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基于GPL(General Public License)架構之下的Linux，具有硬件需求低，架構開放，系統穩定，保密性好等特點，嵌入式Linux的這些優點正好符合工控領域安全性，穩定性，實時性和易維護等要求。另外，嵌入式Linux操作系統中一個重要的組成部分就是圖形用戶界面GUl(Graphic User Interface)。風電控制系統中人機界面功能復雜，種類繁多，其性能的好壞主要取決于圖形功能的設計。利用Qt/Embedded(簡稱qte)開發的GUI，能實現系統的監視，控制，管理等功能。 1 控制界面的圖形化設計 在風電控制界面設計中，對用戶特征分析十分重要，用戶一般是受過訓練的，經常使用計算機而且有相當經驗的非程序員用戶。其人機界面開發中應考慮以下幾方面： (1)安全性：設定操作員級別，使畫面顯示，執行和操作根據權限的不同而有區別。 (2)順序原則：信息分層，增強可讀，集成一致性。 (3)圖形系統：完成特定圖形的輸入，顯示和操作。 (4)實時數據的操作：對現場采集的數據能在限定的時間內給予顯示，通過畫面方便的在線調節和設定一些參數。如風電中風速顯示，葉輪的轉角調節等。 (5)先進的報警系統。 眾多的自動化控制設備，如微機調速器以及微機測量儀表等它們采用小體積的Flash或ROM，處理器性能相對較弱，它們適合用嵌入式GUI來完成人機交互的操作。嵌入式Linux系統的有代表性的GUI系統主要有MiniGUI、Microwindows、TinyX以及Qt/Embedded。很多工控軟件是使用c++語言編寫的，而且系統本身對庫的健壯性，穩定性要求比較高，用qte能設計出優秀的圖形界面，并且能和其它C++程序互相調用。 2 開發過程 開發使用的硬件平臺為H9200F系統主板，它是基于嵌入式工業控制系統的開發套件。系統的核心是32位ARM920T核的高速ARM處理器AT91RM9200，移植了Uboot，設備的驅動程序包括觸摸屏驅動和unux-2.4.27的內核，交叉編譯工具為cross-2．95．3。 2．1 建立交叉編譯環境 嵌入式系統應用軟件的開發屬于跨平臺開發，因為嵌入式設備所用的CPU和Pc機上的CPU有著不同的架構，需要一個交義開發環境在PC機上編譯出適用于嵌入式設備CPU架構的軟件。用來開發的計算機一般稱為宿主機(X86)，它運行Linux程序；嵌入式設備稱為目標機，一般就是目標板(arm)，所以我們必須配置兩套開發環境((for ARM和for X86)。如圖1為完整的嵌入式Qt程序開發流程。 
圖1 嵌入式Qt交叉編譯開發過程 從網上下載免費的Qt/Embedded開發包，本系統采用qte3.3.4的版本：qt-embedded-free-3.3.4.tar.gz，qt-x11-free-3.3.4.tar.gz。其軟件包中自帶了qmake，可以生成工程文件和Makefile文件。 * 將壓縮包解壓后安裝在主機上。在qte的安裝過程中，研究了以下幾個問題： (1)．/configure后的命令指定Qt嵌入式開發包能否生成虛擬緩沖幀工具qvfb，支持的顯示顏色深度，支持的圖形種類等。如果qte的應用是在UNIX/Linux平臺下開發的話，那么qvfb就可以在機器上以一個獨立的控制臺或者虛擬緩沖幀的方式來運行，通過指定顯示設備的寬度，高度和顏色深度，虛擬出來的緩沖幀將和物理的顯示設備在每個像素卜保持一致。這樣每次調試應用時開發人員就不用總是刷新嵌入式設備的FLASH存儲空間。從而加速了應用的編譯、鏈接和運行周期。 (2)安裝完成后為保證每次運行程序的路徑都足正確的，需要修改個人設定文檔中的~/.bashrc文件或者~/.bash_profile或者系統路徑文件，在文檔中加入幾個路徑變量，特別是QTEDIR=qte安裝路徑，QTDIR=qte安裝路徑和qte的lib文件路徑的設定。 (3)運行qvfb，若無法找到輸入設備，如顯示/dev下沒有fb0設備，則列臨時文件夾/tmp下刪除相應的文件；如果是缺少字庫，則將系統里的字庫拷貝到QTDIR/lib下，最后必須保證環境變量PATH能搜尋到qvtb命令。 * 第二步是在交義編譯的目錄下重新安裝能編譯目標板arm程序的qte。 首先在交叉編澤目錄下重新解壓qt-embedded-free-3.3.4.tar.gz，將X86的QTEDIR/bin文件罩的moc和uic二進制文件復制到交義編譯的目錄下的bin文件夾里。然后配置交叉編譯工具(如qmake)，修改．conf文件，指定文件的編譯器為安裝的交叉編譯工具，即QMAKE_CC，QMAKE_CXX，QMAKE_LINK，QMAKE_LINK_SHLIB所用的工具。 精簡Qt就在于make命令，按開發的實際需求可以增減Qt庫的大小。qte開發包有5種編譯范圍的選項，使用這些選項，可控制Qt生成的庫文件的大小。每個選項都對應在$QTDIR/src/tools/的．h(標頭檔)文件里.Tmlltech把這些標頭檔定義為“Feature Definition Files”(特征定義檔)。除廠使用已有的五種定義外，也可以根據實際定義Qt的特征，把在sre/tools/中所不需要的項目用QT_NO_記錄下來創造一個自定義標頭檔，但是還要注意項目之間功能的相依性問題。 