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嵌入式设备上的 Linux 系统开发-3

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my770809
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LV8
副总工程师
  • 2021-8-10 09:20:11
tmpfs
当 Linux 运行于嵌入式设备上时,该设备就成为功能齐全的单元,许多守护进程会在后台运行并生成许多日志消息。另外,所有内核日志记录机制,象 syslogd、dmesg 和 klogd,会在 /var 和 /tmp 目录下生成许多消息。由于这些进程产生了大量数据,所以允许将所有这些写操作都发生在闪存是不可取的。由于在重新引导时这些消息不需要持久存储,所以这个问题的解决方案是使用 tmpfs。
tmpfs 是基于内存的文件系统,它主要用于减少对系统的不必要的闪存写操作这一唯一目的。因为 tmpfs 驻留在 RAM 中,所以写/读/擦除的操作发生在 RAM 中而不是在闪存中。因此,日志消息写入 RAM 而不是闪存中,在重新引导时不会保留它们。tmpfs 还使用磁盘交换空间来存储,并且当为存储文件而请求页面时,使用虚拟内存(VM)子系统。
tmpfs 的 优点包括:
·             动态文件系统大小 ― 文件系统大小可以根据被复制、创建或删除的文件或目录的数量来缩放。使得能够最理想地使用内存。
·             速度 ― 因为 tmpfs 驻留在 RAM,所以读和写几乎都是瞬时的。即使以交换的形式存储文件,I/O 操作的速度仍非常快。
tmpfs的一个缺点是当系统重新引导时会丢失所有数据。因此,重要的数据不能存储在tmpfs 上。
挂装 tmpfs
诸如 Ext2fs 和 JFFS2 等大多数其它文件系统都驻留在底层块设备之上,而 tmpfs 与它们不同,它直接位于 VM 上。因而,挂装 tmpfs 文件系统是很简单的事:

