[Qt][Embedded][PXA270]Porting Qt 4.8.6 for Creator XScale PXA270

這篇文章介紹這學期我在嵌入式作業系統課程，使用Creator XScale PXA270板子的一些學習筆記與製作final project的一些過程，歡迎各位多多指教~

背景介紹

Creator XScale PXA270開發版是一塊由新華電腦(microtime)公司出品的模組化XScale/ARM/SoC/FPGA/DSP嵌入式行動通訊發展平台，在此課程與final project主要使用的是"Create XScale‐PXA270 子板"與"MTLCD‐0708048 LCD Module"，在Create XScale‐PXA270子板上的為Intel(現在已出售給Marvell)的Xscale系列PXA270處理器，基於ARMv5TE架構指令集，在旁附有SDRAM Memory 64MB、Flash Memory 32MB、SD Card Connectors、RJ45 10/100 Base‐T Ethernet Interface、USB 1.1 Device/Host Port各一、AC97 Audio Codec(Line_in、Mic_in、Headphone)、ADC Interface*4、PWM Interface、CMOS Camera Interface、TFT-LCD Interface、GPIO Interface...等；在軟體功能部分，由新華科技提供了GNU GCC cross compiler toolchain(arm-unknown-linux-gnu-gcc 4.0.2)、Uboot 1.1.5、Linux Kernel 2.6.15.3與patch(提供支援子板上的Ethernet、USB Host、TFT‐LCD(Frame buffer、Touch Screen)、AC97‐Codec...等與母板LED、7‐Seg LED、Key Pad...等的device driver)、rootfs，相關的實驗環境設定可以參考User Guide。
看到以上這麼多的軟硬體介面，別以為這板子有多強，其實這是2006年ASUS P535手機使用的規格了，不禁讓人感嘆科技進步之快阿~

在此附上開發版本尊

Qt是自由且開放原始碼的跨平台C++應用程式開發框架。廣泛用於開發GUI程式，也可用於開發非GUI程式，比如控制台工具和伺服器。Qt使用於OPIE、Skype、VLC media player、Adobe Photoshop Elements、VirtualBox 與 Mathematica以及被Autodesk、歐洲太空總署、夢工廠、Google、HP、KDE、盧卡斯影業、西門子公司、富豪集團、華特迪士尼動畫製作公司、三星集團、飛利浦、Panasonic所使用。
*為什麼這篇選用Qt 4.8.6，而不使用最新的Qt 5.5?
原因很簡單，因為我在cross compile Qt 5.5時，一直遇到編譯error問題，且網路上大部分還是Qt 4的code且我也比較熟Qt 4的code，所以就使用Qt 4.8.6啦~

環境準備

以下開發環境在VirtualBox上執行Ubuntu 14.04LTS作業系統進行(ubuntu-14.04.2-desktop-amd64.iso)，灌好系統後插入Guest Additions CD映像與安裝，使虛擬機畫面可以全螢幕並支援與Host OS交換檔案、剪貼簿等功能，設定vboxsf群組加入使用者權限、更新系統到最新、一些基本環境設定(安裝gcc, g++)、執行32bit GCC cross compiler toolchain的zlib等支援(lib32z1...等)指令如下:

sudo usermod -aG vboxsf $(whoami)
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install build-essential g++ lib32z1 lib32ncurses5 lib32bz2-1.0
sudo apt-get install 

首先到Qt官網下載Qt 4.8.6 source code(qt-everywhere-opensource-src-4.8.6.tar.gz)
附上網址: http://download.qt.io/archive/qt/4.8/4.8.6/，下載完成後解壓縮:

wget http://download.qt.io/archive/qt/4.8/4.8.6/
tar zxvf qt-everywhere-opensource-src-4.8.6.tar.gz

由於我們會先在桌面開發完成Qt應用程式後再porting到板子上，所以首先我們先build出桌面版本的Qt，經測試發現Qt內部的Makefile可能沒寫好，因此我們必須把桌面版本的Qt source與porting版的分開來(或是使用git來還原)，故桌面版這次先重命名為 qt-desktop-opensource-src-4.8.6，根據Qt for X11 Requirements安裝相關套件，然後開始build~(-j8是開八條thread歐，請自行斟酌CPU能力與memory大小)

mv qt-everywhere-opensource-src-4.8.6 qt-desktop-opensource-src-4.8.6
cd qt-desktop-opensource-src-4.8.6
sudo apt-get install libfontconfig1-dev libfreetype6-dev libx11-dev libxcursor-dev libxext-dev libxfixes-dev libxft-dev libxi-dev libxrandr-dev libxrender-dev
./configure -release -opensource -confirm-license -prefix build-ubuntu64
make -j8
make install