最后，執行strip命令：#strip -R．note -R．comment $QTDIR/lib/lihqte．so*。將交叉編譯好的Qt庫libqte．so*下載到開發板中的某個目錄下。 2．2 Qt/Embedded開發程序過程 Qt/Embedded的開發有兩種方式，一種是圖形編程方式，一種是傳統的代碼編程方式。不論是使用圖形界面編程還是直接寫代碼。都會涉及到Qt的元對象系統。Qt的一個主要成就就是使用了一個機制擴展了c++并且可以創建獨立的軟件組件。這種機制被稱為元對象系統，它有兩個關鍵技術：信號和槽，以及內省(introspection)。內省功能是實現信號和槽的基礎，它允許程序員在運行時獲得有關QObject子類的“元信息”，包含對象的類名以及它所支持的信號和槽的列表。但是標準的c++沒有對Qt元對象系統提供支持。Qt通過提供一個獨立的工具moc來解析Q_OBJECT類定義。moc使用純c++來實現它所有功能，所以Qt的元對象系統可以在任意C++編譯器上工作。
圖2 Qt/Embedded編程過程 * 利用Qt Designer開發 這是一種所見即所得的方式。啟動Qt圖形編輯器，編輯GUI界，保存后得到．ui文件。在Qt Designer的代碼編輯器里輸入的代碼保存為file．ui．h文件(一個C++源文件)。雙擊窗體啟動Qt Designer的代碼編輯器，可以添加所制窗口的一些額外功能。比如添加新的槽函數．Qt Designer會自動監測到在代碼中已經創建了一個新槽，并且Uic(User Interface Compiler)會在窗體的類定義中自動生成正確的函數聲明。在Qt中，uic是從XML文件生成代碼的用戶編輯器，用來將fiie．ui文件生成file．h和file．cpp文件。 在風電控制系統中為了設定用戶級別，對信息進行安全管理和根據權限而限制操作范圍，一般需要有用戶登錄管理，如：
圖3 用戶管理界面 兩個界面是用Qt Designer開發的，它們進行切換的功能就可以在代碼編輯器中蓖寫accept ()函數實現，即：Login1的對象->hide0；Login2的對象->show0, * 編寫程序開發 這是一般程序員開發程序時所用的方式。在控制界面中，需要使用很多圖元和圖標，系統應該有圖庫集和能調入圖形的擴展接口�；蛘呤怯凶约航⒌幕緢D元。Qt中有很多為應用程序提供圖片的方法。常用的有： (1)在運行時候把圖片保存到文件中并且載人它們； (2)在源文件中包含XMP文件(因為XMP文件也是有效的C++文件) (3)使用Qt的圖片集機制。 圖片集方法比在運行的時候載入文件更加方便和迅速，并且它可以和所有支持的文件格式一起工作。這些圖片被存放在源代碼樹中名為images的子目錄下。 程序中繼承QMainWindow()類編寫桌面，采用Qt的布局管理器QGridLayout()．QVBoxLayout()和QHBoxLayout()，在桌面上雙擊第三個圖標Item 3打開表格處理程序為：
圖4 桌面系統 void desktop::iconView() { QIconView *qiconview=new QIconView(this)；//定義按鈕類對象 ⋯//對象的屬性設定 QIconViewItem *itemX：new QIconViewItem(qiconview, QString("Item X"))； //定義各個按鈕 ⋯//按鈕屬性(setRenameEnabled()，setPixmap()等) QObject::connect(qiconview，SIGNAL(doubleClicked(QIconViewItem *)),this,SLOT(itemClicked(QIconViewItem *)))；//按鈕信號與槽的設定 ⋯//鼠標移動按鈕的監聽} void desktop::itemClicked(QIconViewItem *item)//按鈕按下的槽函數 {int id=item->index()； switch(id){ case 0-2：{...//其他應用程序}break； case 3：{表格程序的對象base； base->show0； base的屬性設定；}break；⋯} 2．3 將程序發布到目標板上 將開發好的Qt/Embedded程序用交叉編譯工具重新編譯成可執行文件，生成二進制目標可執行代碼，再將嵌入式目標系統掛載到Linux宿主機的共享分區，讓qte程序直接運行在嵌入式目標系統，并進行調試。調試成功以后，就可以把程序同化到系統的FLASH存儲器中。如果需要程序開機自動運行，可以編輯啟動時的執行文件/usr/etc/rc.local，將啟動運行的程序路徑及文件名添加到這里，就可以實現系統啟動時的程序自動運行。 3 結束語 桌面系統實現了圖像數據的載入，文字編輯，表格處理和屏幕鍵盤等基礎功能，為開發風力發電組態軟件提供了一個很好的平臺。本文的創新點在于：1．以設計風力發電控制臺人機交互界面為前提，以用戶需求結合qte特點來開發嵌入式GUI。2．對qte安裝和編程上的技術問題做了詳細分析，提出精簡qte的方法。 作者：趙瑩，徐大平，呂躍剛 來源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第4-2期 |