清单 8. 挂装 tmpfs
/* Entries in /etc/rc.d/rc.sysinit for creating/using tmpfs */
  
  
# mount -t tmpfs tmpfs /var -o size=512k
   # mkdir -p /var/tmp
   # mkdir -p /var/log
   # ln -s /var/tmp /tmp
上面的命令将在 /var 上创建 tmpfs 并将 tmpfs 的最大大小限制为 512 K。同时,tmp/ 和 log/ 目录成为 tmpfs 的一部分以便在 RAM 中存储日志消息。
如果您想将 tmpfs 的一个项添加到 /etc/fstab,那么它可能看起来象这样:
tmpfs /var tmpfs size=32m 0 0
这将在 /var 上挂装一个新的 tmpfs 文件系统。
图形用户界面(GUI)选项
从用户的观点来看,图形用户界面(GUI)是系统的一个最至关重要的方面:用户通过 GUI 与系统进行交互。所以 GUI 应该易于使用并且非常可靠。但它还需要是有内存意识的,以便在内存受限的、微型嵌入式设备上可以无缝执行。所以,它应该是轻量级的,并且能够快速装入。
另一个要考虑的重要方面涉及许可证问题。一些 GUI 分发版具有允许免费使用的许可证,甚至在一些商业产品中也是如此。另一些许可证要求如果想将 GUI 合并入项目中则要支付版税。
最后,大多数开发人员可能会选择 XFree86,因为 XFree86 为他们提供了一个能使用他们喜欢的工具的熟悉环境。但是市场上较新的 GUI,象 Century Software 的 Microwindows(Nano-X)和 Trolltech 的 QT/Embedded,与 X 在嵌入式 Linux 的**舞台中展开了激烈竞争,这主要是因为它们占用很少的资源、执行的速度很快并且具有定制窗口构件的支持。
让我们看一看这些选项中的每一个。
Xfree86 4.X(带帧缓冲区支持的 X11R6.4)
XFree86 Project, Inc. 是一家生产 XFree86 的公司,该产品是一个可以免费重复分发、开放源码的 X Window 系统。X Window 系统(X11)为应用程序以图形方式进行显示提供了资源,并且它是 UNIX 和类 UNIX 的机器上最常用的窗口系统。它很小但很有效,它运行在为数众多的硬件上,它对网络透明并且有良好的文档说明。X11 为窗口管理、事件处理、同步和客户机间通信提供强大的功能 ― 并且大多数开发人员已经熟悉了它的 API。它具有对内核帧缓冲区的内置支持,并占用非常少的资源 ― 这非常有助于内存相对较少的设备。X 服务器支持 VGA 和非 VGA 图形卡,它对颜色深度 1、2、4、8、16 和 32 提供支持,并对渲染提供内置支持。最新的发行版是 XFree86 4.1.0。
它的 优点包括:
·             帧缓冲区体系结构的使用提高了性能。
·             占用的资源相对很小 ― 大小在 600 K 到 700 K 字节的范围内,这使它很容易在小型设备上运行。
·             非常好的支持:在线有许多文档可用,还有许多专用于 XFree86 开发的邮递列表。
·             X API 非常适合扩展。
它的 缺点包括:
·             比最近出现的嵌入式 GUI 工具性能差。
·             此外,当与 GUI 中最新的开发 ― 象专门为嵌入式环境设计的 Nano-X 或 QT/Embedded ― 相比时,XFree86 似乎需要更多的内存。
Microwindows
Microwindows 是 Century Software 的开放源代码项目,设计用于带小型显示单元的微型设备。它有许多针对现代图形视窗环境的功能部件。象 X 一样,有多种平台支持 Microwindows。
Microwindows 体系结构是基于客户机/服务器的并且具有分层设计。最底层是屏幕和输入设备驱动程序(关于键盘或鼠标)来与实际硬件交互。在中间层,可移植的图形引擎提供对线的绘制、区域的填充、多边形、裁剪以及颜色模型的支持。
在最上层,Microwindows 支持两种 API:Win32/WinCE API 实现,称为 Microwindows;另一种 API 与 GDK 非常相似,它称为 Nano-X。Nano-X 用在 Linux 上。它是象 X 的 API,用于占用资源少的应用程序。
Microwindows 支持 1、2、4 和 8 bpp(每像素的位数)的 palletized 显示,以及 8、16、24 和 32 bpp 的真彩色显示。Microwindows 还支持使它速度更快的帧缓冲区。Nano-X 服务器占用的资源大约在 100 K 到 150 K 字节。
原始 Nano-X 应用程序的平均大小在 30 K 到 60 K。由于 Nano-X 是为有内存限制的低端设备设计的,所以它不象 X 那样支持很多函数,因此它实际上不能作为微型 X(Xfree86 4.1)的替代品。
可以在 Microwindows 上运行 FLNX,它是针对 Nano-X 而不是 X 进行修改的 FLTK(快速轻巧工具箱(Fast Light Toolkit))应用程序开发环境的一个版本。本文中描述 FLTK。
Nano-X 的 优点包括:
·             与 Xlib 实现不同,Nano-X 仍在每个客户机上同步运行,这意味着一旦发送了客户机请求包,服务器在为另一个客户机提供服务之前一直等待,直到整个包都到达为止。这使服务器代码非常简单,而运行的速度仍非常快。
·             占用很小的资源
Nano-X 的 缺点包括:
·             联网功能部件至今没有经过适当地调整(特别是网络透明性)。
·             还没有太多现成的应用程序可用。
·             与 X 相比,Nano-X 虽然近来正在加速开发,但仍没有那么多文档说明而且没有很好的支持,但这种情形会有所改变。
Microwindows 上的 FLTK API
FLTK 是一个简单但灵活的 GUI 工具箱,它在 Linux 世界中赢得越来越多的关注,它特别适用于占用资源很少的环境。它提供了您期望从 GUI 工具箱中获得的大多数窗口构件,如按钮、对话框、文本框以及出色的“赋值器”选择(用于输入数值的窗口构件)。还包括滑动器、滚动条、刻度盘和其它一些构件。
针对 Microwindows GUI 引擎的 FLTK 的 Linux 版本被称为 FLNX。FLNX 由两个组件构成:Fl_Widget 和 FLUID。Fl_Widget 由所有基本窗口构件 API 组成。FLUID(快速轻巧的用户界面设计器(Fast Light User Interface Designer, FLUID))是用来产生 FLTK 源代码的图形编辑器。总的来说,FLNX 是能用来为嵌入式环境创建应用程序的一个出色的 UI 构建器。
Fl_Widget 占用的资源大约是 40 K 到 48 K,而 FLUID(包括了每个窗口构件)大约占用 380 K。这些非常小的资源占用率使 Fl_Widget 和 FLUID 在嵌入式开发世界中非常受欢迎。
优点包括:
·             习惯于在象 Windows 这样已建立得较好的环境中开发基于 GUI 的应用程序的任何人都会非常容易地适应 FLTK 环境。
·             它的文档包括一本十分完整且编写良好的手册。
·             它使用 LGPL 进行分发,所以开发人员可以灵活地发放他们应用程序的许可证。
·             FLTK 是一个 C++ 库(Perl 和 Python 绑定也可用)。面向对象模型的选择是一个好的选择,因为大多数现代 GUI 环境都是面向对象的;这也使将编写的应用程序移植到类似的 API 中变得更容易。
·             Century Software 的环境提供了几个有用的工具,诸如 ScreenToP 和 ViewML 浏览器。
它的 缺点是:
·             普通的 FLTK 可以与 X 和 Windows API 一同工作,而 FLNX 不能。它与 X 的不兼容性阻碍了它在许多项目中的使用。
Qt/Embedded
Qt/Embedded 是 Trolltech 新开发的用于嵌入式 Linux 的图形用户界面系统。Trolltech 最初创建 Qt 作为跨平台的开发工具用于 Linux 台式机。它支持各种有 UNIX 特点的系统以及 Microsoft Windows。KDE ― 最流行的 Linux 桌面环境之一,就是用 Qt 编写的。
Qt/Embedded 以原始 Qt 为基础,并做了许多出色的调整以适用于嵌入式环境。Qt Embedded 通过 Qt API 与 Linux I/O 设施直接交互。那些熟悉并已适应了面向对象编程的人员将发现它是一个理想环境。而且,面向对象的体系结构使代码结构化、可重用并且运行快速。与其它 GUI 相比,Qt GUI 非常快,并且它没有分层,这使得 Qt/Embedded 成为用于运行基于 Qt 的程序的最紧凑环境。
Trolltech 还推出了 Qt 掌上机环境(Qt Palmtop Environment,俗称 Qpe)。Qpe 提供了一个基本桌面窗口,并且该环境为开发提供了一个易于使用的界面。Qpe 包含全套的个人信息管理(Personal Information Management (PIM))应用程序、因特网客户机、实用程序等等。然而,为了将 Qt/Embedded 或 Qpe 集成到一个产品中,需要从 Trolltech 获得商业许可证。(原始 Qt 自版本 2.2 以后就可以根据 GPL 获得 。)
它的 优点包括:
·             面向对象的体系结构有助于更快地执行
·             占用很少的资源,大约 800 K
·             抗锯齿文本和混合视频的象素映射
它的 缺点是:
·             Qt/Embedded 和 Qpe 只能在获得商业许可证的情况下才能使用。

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