基于嵌入式linux计算器的实现

沈阳航空航天大学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 课程设计名称：嵌入式系统综合课程设计嵌入式系统综合课程设计 课程设计题目：基于嵌入式基于嵌入式 linux 计算器的实现计算器的实现 院（系）： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 沈阳航空航天大学课程设计报告 -I- 目目 录录 第第 1 章章 系统分析系统分析.1 1.1 需求分析.1 1.2 硬件分析.1 1.2.1 实验环境.1 1.3 软件分析.2 1.3.1 操作系统简介.2 1.3.2 开发技术简介.2 第第 2 章章 系统设计系统设计.4 2.1 操作系统移植.4 2.2 系统模块设计.4 2.3 函数设计.4 2.4 关键流程.5 2.4.1 系统主流程.5 2.4.2 功能按键流程图.5 第第 3 章章 QT 程序移植程序移植 .7 3.1 建立交叉编译环境.7 3.2 QT源文件的编译.8 3.3 QT应用的移植.8 第第 4 章章 系统调试及运行系统调试及运行.9 4.1 调试分析.9 4.2 结果分析.10 参考文献参考文献.11 附附 录录.12 沈阳航空航天大学课程设计报告 0s 第 1 章 系统分析 -1- 第 1 章 系统分析 1.1 需求分析需求分析 课程设计内容和要求： 设计一个简单的计算器，能够进行加、减、乘、除等数学操作。 （1） 利用嵌入式 linux 和 Qt，在 ARM9 上实现。 （2） 界面尽可能友好、美观。 这是一个简单的计算器软件，功能为加、减、乘、除等，在嵌入式设备上实 现，使用方便，性能可靠，基于 ARM 内核的微处理器在市场上绝对处于领导地 位，因此该类项目拥有庞大的市场。 1.2 硬件分析硬件分析 将编写好的程序 Makefile 后，通过 Vivi 烧入到博创 UP-Star2410 开发板上， 开机运行即可。 1.2.1 实验环境实验环境 实验环境是：win7 下安装虚拟机，在虚拟机上安装 linux（ubuntu11.10） 开发板是：博创 UP-Star6410，开发板。 软件资源： （1）内核版本 linux 2.6.21 （2）BootLoader：U-boot （3）文件系统：Cramfs+Yaffs2 硬件资源： （1） 基于 ARM1176JZF-S 内核的 SAMSUNG S3C6410 处理器 （2） 系统工作频率为 533/667MHz （3）256MB Nand Flash、8MB NorFlash （4）256MB Mobile DDR RAM 沈阳航空航天大学课程设计报告 0s 第 1 章 系统分析 -2- （5）可外接 3.5 寸液晶屏或 7 寸液晶屏、可外接触摸屏 （6）1 个主 USB 口、一个 USB OTG 口 （7）100M 以太网口、一个 USB 串口接口 （8）JTAG 接口 （9）总线和可复用资源扩展接口、多媒体支持 AUDIO CODEC （10）JOYSTICK 按键，1 个中断键，5 个 LED 灯 1.3 软件分析软件分析 这次课设我们用的是 Linux 下的 Ubuntu 系统。Linux 是一样自由和开放 源代码的类 Unix 操作系统。该操作系统的内核由林纳斯托瓦兹在 1991 年 1 月 5 日首次发布。严格来说，术语 Linux 只表示操作系统内核本身，但通常 采用 Linux 内核来表达该意思。Linux 则常用来指基于 Linux 内核的完整操作 系统。包括 GUI 组件和许多其他的工具。 Qt 是一个跨平台的 C+应用程序开发框架。广泛采用于开发 GUI 程序， 这种情况下又称为部件工具箱。也可用于开发非 GUI 程序，比如控制台工具 和服务器。 1.3.1 操作系统简介操作系统简介 Ubuntu 是一个以桌面应用为主的 GUN/Linux 操作系统，其名来自非洲南 部祖鲁语或科萨语，意思是人性。 Ubuntu 是基于 Debian 发布版和 GNOME 桌面环境，与 Debian 的不同在 于它每 6 个月会发布一个新版本，每 2 年发布一个 LTS 长期支持版本。 普通 的桌面版可以获得发布后 18 个月内的支持，标为 LTS（长期支持）的桌面版 可以获得更长时间的支持。 Ubuntu 的目标在于为一般用户提供一个最新的同时又相当稳定的主要由 自由软件构建而成的操作系统。 1.3.2 开发技术简介开发技术简介 Qt 是一个 1991 年由奇趣科技开发的跨平台 C+图形用户界面应用程序 沈阳航空航天大学课程设计报告 0s 第 1 章 系统分析 -3- 开发框架。它既可以开发 GUI 程式，也可用于开发非 GUI 程式，比如控制台 工具和服务器，具有下列一些优点： 1)优良的跨平台特性。 2)面向对象。 3)支持 2D/3D 图形渲染，支持 OpenGL。 4)大量的开发文档。 5)XML 支持。 Qt 是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展（称为元对象编译器(Meta Object Compiler, moc)）以及一些宏，易于扩展，允许组件编程。