在完成漫長的編譯後，即可在build-ubuntu64下看到編譯完成的Qt framework，將Qt framework動態函式庫加到LD_LIBRARY_PATH，可執行example內的範例測試:

export LD_LIBRARY_PATH=$(pwd)/build-ubuntu64/lib:$LD_LIBRARY_PATH
./build-ubuntu64/examples/mainwindows/application/application

成功執行application的範例

開始Porting

在以上步驟我們完成了於Desktop上的Qt編譯，沒有任何修改code的行為就可在ubuntu上編譯成功，但是到了embedded上就不一樣了，另外在以上編譯桌面板的source下make distclean，仍會殘留大量Makefile、pri修改與config.tests...等檔案，因此必須再重tar開另一份source(或是使用git還原回去)，故以下步驟開始:

tar zxvf qt-everywhere-opensource-src-4.8.6.tar.gz
cd qt-everywhere-opensource-src-4.8.6

接著要開始創建Embedded Linux Target組態，官方提供了詳細的文件說明如:

1. Cross-Compiling Qt for Embedded Linux Applications
2. Qt for Embedded Linux
3. Installing Qt for Embedded Linux

基本上與參考一的步驟一樣
第一步，加入cross-compiler toolchain的執行檔位置到PATH(可以直接改在~/.bashrc再source比較方便)

export PATH=path/to/cross/compiler:$LD_LIBRARY_PATH

第二步，建立target的QMake規格檔案，以下是我的作法

export QT_ROOT=$(pwd)
mkdir mkspecs/qws/linux-arm-pxa270-g++
cd mkspecs/qws/linux-arm-pxa270-g++
touch qmake.conf
cp ../linux-arm-gnueabi-g++/qplatformdefs.h .
gedit qmake.conf

在qmake.conf輸入以下內容指定使用的toolchain並存檔，在這裡是使由新華提供的toolchain其prefix為arm-unknown-linux-gnu-，在flag部分針對armv5te架構、xscale系列來tune:

#
# qmake configuration for building with arm-none-linux-gnueabi-g++
#

include(../../common/linux.conf)
include(../../common/gcc-base-unix.conf)
include(../../common/g++-unix.conf)
include(../../common/qws.conf)

# modifications to g++.conf
QMAKE_CC                = arm-unknown-linux-gnu-gcc
QMAKE_CXX               = arm-unknown-linux-gnu-g++
QMAKE_LINK              = arm-unknown-linux-gnu-g++
QMAKE_LINK_SHLIB        = arm-unknown-linux-gnu-g++

# modifications to linux.conf
QMAKE_AR                = arm-unknown-linux-gnu-ar cqs
QMAKE_OBJCOPY           = arm-unknown-linux-gnu-objcopy
QMAKE_STRIP             = arm-unknown-linux-gnu-strip

QMAKE_CFLAGS           += -O3 -march=armv5te -mtune=xscale -Wa,-mcpu=xscale -Uarm -mapcs -mno-sched-prolog -mabi=apcs-gnu -mno-thumb-interwork -fno-omit-frame-pointer
QMAKE_CXXFLAGS         += $$QMAKE_CFLAGS

load(qt_config)

接著就可以開始編譯了，指定使用arm架構、platform使用剛剛定義的pxa270規格檔案並且關閉x window support:

cd $QT_ROOT
./configure -embedded arm -xplatform qws/linux-arm-pxa270-g++ -prefix build-pxa270 -release -no-opengl -opensource -verbose -no-glib -no-xrender -no-xrandr -no-xfixes -no-xcursor -no-xinerama -no-xsync -no-xvideo -no-xshape -little-endian -confirm-license -no-rpath
make -j8
make install

在以上的編譯過程你一定會遇到error而停下來，畢竟是cross compile有些是組合語言的關係、有些是define的問題，這邊列出我編譯時遇到的問題:
若遇到非以下問題請嘗試將錯誤訊息複製去google有許多大陸的論壇都會教你如何修改，修改後在繼續make、make install動作 。(ps: gedit跳到某行數的short-cut是ctrl+i)
問題1
錯誤訊息:
thread/qthread_unix.cpp:125: error: thread-local storage not supported for this target
解決方式: 開啟qthread_unix.cpp，在122行後undefine HAVE_TLS，使原本124行的#ifdef HAVE_TLS不成立 gedit src/corelib/thread/qthread_unix.cpp
加入內容:

