基于Linux与Qt4的网络数码相框实现

童 凯，张红雨

（成都电子科技大学 电子工程学院，四川 成都 611731）

在这个数字时代，数码相机及各种电子拍照设备走入千家万户，越来越多的家庭都拥有自己美好的“数字回忆”，怎样回顾这些让人难忘的记忆呢？传统的方式是将相片冲洗成实物，或者将数字资源上传到PC观看。但是这些数字资源往往数量巨大，冲洗成实物浪费资源，且使用起来极不方便。数码相框以其便捷，可重复使用等特点，极大的满足了人们在这一方面应用的需求。本设计提出了一种实现数码相框的方案，并加强了网络功能。

1 技术方案

目前数码相机生产的图片格式大多为.jpg文件，显示这些图片需要进行JPEG解码处理，同时为了显示的流畅性，对图片处理实时性有较高的要求。结合功能需求与性价比考虑，选用低功耗、高性能的32位ARM处理器S3C2440。

基于ARM920T体系结构的S3C2440嵌入式微处理器具有如下特点：16／32bit处理字长，ARM920T内核，拥有MMU与CACHE，IIS总线控制器，LCD控制器，ADC控制器，最高工作频率达到400MHz，运算能力为440MIPS，能够胜任图像的处理任务；LCD控制器、ADC控制器为使用触摸屏设备提供了方便，简化了外围电路的设计[1]。所以，硬件部分采用在S3C2440基础上构建的一个具有网络功能的嵌入式平台。

软件部分选择较新的Linux2.6.30操作系统，Linux操作系统属于开源免费的，可大大降低产品的开发成本。Linux操作系统遵守GPL开发原则，可找到丰富的驱动程序源码以及库函数，该系统还支持TCP／IP协议栈，可以有效降低开发难度，缩短开发周期[2]。完全满足Web数码相框的设计要求。

Qt是一个使用广泛的面向对象编程的跨平台图形界面开发工具，拥有丰富的类库、清晰的开发文档。Qt/Embedded的API和Qt的API有着类似的接口，但是有针对嵌入式开发的特点进行的改进，包括手写识别、选择板和虚拟键盘等等。本设计使用Qt的QFtp类实现FTP客户端用于传输图片，使用QPixmap和QPainter类实现图片的显示以及调整。

2 硬件设计

2.1 触摸屏接口电路

触摸屏接口电路主要包括两部分，一是LCD显示电路，二是 ADC转换电路。本设计采用 480×272的 TFT LCD，S3C2440 LCD控制器能够为TFT屏提供必要的控制信号，比如帧同步信号VFRAME，行同步信号 VLINE，时钟信号VCLK等。图2是LCD控制器的框图，其中REGBANK是LCD控制寄存器组，包括了17个LCD控制寄存器以及一款256×16的调色板内存；LCDCDMA是其专用的DMA通道，可以自发地从总线上获取图片的数据；VIDPRCS将LCDCDMA中传输过来的数据转换成特定的格式；TIMEGEN与LPC3600，LCC3600协调产生LCD屏所需的控制时序。S3C2440与LCD的硬件连线如图3所示。

图1 硬件系统方案图Fig.1 Hardware system diagram

图4 DM9000连线示意图Fig.4 DM9000 connection diagram

图2 S3C2440 LCD控制器框图Fig.2 S3C2440 LCD controller

图3 S3C2440与LCD的硬件连线图Fig.3 S3C2440 with LCD’s hardware diagram

S3C2440提供了触摸屏的触控接口，向外提供4个控制信号引脚:nYPON、YMON 、nXPON、XMON，以及两个中断信号：INT_ADC，表示 AD转换完成；INT_TC，表示触摸屏被按下或拿起。通过这两个信号的不同组合，可以表达出不同的触摸动作，在应用程序端可以识别并进行处理。

2.2 网卡芯片DM9000接口电路

网络接口设计采用目前常见的DM9000芯片。该芯片是一款高度集成的，低成本的单片快速以太网控制器，包含10M/100M物理层，16KB SDRAM以及通用的处理器接口，支持远端唤醒。S3C2440与DM9000之间采用地址线和数据线复用的方式，使用CMD信号来分辨他们。DM9000的访问基址为 0x20000000（BANK4的基址）。nOE、nWE 分别控制读/写操作使能。完成一次数据的读写产一个中断信号，接到EINT7。网络接口设计如图4所示。