2008 年，奇趣 科技被诺基亚公司收购，QT 也因此成为诺基亚旗下的编程语言工具。2012 年， Qt 被 Digia 收购。 基本上 Qt 同 X-Window 上的 Motif、Openwin、GTK 等图形界面库和 Windows 平台上的 MFC、OWL、VCL、ATL 是同类型的。 沈阳航空航天大学课程设计报告 0s 第 2 章 系统设计 -4- 第 2 章 系统设计 2.1 操作系统移植操作系统移植 在电脑上安装 Vmware Workstation 虚拟机，下载 Ubuntu11.04 的安装镜像， 通过镜像文件将 Ubuntu11.04 安装在 Vmware Workstation 工作平台下。进行安装 就可以运行 Ubuntu 系统了。 2.2 系统模块设计系统模块设计 该软件主要分为四个大的功能模块： （1）图形整合模块：将写成的文本框、按键整齐排列。 （2）数字输入模块：将输入的数字显示在文本框上。 （3）功能按键模块：将文本框上已经输出的数字进行处理，包括数字运算、 屏幕清零等操作。 （4）临时存储模块：将文本框上的数字存入一个寄存器，可进行调用或者 清 零。 2.3 函数设计函数设计 该程序的设计主要函数有以下三个： 1)数字按键函数：构造按键类，对按键的点击可将数字传入文本框，供用 户进行操作。 2)功能按键函数：构造按键类，可以使不同的按钮拥有不同的功能，通过 信号槽对所有对象进行处理，包括数字存储和操作，给予点击信号量， 使其调用该函数。 3)按键整合函数：将文本框、数字按键、功能按键整齐排列、分区。 沈阳航空航天大学课程设计报告 0s 第 2 章 系统设计 -5- 2.4 关键流程关键流程 这个软件里有几个模块比较关键，分别是对文本框的写入和读出、调用数据 完成操作，通过槽函数的连接将按钮和文本框连接，调用各模块的函数对文本框 内容进行操作，文本框可存储显示 int 型和 double 型的数据。 2.4.1 系统主流程系统主流程 进入软件后，软件将显示经函数整理的计算器界面，点击数字按键，将会在 文本框上显示相应数字，点击功能按键，会对数字进行运算或存储。系统主流程 图如图 2.1 所示。 开始 操作数据 显示在文本框 输入完成 否 是 将数据显示在 文本框上 输入数据 结束 图图 2.12.1 系统主流程图系统主流程图 2.4.2 功能按键流程图功能按键流程图 单击任意功能按键均能对文本框内的数据进行操作，模式相同，但键位过多， 所以以概括形式的流程图展示其工作过程。功能按键流程图如图 2.2、图 2.3 所示。 沈阳航空航天大学课程设计报告 0s 第 2 章 系统设计 -6- 开始 从文本框中 读取数据 对数据进行操作 将操作结果显 示在文本框中 结束 图图 2.2 功能按键流程图功能按键流程图(一一) 开始 从文本框中读 取第一段数据 清零文本框 将操作结果显 示在文本框中 结束 在文本框中输 入第二段内容 并读取 对两段数据进 行操作 图图 2.3 功能按键流程图功能按键流程图(二二) 沈阳航空航天大学课程设计报告 第 3 章 Qt 程序移植 -7- 第 3 章 Qt 程序移植 3.1 建立交叉编译环境建立交叉编译环境 在一种计算机环境中运行的编译程序，能编译出在另外一种环境下运行的代 码，我们就称这种编译器支持交叉编译。这个编译过程就叫交叉编译。简单地说， 就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码，而这种工具就是交叉编译器 (cross compiler)。 (1)实验环境 交叉编译工具：arm-linux- 4.2.2 编译平台：ubuntu10.10 开发板类型：UP-Star6410 (2)搭建步骤 1)在/usr/local/下建立交叉编译器的安装目录 arm： sudo mkdir /usr/local/arm 2)将下载的交叉编译器包解压到/usr/local/arm 目录下： sudo tar jxvf cross-4.2.2-eabi.tar.bz2 -C /usr/local/arm/ 3)解压成功后，修改 PATH 环境变量： sudo vim /etc/profile 在文件为加入交叉编译器 arm-linux-所在的路径： export PATH=$PATH:/usr/local/arm/4.2.2-eabi/usr/bin 然后退出 vim。 4)更新一下配置文件/etc/profile：source /etc/profile 5)检测是否安装成功 现在就可以使用交叉编译器了，写一个测试程序 helloworld，交叉编译下， 看是否能在开发板上运行。 沈阳航空航天大学课程设计报告 第 3 章 Qt 程序移植 -8- i. 交叉编译测试程序 arm-linux-gcc helloworld.c -o helloworld ii.把生成的可执行文件 helloworld 复制到 NFS 的挂载目录下： sudo cp ./helloworld /nfsboot 注意：本实验中开发板使用 NFS 挂载 rootfs，nfsboot 是 NFS 的挂载目录。 iii.在超级终端上运行：./helloworld，执行结果如图 3.1。 