張郁芳

摘要：該文首先介紹了Linux操作系統(tǒng)及Qt/Embedded開發(fā)的優(yōu)越性，其次分析了LinuxQt4和SQLite掌上學習機的可行性，并對相關(guān)技術(shù)做了分析。

關(guān)鍵詞：Linux；SQLite；學習機

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）09-1962-02

21世紀，隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化，也在教育領(lǐng)域掀起了一陣風潮，掌上學習機抵擋之勢，橫掃教育電子產(chǎn)品領(lǐng)域。更一體化、功能兼容性更強、資料更齊全和功能更豐富的掌上學習機專門針對年齡較小的學生，通過趣味的flash和電子點讀程序來吸引孩子的注意力，寓教于樂，使得學習不再枯燥，學習機市場剛性需求龐大，自學習機誕生以來，它就一直吸引著千千萬萬個學子及他們背后那些望子成龍的家長們。

1 基于Linux操作系統(tǒng)及Qt/Embedded開發(fā)的優(yōu)越性

在嵌入式系統(tǒng)中使用Linux2.6.29內(nèi)核的操作系統(tǒng)有許多優(yōu)點。Linux操作系統(tǒng)具有內(nèi)核功能強大、開源、易擴展和可裁減以及豐富的硬件支持等諸多優(yōu)點，在嵌入式系統(tǒng)中得到相當廣泛的應(yīng)用，所以在本開發(fā)項目中將使用Linux操作系統(tǒng)。它的具體優(yōu)先如下：

1）可以快速的針對目標平臺開發(fā)應(yīng)用程序，而且這些軟件在日后可以快速方便的升級。

2）由于掌上學習機的特殊性，所以對平臺的要求比較苛刻，務(wù)必采用體積較小質(zhì)量較輕的嵌入式平臺，所以涉及到許多驅(qū)動程序的開發(fā)與調(diào)試。在Linux環(huán)境下，驅(qū)動程序可被編寫成模塊，這在Wince環(huán)境下是不能做到。

3）Linux內(nèi)核短小而精悍，所需的硬件資源少，性能強大，十分適合嵌入式這樣硬件資源短缺性能需求高的環(huán)境。

2 QT4的GUI簡介

2.1 QT的背景介紹

Qt是一個完全面向?qū)ο?，容易擴展，并且允許組件編程的跨平臺的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，它提供給應(yīng)用程序開發(fā)者建立藝術(shù)級的圖形用戶界面所需要的所用功能。

在發(fā)布 Qt 4.6 的同時，作為 Qt 開發(fā)跨平臺 IDE 的 Qt Creator 也發(fā)布了更新版本。Qt Creator 1.3 和 Qt 4.6共同構(gòu)成的 Qt SDK，包含了開發(fā)跨平臺應(yīng)用程序所需的全部功能。

2.2 關(guān)于Qt/Embedded以及它的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理

Qt/Embedded是Trolltech公司開發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本，與X11版本的Qt在最大程度上接口兼容，采用幀緩存（framebuffer）作為底層圖形接口。Qt/Embedded類庫完全采用C++封裝，并且有著豐富的控件資源以及較好的可移植性，大范圍的Qt/Embedded API可用于多種開發(fā)項目。

Qt/Embedded是Qt的面向嵌入式應(yīng)用的簡化版本，它包括一組完備的GUI類、操作系統(tǒng)封裝、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類、功能類和組合類。大部分Qt的應(yīng)用程序可以經(jīng)過簡單的編譯與重設(shè)窗口大小移植到Qt/Embedded。

Qtopia是基于QT/Embedded開發(fā)的一個嵌入式的窗口系統(tǒng)和應(yīng)用程序集，如地址本、圖像瀏覽、Media播放器等，還包括娛樂和配置工具，廣泛用于PDA等掌上設(shè)備。Qtopia平臺由Qtopia 庫（Qt/E，libqpe，libqtopia1，qtopiapim）和Qtopia server/laucher組成。Qtopia server/laucher是控制窗口系統(tǒng)、進程間通信、發(fā)起所有應(yīng)用和其他核心任務(wù)的主要服務(wù)程序。

3 系統(tǒng)需求與可行性分析

3.1 功能需求

經(jīng)過廣泛的調(diào)查和研究，掌上學習機需要具備以下功能：

1）電子點讀書：使圖書可以發(fā)聲，點到哪里讀到哪里。點讀、講讀、領(lǐng)讀、跟讀、復(fù)讀五種模式。

2）動漫學漢字：點擊漢字，顯示FLASH教學視頻，F(xiàn)LASH動畫學漢字，筆順、筆畫、偏旁部首、組詞等……從聽、說、讀、寫全方位打通兒童的認知觸覺，讓孩子在游戲中快樂、主動地學習漢字。

3）電子相冊（圖片瀏覽器）：經(jīng)典影像隨身回味，讓父母的愛伴隨小朋友學習、成長。

4）仿真實驗：可直接模擬操作。通過自主操作實驗，從而掌握物理和化學知識原理，理解并記憶化學方程式、公式、定律、定理等，從而有效提高理化學習成績。

5）考試系統(tǒng)：測驗、聽寫二種考試模式，智能判斷正誤，互動學習加深記憶。

6）視頻教學：視頻教學用一個個生動有趣的故事將各種知識娓娓道來，讓小朋友在聽故事的同時學習知識知識掌握更牢固；視頻教學課件，畫面生動，淺顯易懂，考學練結(jié)合，指導(dǎo)小朋友學習。

7）同步作文：海量的作文詞句素材隨意選用，寫作指導(dǎo)包含各種文體小學作文寫作技巧，低年級作文、中高年級作文、滿分作文等各種作文資料集任你閱讀學習；查找資料用作文檢索，更方便快捷。

