在 STM32 MCU 上运行 Qt：基于 Embox RTOS 的实战性能演示

嵌入式系统正面临提供更丰富功能的日益增长的需求。Linux 拥有庞大的库和工具生态系统，但其硬件要求（尤其是内存）往往会推高成本和功耗。现代微控制器（MCU），如 STM32 系列，在保持低成本和低功耗的同时，为许多智能应用提供了充足的资源。

使用能够托管 Linux 软件的实时操作系统（RTOS）——例如 Embox RTOS——可让开发者在 MCU 上利用 Linux 生态。本文将演示如何在两款 Cortex-M7 STM32 开发板（STM32F746G-Discovery 和 STM32F769I-Discovery）上，基于 Embox 运行 Qt 应用程序。

背景

此前我们已在 STM32F746-Discovery 板上演示了 Qt 的 "moveblocks" 示例。本文将扩展至 "animatedtiles" 示例，该示例提供交互式 3D 风格图形，适合触摸屏操作。我们旨在评估 MCU 的 CPU 和内存能否在 480×272 或 800×480 分辨率屏幕上维持流畅渲染。

构建应用程序

我们首先为 QEMU（开源模拟器）构建 Qt 示例。在 QEMU 中运行应用可避免预分配内存，确保所有依赖项均已就绪。验证通过后，将所需组件添加至 STM32 配置文件中。

目标板首次启动

应用程序可在 STM32F746G-Discovery 上启动，但屏幕仅显示上半部分内容。虽可直接在板卡上调试，但利用主机环境进行初步调试效率更高。

主机端调试

为运行和调试示例，需安装 Qt 库和 QVFB（Qt 虚拟帧缓冲）。QVFB 提供虚拟显示供 Qt 渲染。按官方说明构建 QVFB。

以开发板分辨率启动 QVFB：

./qvfb -width 480 -height 272 -nocursor

使用嵌入式配置编译 Qt（禁用 X11）并精简模块：

./configure -opensource -confirm-license -debug \
 -embedded -qt-gfx-qvfb -qvfb \
 -no-javascript-jit -no-script -no-scripttools \
 -no-qt3support -no-webkit -nomake demos -nomake examples

构建并通过 QVFB 启动 animatedtiles：

./examples/animation/animatedtiles/animatedtiles -qws -display QVFb:0

应用再次仅占据屏幕上半部分。检查 examples/animation/animatedtiles/main.cpp 发现视图以窗口模式显示。添加 -fullscreen 参数即可解决该问题。

部署至 STM32F746-Discovery

修改源码后，我们为 Embox 重新构建应用并在 QEMU 中运行。在实体板上启动时出现 "Out Of Memory" 错误，表明堆内存不足。为确定所需大小，我们使用 Valgrind 的 Massif 工具。

valgrind --tool=massif --massif-out-file=animatedtiles.massif ./examples/animation/animatedtiles/animatedtiles -qws -fullscreen
ms_print animatedtiles.massif > animatedtiles.out

Massif 报告堆内存需求约 2.7 MB。在 Embox 配置中将堆增至 3 MB 后，演示可全屏运行。

部署至 STM32F769I-Discovery

STM32F769I-Discovery 配备 800×480 显示屏和 16 MB 外部 SDRAM。帧缓冲本身约占 0.8 MB（800×480×2 字节）。仅需调整堆大小。

为更高分辨率启动 QVFB：

./qvfb -width 800 -height 480 -nocursor &

再次运行 Massif：

valgrind --tool=massif --massif-out-file=animatedtiles.massif ./examples/animation/animatedtiles/animatedtiles -qws -fullscreen
ms_print animatedtiles.massif > animatedtiles.out

Massif 报告堆需求约 6 MB。将堆配置为 6 MB 后，STM32F769I 板可全屏运行。

请观看下方视频演示，或访问我们的 GitHub Wiki 按步骤复现结果。

参考资料

1. https://habr.com/ru/company/embox/blog/459730/（俄文，英文版见 https://sudonull.com/post/25508-Porting-Qt-to-STM32-Embox-Blog）
2. https://alexkalmuk.medium.com/a-little-about-graphics-subsystem-internals-on-microcontrollers-d952cfd0966a

Anton Bondarev 是 Embox RTOS 创始人。2003 年于圣彼得堡国立电技大学（LETI）获电气工程硕士学位，后在圣彼得堡国立大学完成软件工程研究生课程。拥有 20 余年嵌入式与系统编程经验，主导 Embox 项目发展。

Alexander Kalmuk 是 Embox RTOS 联合创始人。2014 年于圣彼得堡国立大学获数学与软件工程硕士学位，后攻读控制理论研究生课程。拥有十余年嵌入式系统编程经验，是 Embox 核心贡献者。

相关内容

• 在关键应用中使用 Linux：如油水难容？
• 为何选择 Yocto Project 用于物联网项目？
• 预判汽车级 Linux 专业知识需求
• MCU 让工业物联网实现 Linux 化
• 开源平台瞄准嵌入式 Linux 物联网
• 嵌入式 Linux 设备驱动：理解其角色
• 嵌入式 Linux OTA 更新，第 1 部分——基础与实现
• 如何在 3 美元 WiFi 设备上安装安全嵌入式 Web 服务器
• 驾驭连接系统无休止的软件开发生命周期——否则它将驾驭你

订阅《Embedded》周刊，获取更多嵌入式技术资讯。