图图 3.13.1 编译环境测试结果编译环境测试结果 3.2 Qt 源文件的编译源文件的编译 进入源文件所在目录，输入 qmake 命令，再输入 make 调用已经生成的 Makefile 文件，即可生成可以在开发板上执行的可执行二进制文件。 3.3 Qt 应用的移植应用的移植 1)安装 UP-Star6410 的 USB 驱动，将开发板的串口与电脑串口相连，打开 超级终端，创建连接名称为 UP-Star6410，选择 COM1，波特率设置为 115200，数据控制流为无，点击确定。 2)将开发板调为 Nor Flash，打开电源，打开 DNW 软件。 3)格式化 Nand Flash，然后对开发板进行 Uboot、内核、开机画面和文件系 统的烧写。 4)进行 Qt 库的移植，用网络线将 PC 与开发板相连，在 Ubuntu 下搭建 nfs 服务，输入将 Ubuntu 的 ip 设置成与开发板一个网段，再将开发板挂载到 Ubuntu 上，把 Qt 文件下的 lib 下的所有文件拷贝到开发板上，并配置环 境变量。 5)关闭电源，将开发板调为 Nand Flash，打开电源后进入开发板的 Linux 系 统，在命令行输入 rz，右键点击超级终端，选择需要发送的 Qt 应用程序， 点击发送。 6)在命令行输入./程序名称，即可打开该 Qt 程序。 沈阳航空航天大学课程设计报告 第 4 章 系统调试及运行 -9- 第 4 章 系统调试及运行 4.1 调试分析调试分析 直接运行软件，显示计算器界面，如图 4.1 所示。 图图 4.1 计算器界面计算器界面 点击数字按键区会在文本框中显示数据，蓝色框图内为数字键区域，如 图 4.2 所示。 图图 4.2 数字按键显示数字按键显示 沈阳航空航天大学课程设计报告 第 4 章 系统调试及运行 -10- 点击功能按钮会对文本框中数据进行操作，以开方运算为例，红色框图内为 功能按键区，如图 4.3 所示。 图图 4.3 功能按键显示功能按键显示 4.2 结果分析结果分析 1）打开软件后，能正确的对文本框中输入 int 型数据和 double 型数据。 2）点击运算功能按键时，会对文本框中的数据进行正确运算，并在下一次点击 运算按键时，将运算结果显示在文本框上。 3）点击存储功能按键时，会将当前文本框中的数据存入一个寄存器中，在点击 其他存储按键时对该数据操作。 4）总体来看，实现了功能需求中要求的功能，界面友好。 沈阳航空航天大学课程设计报告 参考文献 -11- 参考文献 1 刘峥嵘等. 嵌入式 Linux 应用开发详解M. 北京：机械工业出版社，2004 2 蔡志明等. 精通 Qt4 编程（第 2 版）M. 北京：电子工业出版社，2011 3 霍亚飞. Qt 及 Qt Quick 开发实战精解 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2012 4 霍亚飞. Qt Creater 快速入门M. 北京：北京航空航天大学出版社，2012 5 陈祥琳. Linux 从入门到精通M. 北京：人民邮电出版社，2012 6 博创公司. UP-Star6410 实验指导 v4.0M. 北京博创兴盛科技有限公司 7 丁林松等. Qt4 图形设计与嵌入式开发M. 北京：人民邮电出版社，2009 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录 -12- 附 录 部分主要源程序代码 #include #include #include button.h #include calculator.h /! 0 Calculator:Calculator(QWidget *parent) : QDialog(parent) sumInMemory = 0.0; sumSoFar = 0.0; factorSoFar = 0.0; waitingForOperand = true; /! 0 /! 1 display = new QLineEdit(0); /! 1 /! 2 display-setReadOnly(true); display-setAlignment(Qt:AlignRight); display-setMaxLength(15); QFont font = display-font(); font.setPointSize(font.pointSize() + 8); display-setFont(font); /! 2 /! 