8）多媒體播放：MP3音樂播放，支持兒歌，流行音樂等隨身播放，MP4電影播放，可播放各種精彩動畫片、影視大片。

3.2 技術(shù)可行性

因為根據(jù)對掌上學習機的特殊之處在于平臺的苛求，只能使用體積較小質(zhì)量較輕的嵌入式平臺。以下是操作系統(tǒng)和其他一些軟件的技術(shù)可行性分析：

1）考慮到開發(fā)成本、耗能和開源軟件的優(yōu)勢等問題，本項目選用了嵌入式linux操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，功能強大，支持多種硬件平臺，簡單易用且開放源代碼，可廣泛用于各種分時系統(tǒng)領(lǐng)域。而這些功能恰恰是本項目所需要的。經(jīng)過內(nèi)核的剪裁與編譯，制定出適合本項目所用Linux系統(tǒng)，這方面的技術(shù)是十分成熟，該linux操作系統(tǒng)采用linux2.6.29內(nèi)核，其他功能支持如下所示：① 驅(qū)動程序包含串口、100M網(wǎng)口、LCD、觸摸屏、鼠標、鍵盤、等多種驅(qū)動；② 支持多種文件系統(tǒng)，像EXT3、FAT等；③ 支持QT等圖形系統(tǒng)。

2）在界面開發(fā)方面，使用的是nokia公司的圖形應(yīng)用程序開發(fā)平臺QT/Embedded，它是強大的圖形界面應(yīng)用程序開發(fā)工具，它的功能和微軟的MFC媲美。最重要的它的大部分功能是免費使用的，而且有強大的可移植性，所以QT剛好符合所有要求，是最佳的選擇。

3）在驅(qū)動程序方面，主要設(shè)計字符設(shè)備驅(qū)動以及塊設(shè)備驅(qū)動，這兩方面的設(shè)備驅(qū)動成功案例已有很多，可參考相關(guān)的驅(qū)動程序，便可實現(xiàn)驅(qū)動程序的編寫。

3.3 掌上學習機選書功能

利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源下載圖書至機內(nèi)，機內(nèi)圖書任意選擇，不同學習內(nèi)容無限切換，增添學習樂趣。

4 Linux內(nèi)核移植

所謂Linux內(nèi)核移植就是把Linux操作系統(tǒng)針對具體的目標機做必要裁剪之后，安裝到目標機使其正確的運行起來。這個概念目前在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域流傳比較廣泛。嵌入式Linux移植是指對Linux經(jīng)過小型化裁剪后，能夠固化在容量只有幾K或幾十K字節(jié)的存儲器芯片或單片機中，可應(yīng)用于特定嵌入式場合的專用Linux操作系統(tǒng)。

對于嵌入式 Linux 系統(tǒng)來說，有各種體系結(jié)構(gòu)的處理器和硬件平臺，并且用戶需要根據(jù)需求自己定制硬件板。只要是硬件平臺發(fā)生變化，即使非常小，可能也需要做一些移植工作。內(nèi)核移植是嵌入式 Linux 系統(tǒng)中最常見的一項工作。

當然，移植嵌入式Linux系統(tǒng)并不意味著該內(nèi)核使用了任何特定的鏈接庫或用戶工具，建立嵌入式系統(tǒng)并不需要特別的內(nèi)核。嵌入式系統(tǒng)中使用的內(nèi)核與工作站或服務(wù)器上使用的內(nèi)核主要的不同在于內(nèi)核的配置方面。Linux內(nèi)核移植是在Linux原內(nèi)核基礎(chǔ)上，通過對平臺的選擇設(shè)計來實現(xiàn)針對特定系統(tǒng)的內(nèi)核版本。

Linux內(nèi)核的移植包含啟動代碼的修改、內(nèi)核的鏈接及裝入、參數(shù)傳遞、內(nèi)核引導(dǎo)幾個部分。

4.1 Linux device driver 的概念

系統(tǒng)調(diào)用是應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核之間的接口，設(shè)備驅(qū)動程序是機器硬件和操作系統(tǒng)內(nèi)核之間的接口。設(shè)備驅(qū)動程序為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細節(jié)，這樣在應(yīng)用程序看來，硬件設(shè)備只是一個設(shè)備文件， 應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設(shè)備進行操作。

體積較小質(zhì)量較輕掌上學習機由于功能強大、攜帶方便等靈活性會越來越得到人們的青瞇，它的市場前景也越來越廣闊。

4.2 Linux下編寫驅(qū)動程序

Linux是Unix操作系統(tǒng)的一種變種，在Linux下編寫驅(qū)動程序的原理和思想完全類似于其他的Unix系統(tǒng)，但它dos或window環(huán)境下 的驅(qū)動程序有很大的區(qū)別。在Linux環(huán)境下設(shè)計驅(qū)動程序，思想簡潔，操作方便，功能也很強大，但是支持函數(shù)少，只能依賴kernel中的函數(shù)，有些常用 的操作要自己來編寫，而且調(diào)試也不方便。

參考文獻：

[1] 陳敬，向偉. 基于嵌入式Linux的QT/Embedded移植與應(yīng)用開發(fā)[J].電腦與信息技術(shù)，2013，21（1）：57-59.

[2] 陳勇，田江明. Qt4在嵌入式Linux 系統(tǒng)下的移植研究[J].科技信息，2010，31：5-7.

[3] 李智勇，羅維亮.基于SQLite 的多媒體課件制作新方法[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2014，24（1）：228-230，234.

[4] 唐搖敏，宋搖杰.嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite的原理與應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2008（4）：600-603.