源代碼開放瀏覽器設(shè)計與實現(xiàn)

　Linux在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用正在迅速擴(kuò)大，這意味著軟件開發(fā)工程師必須弄懂如何將為資源豐富的臺式PC和服務(wù)器開發(fā)的源代碼開放軟件，應(yīng)用于資源有限的嵌入式系統(tǒng)。

　　Linux 操作系統(tǒng)是UNIX 操作系統(tǒng)的一個克隆版本。UNIX 操作系統(tǒng)是美國貝爾實驗室的肯·湯普遜Ken.Thompson和丹尼斯·里奇Dennis Ritchie 于1969 年夏在DEC PDP-7 小型計算機(jī)上開發(fā)的一個分時操作系統(tǒng)。當(dāng)時Ken Thompson 為了能在閑置不用的PDP-7 計算機(jī)上運(yùn)行他非常喜歡的星際旅行（Space travel）游戲，在1969 年夏天乘他夫人回家鄉(xiāng)加利福尼亞渡假期間，在一個月內(nèi)開發(fā)出了unix 操作系統(tǒng)的原型。當(dāng)時使用的是BCPL 語言（基本組合編程語言），后經(jīng)Dennis Ritchie 于1972 年用移植性很強(qiáng)的C 語言進(jìn)行了改寫，使得UNIX 系統(tǒng)在大專院校得到了推廣。

　　現(xiàn)在PC機(jī)上具備上百兆字節(jié)RAM和幾十GB的硬盤資源已很普遍，但對嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)者來說通常是不可能的。而且，運(yùn)行在可隨意重啟動系統(tǒng)中的桌面和企業(yè)級軟件很容易經(jīng)常升級，但是安裝在工業(yè)現(xiàn)場的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)就不太容易，而且理想狀態(tài)下這種系統(tǒng)會一直運(yùn)行下去，根本不存在重新啟動的問題。因此，開發(fā)工程師們應(yīng)當(dāng)研究如何在一個只有數(shù)兆存儲器資源的嵌入式設(shè)計中，充分利用過去十年來開發(fā)的桌面軟件資源？

　　現(xiàn)有的基于Linux操作系統(tǒng)的桌面瀏覽器家族已經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，目前市面上可供用戶選擇的桌面瀏覽器超過20種，那么為什么還要引入另外一種呢？在做了哪一種現(xiàn)有的桌面瀏覽器適合用于開發(fā)嵌入式瀏覽器的調(diào)查之后，我們發(fā)現(xiàn)沒有一個網(wǎng)絡(luò)客戶端的桌面瀏覽器滿足嵌入式系統(tǒng)的要求。這些瀏覽器不是象Netscape的Mozilla那樣太大而導(dǎo)致沒法在大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行，就是太小，其HTML功能很不完整，因此我們決定自己設(shè)計一種新型瀏覽器，一種專門適用于嵌入式Linux設(shè)備的瀏覽器。

　　我們有五個最初的設(shè)計目標(biāo)。首先，希望創(chuàng)建盡可能小的瀏覽器，不過這種瀏覽器要保持與HTML 100%的標(biāo)準(zhǔn)兼容性。這種瀏覽器可以應(yīng)用于很多應(yīng)用設(shè)備，從嵌入式設(shè)備文檔顯示到因特網(wǎng)電器設(shè)備和機(jī)頂盒，而且我們必須確信這種瀏覽器總能正確地顯示網(wǎng)頁。其次，同樣重要的是，希望采用現(xiàn)有的用于HTML語法分析和顯示引擎的開放式源代碼，我們不想再從零開始編寫HTML引擎代碼，這是實現(xiàn)大多數(shù)小型瀏覽器時最常見的一個毛病，因為正確地顯示所有的HTML文件需要大量的知識和經(jīng)驗，尤其是現(xiàn)在很多的HTML文件仍然是手寫的。

　　第三，希望采用已選定的HTML窗口部件代碼，我們不想改變?nèi)魏魏诵腍TML顯示引擎代碼，盡管它的源代碼是開放的。這樣做將帶來兩大主要好處：一是不用操心HTML顯示引擎功能的升級，因為HTML專家已經(jīng)優(yōu)化了HTML分析引擎的代碼設(shè)計；二是不會有設(shè)計缺陷被直接引入到核心顯示子程序中，從而可保證很高的代碼質(zhì)量。

　　小型窗口部件

　　第四，我們想要使用一套適用于小環(huán)境的用戶界面窗口部件，為此，決定利用Fast Light工具套件（FLTK）應(yīng)用框架。FLTK能提供一套理想的適用于小型應(yīng)用環(huán)境的用戶界面窗口部件。

