Запуск Qt на микроконтроллерах STM32 с RTOS Embox: практическое руководство по производительности

Встраиваемые системы всё чаще должны обеспечивать расширенную функциональность. Linux предлагает обширную экосистему библиотек и инструментов, но его аппаратные требования — особенно к памяти — часто увеличивают стоимость и потребление энергии. Современные микроконтроллеры (MCU), такие как серия STM32, предоставляют достаточно ресурсов для множества умных приложений, оставаясь недорогими и энергоэффективными.

Контекст

Ранее мы демонстрировали пример Qt «moveblocks» на плате STM32F746-Discovery. Теперь мы расширяем это на пример «animatedtiles», который предлагает интерактивную 3D-графику и подходит для сенсорных экранов. Мы хотели оценить, может ли ЦПУ и память MCU обеспечить плавный рендеринг на дисплеях 480×272 или 800×480.

Сборка приложения

Сначала мы собираем пример Qt для QEMU — открытого эмулятора. Запуск приложения в QEMU устраняет необходимость предварительного выделения памяти, гарантируя наличие всех зависимостей. После проверки мы добавляем необходимые компоненты в конфигурационные файлы STM32.

Первый запуск на целевой плате

Приложение запускается на STM32F746G-Discovery, но заполняется только верхняя половина экрана. Отладка непосредственно на плате возможна, однако более эффективный подход — использовать хостовую среду для первичной отладки.

Отладка на хосте

Для запуска и отладки примера установите библиотеки Qt и QVFB (Qt Virtual Framebuffer). QVFB предоставляет виртуальный дисплей, в который Qt может рендерить. Соберите QVFB по официальной инструкции.

Запустите QVFB с разрешением платы:

./qvfb -width 480 -height 272 -nocursor

Скомпилируйте Qt с профилем embedded (без X11) и отключите ненужные модули:

./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

Соберите и запустите animatedtiles с QVFB:

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

Приложение снова занимает только верхнюю половину экрана. Проверка examples/animation/animatedtiles/main.cpp показывает, что представление отображается в оконном режиме. Добавление флага -fullscreen решает проблему.

Развёртывание на STM32F746-Discovery

После изменения исходного кода мы пересобираем приложение для Embox и запускаем в QEMU. При запуске на физической плате возникает ошибка «Out Of Memory», указывающая на недостаточную кучу. Для определения требуемого размера используем инструмент Massif из Valgrind.

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

Massif сообщает о потребности в куче примерно 2,7 МБ. Увеличение кучи до 3 МБ в конфигурации Embox позволяет запустить демо в полноэкранном режиме.

Развёртывание на STM32F769I-Discovery

Плата STM32F769I-Discovery оснащена дисплеем 800×480 и 16 МБ внешней SDRAM. Кадрбуфер сам по себе потребляет ~0,8 МБ (800×480×2 байта). Нам нужно только скорректировать размер кучи.

Запустите QVFB для большего разрешения:

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

Запустите Massif снова:

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

Massif сообщает ~6 МБ кучи. Настройка кучи на 6 МБ обеспечивает полноэкранную работу на плате STM32F769I.

Посмотрите демо в видео ниже или воспроизведите шаги, следуя инструкциям на нашем GitHub wiki.

Примечания

1. https://habr.com/ru/company/embox/blog/459730/ (на русском, также доступно на английском: 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

---

Антон Бондарев — основатель Embox RTOS. Получил степень магистра электротехники в Санкт-Петербургском электротехническом университете (ЛЭТИ) в 2003 году, позже окончил аспирантуру по программной инженерии в СПбГУ. Более 20 лет опыта во встраиваемых и системных программах, руководит проектом Embox.

Александр Калмук — сооснователь Embox RTOS. Имеет степень магистра математики и программной инженерии в СПбГУ (2014), прошёл аспирантуру по теории управления. Более десяти лет занимается программированием встраиваемых систем, ключевой участник разработки Embox.

---

Связанный контент

• Использование Linux с критическими приложениями: как смешивать масло и воду?
• Зачем мне Yocto Project для моего IoT-проекта?
• Предвосхищение потребности в экспертизе Automotive Grade Linux
• MCU позволяет использовать Linux для промышленного IoT
• Open-source платформа нацеливается на IoT с встраиваемым Linux
• Драйверы устройств Embedded Linux: понимание их роли
• OTA-обновления для Embedded Linux, часть 1 — Фундаменты и реализация
• Как установить безопасный встраиваемый веб-сервер на WiFi-устройство за $3
• Освойте бесконечный жизненный цикл разработки ПО для подключённых систем — или он освоит вас

Для получения большего контента по Embedded подпишитесь на еженедельную рассылку Embedded.