3 软件设计

3.1 在S3C2440嵌入式平台上搭建Linux系统简介

Linux的低成本、强大的定制功能（内核可裁剪，网络功能强大）以及良好的移植性能，使得Linux在嵌入式系统方面得到广泛应用。搭建一个嵌入式linux系统通常需要以下几个步骤：移植Bootloader；移植内核；构建根文件系统[3]。

3.1.1 移植Bootloader

使用Bootloader是为了在系统上电时，完成部分硬件设备的初始化，准备好软件环境，最后调用操作系统。U-BOOT是一款常用的Bootloader，可以引导多种操作系统，支持多种架构的CPU。本设计采用的U-BOOT版本为1.1.6，主要完成的工作包括：修改SMDK2410板的系统时钟、SDRAM时钟设置方式，使其支持S3C2440芯片；新建nand_flash.c文件，修改对nand flash命令的支持，加入型号为 K9F1208U0B的nand flash的信息，添加配置的宏定义，然后在cpu/arm920t/s3c24x0/Makefile中的COBJS添加nand_flash.o项。

3.1.2 移植内核

内核移植的工作很多，这里只提出和本设计重点相关的几个配置，配置LCD驱动寄存器；设置Bufferframe；添加对DM9000驱动的支持；选择支持input子系统和yaffs子文件系统等，然后对该源码进行针对目标平台的交叉编译（armlinux-），生成内核镜像文件，最后将镜像文件烧写到目标平台中。

3.1.3 构建根文件系统

根文件系统存放着Linux操作系统启动必须的文件与程序，比如提供用于界面的shell程序，应用程序使用的库，配置文件等等。通常使用工具集来构建根文件系统[4]。使用busybox工具集创建根文件系统主要包括以下步骤：获取源代码；配置，busybox中包含了数百个系统命令，嵌入式系统并不会完全使用到这些命令，可以筛选命令以减少根文件系统的大小；编译，安装；创建必要的目录与文件，主要是etc目录下对系统进行整体配置的文件inittab，默认启动脚本rcS，挂载文件系统需要的fstab文件以及dev目录下的设备文件。随后使用mkyaffs2工具将整个根文件系统制作成yaffs映像文件。

3.2 Qt/Embedded编程

3.2.1 通过QFtp类实现FTP客户端功能

QFtp类提供了实现FTP通信的底层函数：connectToHost（）， login（）， close（）， list（）， cd（）， get（）， put（）， remove（），mkdir（）， rmdir（）， rename（）和 rawCommand（），以异步方式工作，当某个操作不能立即执行完的时候，马上返回继续执行下一条指令，通过发送signals来对执行结果进行通知。使用时封装一个自己的FtpWindow类，然后将QFtp类作为private成员，这样就可以调用QFtp类中的底层函数来实现FTP 通信[5]。

在FtpWindow类的构造函数 FtpWindow::FtpWindow（）中设置GUI，设置好的客户端界面如下所示：

图5 FTP客户端界面Fig.5 FTP client interface

然后通过信号与槽机制，设置按下各个功能按钮后进行的操作。

connect （progressDialog， SIGNAL （canceled （））， this，SLOT（cancelDownload（）））；//取消下载

connect（connectButton， SIGNAL（clicked（））， this， SLOT（connectToFtp（）））；//连接 FTP 服务器

connect （cdToParentButton， SIGNAL （clicked （））， this，SLOT（cdToParent（）））；//返回上层目录

connect （downloadButton， SIGNAL （clicked （））， this，SLOT（downloadFile（）））；//下载文件

connect （quitButton， SIGNAL （clicked （））， this， SLOT（close（）））；//退出

输入ftp服务器地址，调用connectToFtp函数，创建一个新的QFtp对象ftp，使用信号与槽机制，关联listInfo信号与addToList函数:

connect （ftp， SIGNAL （listInfo （QUrlInfo））， this， SLOT（addToList（QUrlInfo）））；

将输入的服务器地址作为参数传递给QUrl对象，QUrl类含有对url地址进行解析的函数。它默认的ftp有效地址结构如下所示。

图6 Ftp有效地址结构Fig.6 Ftp valid address structure

将解析出的参数传递给QFtp::connetToHost函数，连接主机。如果url中指定用户名与密码，使用QFtp::login（url.user（），url.password（））进行登录。登录后，QFtp::list（）将查询服务器上的目录，发出listInfo（const QUrlInfo&）信号触发addToList函数为目录下的每个文件及目录创建一个QTreeWidgetItem对象，利用 QUrlInfo型参数对QTreeWidgetItem对象进行设置，完成后添加至FtpWindow::QTreeWidget对象filelist。在GUI界面就可以看到这些目录项了。