　　最后，我們認(rèn)為為了使這種瀏覽器被市場廣泛接受，應(yīng)使它具有足夠的靈活性，即既可以運(yùn)行在新型嵌入式Microwindows圖形窗口環(huán)境中，也可以運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)的X Windows系統(tǒng)中。此外，我們希望確保這兩種視窗操作系統(tǒng)都可以與該軟件設(shè)計進(jìn)行無縫集成，而且不會對該瀏覽器的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何影響。

　　對于第一個問題，我們是這樣考慮的：KDE 1.0 HTML窗口部件在大多數(shù)網(wǎng)站上都能正確顯示，這一點(diǎn)我們已經(jīng)通過運(yùn)行桌面kfm文件管理器得到驗證。KDE窗口部件工作穩(wěn)定，支持全部HTML 3.2功能，相對較小，而且其代碼可讀性好，易于再利用。那么為什么不使用可支持HTML 4.0和 1.4的KDE 2.0窗口部件呢？這里至少有兩個問題：首先，KDE 2.0在我們設(shè)計工作開始的時候還不成熟，缺少很多功能，而且在實際運(yùn)作工程中的表現(xiàn)還不夠穩(wěn)定。我們認(rèn)為對第一版來說，其功能與大小的折衷是可以接受的，尤其是由于該設(shè)計的可擴(kuò)展性好，即便在其設(shè)計定型以后仍允許添加新的功能。

　　有段時間，我們還曾考慮過Mozilla, 它是繼網(wǎng)景瀏覽器之后推出的一種源代碼開放瀏覽器，但最終因反對聲過多而放棄了它，只因為Mozilla過于龐大了。Mozilla 版本的GTK+窗口部件（不包括郵件、新聞等）在不裝入任何網(wǎng)頁的情況下需要多達(dá)12M字節(jié)，這比目前的ViewML瀏覽器要大6倍。GTK+窗口部件集合也很大，與FLTK的100k相比，它至少有2M字節(jié)。[!--empirenews.page--]

　　易置換的類集

　　到目前為止，在考慮使用那一種窗口部件時，爭論最多的是KDE 1.0窗口部件使用的QT窗口部件集合。如果我們可以對最初的設(shè)計目標(biāo)做一些妥協(xié)，那么QT窗口部件將由于好幾種理由而成為這一方案的一個合乎邏輯的選擇。其中之一是，尚沒有Microwindows版本的QT采用了一種獨(dú)特的編碼風(fēng)格，它允許用運(yùn)行在另一工具套件上的改進(jìn)版類方便地置換原有的類，這一工具套件具有Microwindows和X版本。

　　這一事實降低了QT API的總體大小，因為我們不再需要所有的類。你可得到一個免費(fèi)的QT版本作為編碼參考。

　　我們最終選擇的是可同時在Microwindows和X上運(yùn)行的唯一窗口部件集合FLTK，這一工具套件也采用C++編寫。選擇它的另外一個好處是這一工具套件在對QT API和后端FLTK進(jìn)行集成時相對較簡單。

　　在選擇了核心顯示引擎之后，我們創(chuàng)建了一個分層軟件體系結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)嚴(yán)格地定義了每一個瀏覽器模塊以及每一模塊應(yīng)該完成的功能。我們也必須定義一些新模塊，一旦開發(fā)出更小的模塊，或因采用圖形化視窗系統(tǒng)而需要對某些模塊進(jìn)行更改，就可以置換舊模塊。我們集成的模塊包括：瀏覽器應(yīng)用層、萬維網(wǎng)的WWWLib庫、KHTML View和窗口部件模塊、QT兼容層、IMLIB 圖形庫和FLTK應(yīng)用框架。

　　ViewML瀏覽器應(yīng)用層很小，并完全用C++ FLTK應(yīng)用框架編寫，它提供了基本的圖形用戶界面布局。我們盡量將這一層做得很小，以便應(yīng)用工程師能夠很容易地為某個特定嵌入式應(yīng)用環(huán)境修改ViewML瀏覽器，而無需深入了解整個瀏覽器。在一些嵌入式應(yīng)用環(huán)境中，可能根本沒有用戶界面，只顯示一個全屏幕的瀏覽器頁面。這一層也可以處理網(wǎng)絡(luò)和本地文件存取需求。

　　我們選用了萬維網(wǎng)協(xié)會的WWWLib庫來執(zhí)行所有的異步網(wǎng)絡(luò)輸入/輸出和HTTP獲得（HTTP get）功能，因為它比較容易使用。我們發(fā)現(xiàn)WWWLib庫基本上要比實際所需要的大，因此它可能將被改寫。不過，就目前而言，它使我們不必在這一專門領(lǐng)域花費(fèi)太多精力就可迅速獲取初始版瀏覽器的功能。

