable-win32 --enable-pdf --enable-ps --disable-svg --enable-png
make
make install
      不知道為什麼，gtk非要有pdf和ps的支援，沒有就無法完成configure，沒辦法，我只好在這裡就開啟，其實也不能真正支援，因為pdf等東西根本沒有加進來。不知道後來的gtk版本有無改進。
14) Pango
     修改configure檔案，將下面一些參數改成true
have_cairo=true
have_cairo_png=true         
have_cairo_ps=true
have_cairo_pdf=true
have_cairo_freetype=true
./configure --host=arm-linux --prefix=$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 開發板運行環境
    開發板的核心是2.6的，一切驅動都已完畢，檔案系統採用nfs載入，在宿主系統上位於/arm/root/root_nfs上，我是編譯好後，才弄板子的，但最好，在編譯之前，最好先熟悉熟悉開發板，我弄好好幾天才使開發板運行起來，因為2.6的kernel使用的uboot裡某些東西跟2.4 kernel使用的uboot不同。我以前根本沒有弄過，困擾了好幾天。
在宿主系統上，將/usr/gtkdfb目錄複寫到/arm/root/root_nfs/usr目錄下，開發板運行起來後，編譯好的東西都會在/usr/gktdfb目錄下。
1) Pangorc
mkdir /arm/root/root_nfs/usr/gtkdfb/etc/pango
建立檔案 /arm/root/root_nfs/usr/gtkdfb/etc/pango/pangorc檔案內容如下
# 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
上面在宿主系統上運行
下面的命令在開發板上運行
/usr/gtkdfb/bin/pango-querymodules > /usr/gtkdfb/etc/pango/pango.modules
2) gfxdrivers
     下面的命令本行在開發板上運行，只是消除一個警告
mkdir /usr/gtkdfb/lib/directfb-1.1-0/gfxdrivers
3) gdk-pixbuf.loaders
     下面的命令本行在開發板上運行
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
     下面的命令本行在開發板上運行
/usr/gtkdfb/bin/gtk-query-immodules-2.0 > /usr/gtkdfb/etc/gtk-2.0/gtk.immodules
5) fonts.conf
     在/usr/gtkdfb/etc/fonts目錄下有fonts.conf這麼個檔案，在這個檔案配置了一些字型檔的資訊，在宿主系統中開啟檔案/arm/root/root_nfs/usr/gtkdfb/etc/fonts/fonts.conf，修改<!-- Font directory list -->這行以下的東西，設定正確的字型檔目錄。當然前提需要將字型檔複製到/arm/root/root_nfs的合適目錄下。比如ubuntu的設定如下
<!-- Font directory list -->
        <dir>/usr/share/fonts</dir>
        <dir>/usr/X11R6/lib/X11/fonts</dir>
        <dir>~/.fonts</dir>
最簡單的方法就是將ubuntu的這些目錄裡的內容複寫到/arm/root/root_nfs相對目錄下，這樣，這個檔案都可以不修改。但最後你肯定不能這樣做，因為嵌入式是不需要這麼多字型檔的，我們只要需要的，不需要的統統砍掉，瞭解一下這個檔案也應該是必須的。
6) directfbrc
      這個檔案我還沒用過，我曾經相弄它，因為當初碰到一個問題以為是他的問題，但不是它的問題，所以到現在為止，我還沒弄。論壇上VCVC0說，沒有這個檔案，程式載入很慢，有了，就快很多，這裡給個連結，我就不詳述
http://www.directfb.com.cn/viewthread.php?tid=373
下面是文章的內容。也現在也不臆想我的用法了
如何配置基於arm的directfbrc設定檔？
我在我的開發板裡跑了一下應用。如果/etc目錄下沒有directfbrc檔案的話，程式需要很久才能顯示出來。
我簡單設定了一下directfbrc內容如下：
system=fbdev
fbdev=/dev/fb/0
wm=default
mode=640x480
depth=32
pixelformat=RGB32
程式的啟動速度就快了很多，不知道是什麼原因。
還有問題就是direct的wm能否管理gtk的視窗。或者有沒有基於嵌入式開發的視窗管理器可以使用的。
6 最後的秘笈
    現在你在板子上運行GTK源碼包裡的test，應該是沒有問題，如果有問題，就要回頭苦修了。最後的一個問題來了，usb滑鼠可以控制螢幕上的滑鼠指標，觸屏不反應，明明我的tslib測試程式運行一定問題也沒有，DFB編譯也正確失敗了tslib這個庫，怎麼回事呢? 這就是最後的秘笈，我只所以敢將本文檔稱為至尊秘笈，也就因為這個秘笈，我認為，解決這個問題需要相當的技術水平。
     首先，要說明這個問題都是複雜的。先說DFB的初始化，DFB載入先讀directfbrc，讀取一些設定，然後載入輔助模組，模組的載入都是動態，採用dlopen方式載入的。tslib載入一些模組也是採用這種方式載入的。應用程式動態連結到DFB的庫，載入能載入的模組，同時載入了libdirectfb_tslib.so，這個模組動態連結到libts.so這個庫，動態載入libdirectfb_tslib.so同時做一些初始化tslib的工作，初始tslib又會動態載入tslib的一些模組，這四個模組pthres、variance、dejitter、linear會用到libts.so這個庫裡的一個函數tslib_parse_vars，由於libdirectfb_tslib.so是用dlopen載入的，載入tslib的上四個模組時，根本就不知道到何處去找函數tslib_parse_vars，而tslib的測試程式已經動態連結了libts.so，載入tslib的上速模組時能夠正確識別函數tslib_parse_vars。
      原因知道了，解決問題就簡單了。連結應用程式時動態連結到庫libts.so就可以了，我修改gtk源碼tests目錄下的Makefile
LDFLAGS = -L/usr/gtkdfb/lib -lts -Wl,-rpath,/usr/gtkdfb/lib
重新編譯了這些測試程式，複製到開發板上，運行，一切都OK了
7 結語
      回想起來，搭建一個嵌入式的DFB+GTK的GUI開發平台真的很困難，且不說如此多不同組織和個人編寫的包，就是每個人的環境也是千差萬別的，能夠給你提供協助的人幾乎沒有，碰到問題，你只能在浩瀚的網路裡找尋解決的方法。解決任何一個問題也許都要耗費巨大的精力。如果你的項目資金允許，還是請支援一下國產的優秀GUI軟體――MiniGUI，你碰到的問題，應該都很得到迅速，圓滿的解決，無疑會加快你的項目開發進度。當然，DFB+GTK也是很好的選擇，在你自己解決問題的時候，你會學到很多的東西，還會帶給你帶來巨大的成就感。
    最後，要感謝這些開源軟體包的寫作者們，是他們無私的奉獻，才讓我們能夠有機會學習這些優秀的代碼。還要感謝哪些在網上共用了自己經驗的先驅們，是他們的點點星火，給了我靈感，為我指引瞭解決問題的方向。謹以本文獻給他們，再次感謝他們。同時，將本文獻給www.directfb.com.cn及壇主echo先生以及論壇的每一個現在的和將來的會員。我只不過在論壇上發表了兩篇很短小的陋文，echo先生竟邀請我當版主，使我倍感榮幸。
    環境的搭建工作我基本完成了，項目的需要，我要做其他的事情了。如果你也在做類似的工作，碰到了一些問題，希望本文能給你協助。如果你在其他地方看到本文（本人希望有網站轉載本文），請訪問www.direcfb.com.cn，也許你能的得到更多的資訊。

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