当一个目录项被双击时，将调用FtpWindow::processItem（），查询isDirectory里关于该项的记录，如果是目录，就改变当前路径，进入到新目录，更新filelist。下载文件时，downloadFile（）函数使用 QFtp::get（）函数下载文件。FtpWindow::QTreeWidget对象获取选定文件的文件名，在客户端建立一个QFile对象使用该文件名作为参数，在本地目录建立文件。

3.2.2 图片显示

Qt画图机制为屏幕显示提供了统一的API接口，主要分为 3类：QPainter类，QPaintDevice类和 QPaintEngine类。QPainter类提供了画图操作的各种接口；QPaintDevie类提供了用于画图的空间，是所有可以用QPainter类进行绘图的类的基类；QPaintEngine类类则是内部使用的抽象接口，是前面两种类的桥梁[6]。

常用的画图容器有QPixmap，QImage。QPixmap是针对荧幕显示图像而设计并最佳化，依赖于所在平台的原生绘图引擎，所以一些效果的展现（比如反锯齿），在不同的平台上可能会有不一致的结果，并且无法提供个别像素的存取。QImage使用Qt自身的绘图引擎，可在不同平台上显示相同的图像效果，并可透过 setPixpel（）、pixel（）等方法，直接存取指定的像素。本设计采用的是QPixmap。

图片显示主要实现的功能包括：图片显示，缩放，翻转。在图片显示主界面设置toolbar，设置相应功能的图标，当我们按下这些图标的时候，就可以通过信号与槽机制，调用到相应的功能函数，实现图片的切换，缩放，翻转功能。

显示图片：编译Qt/Embedded时，在configure中指定我们需要显示jpg，jpeg格式，就由Qt自身实现图片的编解码，而不需要借助第三方的软件。调用QPainter::drawPixmap（int x，int y， int width， int height， const QPixmap&pixmap） 绘制需要的图片，绘制时参数有多种。上述的参数表使用x，y指定显示位置，width、height限定显示的大小。可通过（QPixmap::load（））::size（）获取加载图片的尺寸可以进行优化设置。pixmap是绘图容器，pixmap.load（）从本地文件夹里加载需要显示的图片。

缩放：在播放图片的时候，会因为比例和分辨率的问题而导致图片不能全屏显示，为了更好的展示图片的细节，设计了图片缩放功能。本设计指定，每按一次放大/缩小按钮，边框变化10%。以放大为例：

图7 pixmap缩放模式Fig.7 Pixmap scale mode

Qt::IgnoreAspectRatio:忽略长宽比，按指定的大小缩放；

Qt::KeepAspectRatio:保持长宽比，并让图片在指定外框内尽量缩放；

Qt::KeepAspectRatioByExpanding：保持长宽比，以边框的最小长度作为宽度进行缩放。

图片的翻转通过改变QPainter的作图坐标系实现，常规情况下，QPainter作图参照的坐标系是显示器上的像素点。通过 QPainter::rotate（qreal angle）函数实现翻转，angle 大于 0，顺时钟方向旋转；小于0，逆时针方向旋转。

4 结束语

本设计方案是基于Qt/Embedded的一种网络数码相框实现，使用QT类实现了数码相框显示图片的功能，另外，本设计可通过FTP客户端从服务器端实时更新资源，解决了嵌入式产品内存小带来的不便。使用Qt/Embedded做开发，拥有大量的可用库和清晰的指导文档，便于实现功能的扩展。

[1]Samsung.S3C2440A 32-Bit CMOS Microcontroller User’s Manual[C]//Revision 1 Publication Number:21-S3-C2440A-072004，2004.

[2]徐英慧，马忠梅，王磊，等.ARM9嵌入式系统设计---基于S3C2410与Linux[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[3]天嵌科技.基于天嵌科技的SKY2440/TQ2440的Linux系统移植手册V4.5.2010.6.5[EB/OL].http://www.armbbs.net/forum.php mod=viewthread&tid=630&extra=page%3D2.

[4]韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[5]Jasmin Blanchette， Mark Summerfield.C ++ GUI Programming with Qt4[M].Pretice Hall Ptr，2007.

[6]周洁.基于Qtopia的数码相框软件开发 [J].华东交通大学学报，2012，29（2）:88-93.

ZHOU Jie.Digital album software development based on Qtopia[J].Journal of East China Jiaotong University，2012，29（2）:88-93.