　　KHTML View和窗口部件模塊由原始的未經(jīng)修改的KDE 1.0 HTML窗口部件代碼構(gòu)成，這一未經(jīng)修改的源代碼被上層的用戶界面應(yīng)用層調(diào)用，仍認(rèn)為是在和下層的QT應(yīng)用框架通信。KHTML窗口部件處理所有的HTML語法分析、作圖和基本的布局操作，它并不直接處理屏幕滾動或顯示框架的操作，而是把這些任務(wù)授權(quán)給KHTML View去做。

　　QT兼容性層提供未經(jīng)修改的HTML窗口部件和FLTK應(yīng)用框架（而不是QT框架）之間的接口。C++ QT類在這一層被改寫，以保持相同的公共接口，這些類包括圖形窗口部件（編輯控制、按鈕等）、類集及字符串類，用于窗口部件內(nèi)部通信的非標(biāo)準(zhǔn)QT信號機(jī)制不得不從零開始進(jìn)行編碼。所有的類集和字符串類在標(biāo)準(zhǔn)C++庫中實現(xiàn)，這些庫包括：堆棧、列表、字典（哈希表）和常見字符串類，除了QT在其類集合中使用的新型自動刪除機(jī)制以外，這些類完全是標(biāo)準(zhǔn)的。

　　對圖象而言，Gnome項目中的IMLIB曾用于X視窗系統(tǒng)，IMLIB庫允許實現(xiàn)QT類型圖象的顯示功能，包括自動檢測圖象類型、自動縮放圖象、以及將圖象顯示在屏幕上。盡管IMLIB庫也有一些不足之處，例如大小，但最主要的缺點(diǎn)是它不適用于Microwindows。因此，對于該環(huán)境，我們直接將圖形圖象支持功能增加到Microwindows中，這樣就較好地解決了這一問題，同時使該模塊仍保持較小的尺寸，并且允許增加新的圖像解碼器。

　　根據(jù)視窗系統(tǒng)的不同，可以采用兩個不同版本的FLTK應(yīng)用框架。標(biāo)準(zhǔn)版本的FLTK包括對Win32和X的支持。我們和Microwindows項目開發(fā)人員一起將FLTK移植到Microwindows已有的Nano-X　API中，這一技術(shù)支持允許與Microwindows服務(wù)器進(jìn)行客戶-服務(wù)器交互，就如同采用Xlib模型一樣。由于FLTK和Microwindows都能支持X Window系統(tǒng)，因此它是一個很不錯的選擇。

　　ViewML項目已經(jīng)在短時間內(nèi)開發(fā)出了一種高品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，它直接針對嵌入式Linux環(huán)境。通過包含源代碼開放的核心部件，我們已經(jīng)能夠在不占用多少RAM和ROM資源的情況下使用一個高品質(zhì)的顯示引擎。

　　Linux做嵌入式的優(yōu)勢，首先，Linux是開放源代碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多Linux愛好者又是Linux開發(fā)者的強(qiáng)大技術(shù)支持；其次，Linux的內(nèi)核小、效率高，內(nèi)核的更新速度很快，linux是可以定制的，其系統(tǒng)內(nèi)核最小只有約134KB。第三，Linux是免費(fèi)的OS，在價格上極具競爭力。 Linux還有著嵌入式操作系統(tǒng)所需要的很多特色，突出的就是Linux適應(yīng)于多種CPU和多種硬件平臺，是一個跨平臺的系統(tǒng)。到目前為止，它可以支持二三十種CPU。而且性能穩(wěn)定，裁剪性很好，開發(fā)和使用都很容易。很多CPU包括家電業(yè)芯片，都開始做Linux的平臺移植工作。移植的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Java的開發(fā)環(huán)境。也就是說，如果今天用Linux環(huán)境開發(fā)產(chǎn)品，那么將來換CPU就不會遇到困擾。同時，Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的，Linux對網(wǎng)絡(luò)中最常用的TCP/IP協(xié)議有最完備的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太網(wǎng)絡(luò)，以及無線網(wǎng)絡(luò)，Toker ring（令牌環(huán)網(wǎng)）、光纖甚至衛(wèi)星的支持。所以Linux很適于做信息家電的開發(fā)。

　　ViewML瀏覽器的運(yùn)行大概需要2M字節(jié)的RAM，代碼文件的大小大約是800k。在Microwindows系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行時，對RAM的需求不超過2.5M字節(jié)，這使它可用在大多數(shù)帶圖象顯示功能的32位嵌入式Linux系統(tǒng)上。由于整個ViewML項目的源代碼是開放的，因此其他開發(fā)者可以迅速理解ViewML并進(jìn)一步將它加以完善。