#ifdef HAVE_TLS
#undef HAVE_TLS
#endif

問題2

錯誤訊息: {standard input}: Assembler messages:
{standard input}:311: Error: register or shift expression expected -- `orr r2,r1,lsl#16'
{standard input}:321: Error: register or shift expression expected -- `orr r3,r1,lsl#16'
{standard input}:329: Error: register or shift expression expected -- `orr r2,ip,lsl#16'
{standard input}:467: Error: register or shift expression expected -- `orr r2,r1,lsl#16'
{standard input}:475: Error: register or shift expression expected -- `orr r3,r0,lsl#16'
make[1]: *** [.obj/release-shared-emb-arm/ftbbox.o] Error 1
解決方式: 開啟ftconfig.h，修改第330行的內容
gedit src/3rdparty/freetype/include/freetype/config/ftconfig.h
修改內容:

（原本的為）  "orr %0, %2, lsl #16\n\t" /* %0 = %2 << 16 */
（修改後為）  "orr %0, %0, %2, lsl #16\n\t" /* %0 = %2 << 16 */

問題3
錯誤訊息: ../3rdparty/javascriptcore/JavaScriptCore/wtf/Threading.h: In function 'int QTWTF::atomicIncrement(volatile int*)':
../3rdparty/javascriptcore/JavaScriptCore/wtf/Threading.h:253: error: '__sync_add_and_fetch' was not declared in this scope
../3rdparty/javascriptcore/JavaScriptCore/wtf/Threading.h: In function 'int QTWTF::atomicDecrement(volatile int*)':
../3rdparty/javascriptcore/JavaScriptCore/wtf/Threading.h:254: error: '__sync_sub_and_fetch' was not declared in this scope
解決方式: 開啟Threading.h，將第251、253、254行變成註解
gedit src/3rdparty/javascriptcore/JavaScriptCore/wtf/Threading.h
修改後內容:

//#define WTF_USE_LOCKFREE_THREADSAFESHARED 1
//
//inline int atomicIncrement(int volatile* addend) { return __sync_add_and_fetch(addend, 1); }
//inline int atomicDecrement(int volatile* addend) { return __sync_sub_and_fetch(addend, 1); }

問題4
錯誤訊息: ./wtf/Atomics.h: In function 'int WTF::atomicIncrement(volatile int*)':
./wtf/Atomics.h:112: error: '__sync_add_and_fetch' was not declared in this scope
./wtf/Atomics.h: In function 'int WTF::atomicDecrement(volatile int*)':
./wtf/Atomics.h:113: error: '__sync_sub_and_fetch' was not declared in this scope
解決方式: 開啟Atomics.h，將第110、112、113行變成註解
gedit src/3rdparty/webkit/Source/JavaScriptCore/wtf/Atomics.h
修改後內容:

//#define WTF_USE_LOCKFREE_THREADSAFESHARED 1
//#define WTF_USE_LOCKFREE_THREADSAFEREFCOUNTED 1
//
//inline int atomicIncrement(int volatile* addend) { return __sync_add_and_fetch(addend, 1); }
//inline int atomicDecrement(int volatile* addend) { return __sync_sub_and_fetch(addend, 1); }

終於在完成以上編譯與修改動作後，建出了可以於PXA270執行的Qt framework
此時的Qt還無法支援觸控輸入，僅能顯示並且透過Linux的支援可以插上鍵盤滑鼠操作
(PS1:在Linux的kernel driver那邊必須開啟TFT LCD的support)
(PS2:在PXA270執行時，一樣要記得設定LD_LIBRARY_PATH，而在執行時若沒特別啟動過Qt server，必須在執行檔名稱後加上-qws的option，忘記時Qt也會提醒你^.<)

Linux kernel的設定

在Linux kernel部分，必須開啟LCD的支援，在PXA270上的詳細步驟如下:
make mrproper
make menuconfig
  1.在"Load an Alternate Configuration File"
  arch/arm/configs/creator_pxa270_defconfig
  2.在"Device Drivers"->"Character devices"選擇include
  Creator-pxa270 LCD、Creator-pxa270 Codec
  3.在"Device Drivers"->"Graphics support"選擇include"PXA LCD framebuffer support"後才會出現LCD type選項，選擇"MTLCD-0708048 7.0 inches"
make clean
make -j4

What's NEXT?

• 在Qt 4.8.6 for Creator XScale PXA270支援觸控螢幕
• 支援Audio Codec:關於Qt 4.8.6的AudioOutput與Creator XScale PXA270的聲音輸出之兩三事
• 以上修改結果在我的的Github: https://github.com/eric100lin/Qt-4.8.6/tree/pxa270