4 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录 -13- for (int i = 0; i setSizeConstraint(QLayout:SetFixedSize); mainLayout-addWidget(display, 0, 0, 1, 6); mainLayout-addWidget(backspaceButton, 1, 0, 1, 2); mainLayout-addWidget(clearButton, 1, 2, 1, 2); mainLayout-addWidget(clearAllButton, 1, 4, 1, 2); mainLayout-addWidget(clearMemoryButton, 2, 0); mainLayout-addWidget(readMemoryButton, 3, 0); mainLayout-addWidget(setMemoryButton, 4, 0); mainLayout-addWidget(addToMemoryButton, 5, 0); for (int i = 1; i addWidget(digitButtonsi, row, column); mainLayout-addWidget(digitButtons0, 5, 1); mainLayout-addWidget(pointButton, 5, 2); mainLayout-addWidget(changeSignButton, 5, 3); mainLayout-addWidget(divisionButton, 2, 4); mainLayout-addWidget(timesButton, 3, 4); mainLayout-addWidget(minusButton, 4, 4); mainLayout-addWidget(plusButton, 5, 4); mainLayout-addWidget(squareRootButton, 2, 5); mainLayout-addWidget(powerButton, 3, 5); mainLayout-addWidget(reciprocalButton, 4, 5); mainLayout-addWidget(equalButton, 5, 5); setLayout(mainLayout); 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录 -15- setWindowTitle(tr(Calculator); /! 6 /! 7 void Calculator:digitClicked() Button *clickedButton = qobject_cast(sender(); int digitValue = clickedButton-text().toInt(); if (display-text() = 0 if (waitingForOperand) display-clear(); waitingForOperand = false; display-setText(display-text() + QString:number(digitValue); /! 7 /! 8 void Calculator:unaryOperatorClicked() /! 8 /! 9 Button *clickedButton = qobject_cast(sender(); QString clickedOperator = clickedButton-text(); double operand = display-text().toDouble(); double result = 0.0; if (clickedOperator = tr(Sqrt) if (operand setText(QString:number(result); waitingForOperand = true; /! 9 /! 10 void Calculator:additiveOperatorClicked() /! 10 /! 11 Button *clickedButton = qobject_cast(sender(); QString clickedOperator = clickedButton-text(); double operand = display-text().toDouble(); /! 11 /! 12 if (!pendingMultiplicativeOperator.isEmpty() /! 12 /! 13 if (!calculate(operand, pendingMultiplicativeOperator) 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录 -17- abortOperation(); return; display-setText(QString:number(factorSoFar); operand = factorSoFar; factorSoFar = 0.0; pendingMultiplicativeOperator.clear(); /! 13 /! 14 if (!pendingAdditiveOperator.isEmpty() /! 14 /! 15 if (!calculate(operand, pendingAdditiveOperator) abortOperation(); return; display-setText(QString:number(sumSoFar); else sumSoFar = operand; /! 15 /! 16 pendingAdditiveOperator = clickedOperator; /! 16 /! 17 waitingForOperand = true; /! 17 /! 18 void Calculator:multiplicativeOperatorClicked() 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录 -18- Button *clickedButton = qobject_cast(sender(); QString clickedOperator = clickedButton-text(); double operand = display-text().toDouble(); if (!pendingMultiplicativeOperator.isEmpty() if (!calculate(operand, pendingMultiplicativeOperator) abortOperation(); return; display-setText(QString:number(factorSoFar); else factorSoFar = operand; pendingMultiplicativeOperator = clickedOperator; waitingForOperand = true; /! 18 /! 20 void Calculator:equalClicked() double operand = display-text().toDouble(); if (!pendingMultiplicativeOperator.isEmpty() if (!calculate(operand, pendingMultiplicativeOperator) abortOperation(); return; operand = factorSoFar; factorSoFar = 0.0; pendingMultiplicativeOperator.clear(); 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录 -19- if (!pendingAdditiveOperator.isEmpty() if (!calculate(operand, pendingAdditiveOperator) abortOperation(); return; pendingAdditiveOperator.clear(); else sumSoFar = operand; display-setText(QString:number(sumSoFar); sumSoFar = 0.0; waitingForOperand = true; /! 20 /! 22 void Calculator:pointClicked() if (waitingForOperand) display-setText(0); if (!display-text().contains(.) display-setText(display-text() + tr(.); waitingForOperand = false; /! 22 /! 24 void Calculator:changeSignClicked() 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录 -20- QString text = display-text(); double value = text.toDouble(); if (value 0.0) text.prepend(tr(-); else if (value setText(text); /! 24 /! 26 void Calculator:backspaceClicked() if (waitingForOperand) return; QString text = display-text(); text.chop(1); if (text.isEmpty() text = 0; waitingForOperand = true; display-setText(text); /! 26 /! 28 void Calculator:clear() if (waitingForOperand) 沈阳航空航天大学课程设计报告 附 录 -21- return; display-setText(0); waitingForOperand = true; /! 28 /! 30 void Calculator:clearAll() sumSoFar = 0.0; factorSoFar = 0.0; pendingAdditiveOperator.clear(); pendingMultiplicativeOperator.clear(); display-setText(0); waitingForOperand = true; /! 30 /! 32 void Calculator:clearMemory() sumInMemory = 0.0; void Calculator:readMemory() display-setText(QString:number(sumInMemor