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Linux在臺式機上的成功，使大家看到了Linux在嵌入式系統領域中的輝煌應用前景。嵌入式Linux具有源碼開放、硬件需求低、軟件模塊化、可隨意配置免許可、可移植等特點，符合工控領域可靠性、實時性、穩定性等要求。Qt 是奇趣（Trolltech）公司開發的一套跨平臺的應用程序開發框架，擁有直觀、強大的API接口和C++類庫，2000 年發布的Qt/Embedded Linux 版本可用于Linux嵌入式設備，Qt/Embedded Linux提供了自己的窗口系統，并且可以作為X11的輕量級替代產品。半導體激光器具有體積小、重量輕、運轉可靠、耗電少、效率高等優點，作為一種新穎的激光光源，已經廣泛用于軍事、醫療、通信、工業等領域，如激光通信、激光雷達、激光手術、激光焊接。半導體激光器的特性受驅動電流和溫度的影響，閾值電流隨溫度的升高而增大，當達到閾值電流時輸出光功率隨注入電流成線性變化，相同注入電流在不同溫度下的輸出光功率也不同，溫度的變化也會引起中心波長的漂移，所以，半導體激光器的控制包括對驅動電流的控制和工作溫度的控制。半導體激光器驅動電源的控制方法多樣，利用Qt/Embedded開發的嵌入式圖形用戶界面能夠方便地實現對驅動源系統的實時監測、控制、數據存儲等功能。 1 開發環境的搭建 半導體激光器驅動電源的控制核心處理器采用Sitare 系列ARM 處理器AM3354，其最高運行頻率可達800 MHz，集成了基于ARM Cortex A8的微處理器單元（MPU），POWERVR SGXTM 圖形加速器，可編程實時單元和工業用通信子系統，保證系統在低功耗運行的同時擁有高性能。硬件結構如圖1 所示，外接256 MB 的SDRAM 和2 GB 的NANDFLASH；電源管理芯片TPS65217 用于處理器的電源管理，它能提供靈活的加電和斷電時序并擁有電源正常輸出、按鈕監視器等附加功能；外接7寸LCD 液晶顯示觸摸屏，處理器內的LCD控制器集成了LCD 接口顯示驅動器控制器，經過驅動電路后可直接連接LCD模塊；AM3354處理器最多可支持6個UART，系統通過串口與LD驅動源連接進行數據的傳輸。 圖1 LD驅動源控制硬件結構圖 嵌入式應用軟件的開發屬于跨平臺開發，由于目標機CPU 和宿主機CPU 擁有不同的架構，需要構建一個交叉編譯環境，使在宿主機上開發出來的程序經過交叉編譯后能夠在目標機上運行。用來開發的計算機稱為宿主機，一般運行Linux操作系統。嵌入式設備屬于目標機。這里使用的宿主機為安裝了Ubuntu操作系統的X86 計算機（Ubuntu 是一個以桌面應用為主的Linux操作系統），目標機為AM3354為處理器的嵌入式主板，操作系統采用嵌入式Linux。由于Qt /Embedded 和Qt/X11有一樣的API，在開發嵌入式環境的應用程序時，可以先在帶Qt/X11庫的宿主機上開發。 在此安裝的交叉編譯器版本為arm-linux-gcc-4.4.3，支持硬浮點運算。解壓到某一目錄下，在系統啟動文件/etc/profile設置交叉編譯器環境變量，最后導入環境變量，#arm-linux-gcc-v命令可以查看編譯器是否添加成功。安裝嵌入式Qt應用程序開發庫，解壓Qt/Embedded 庫到相應目錄下并編譯。在應用程序運行時，要正確設置環境變量，以使應該程序能正確調用安裝目錄下的庫文件。 2 Qt/Embedded 應用程序軟件設計 Qt/Embedded軟件體系摒棄了X lib庫，將外部輸入設備抽象為鍵盤和鼠標事件，采用幀緩沖作為底層圖形接口，應用程序可以直接寫內核幀緩沖，避免了使用繁瑣的X lib/Server機制。 Qt/Embedded 應用程序設計有兩種方式，一種是用集成開發環境圖形編程方式，一種是代碼編程方式。無論使用哪種方式都會涉及元對象系統。元對象系統是對C++進行擴展的一種機制，Qt使用這種機制創建了獨立的軟件組件，它提供了關鍵的兩項技術：信號-槽以及內省。內省功能對于實現信號和槽是必需的，并且允許應用程序的開發人員在運行時獲得有關QObject子類的“元信息”，包括一個含有對象的類名以及它所支持的信號和槽的列表。信號和槽是Qt通信機制的核心。當一個特殊的事情發生時便可以發射一個信號，而槽就是一個函數，它在信號發射后被調用來響應這個信號，通常一個信號對應一個槽，一個信號也可以關聯多個槽，多個信號也可以關聯到同一個槽上。 2.1 串口通信的實現 在Qt中并沒有特定的串口控制類，大部分使用第三方寫的qextserialport類。該類包含兩個類：QextSeri-alBase 類和Posix_QextSerialPort 類，后者繼承前者，而QextSerialBase 類又繼承自Qt 軟件自帶的QIODevice類。在QextSerialBase類中涉及到了一個枚舉變量QueryMode，它有兩個值Polling和EventDriven ，Polling指的是查詢方式讀/寫串口，EventDriven 是事件驅動方式。事件驅動方式就是使用事件處理串口的讀取，一旦有數據到來，就會發出readyRead（）信號，就可以關聯該信號來讀取串口的數據。 在事件驅動的方式下，串口的讀/寫是異步的，調用讀/寫函數會立即返回，它們不會凍結調用線程。而查詢方式Polling讀/寫函數是同步執行的，信號工作在這種模式下是不起作用的，但這種模式下開銷較小，可以建立定時器來讀取串口的數據，并將結果顯示在Qt的圖形用戶界面上。這里采用Polling 查詢方式讀/寫串口。設置一個100 ms的定時器，通過Qt特有的信號與槽機制，將定時溢出信號關聯到讀串口槽函數上，實現數據的實時采集顯示。 程序流程：首先新建一個串口類，設置串口通信的屬性，最常見的屬性設置包括通信端口、波特率、數據位、奇偶校驗、停止位以及控制流等，然后讀/寫串口。 每個設備端口在/dev目錄下都有一個對應的文件，Linux下的文件用文件描述符來描述，它指向內核中每個進程打開的文件記錄表。串口資源的文件路徑是/dev/ttyO*，因此對串口的操作就像對普通文件的操作一樣，部分操作程序如下： struct PortSettings myComSetting = {BAUD9600，DATA_8，PAR_NONE，STOP_1，FLOW_OFF，500}； QString portName ="/dev/ttyO2"； myCom=new Posix_QextSerialPort（portName，myComSetting，QextSerialBase：：EventDriven）； myCom->open（QIODevice：：ReadWrite）； QByteArray temp=myCom->readAl（l ）； 2.2 軟鍵盤的調用 文中設計的軟鍵盤包括字母、數字的輸入、大小寫字母的切換以及退格、回車等功能。在Linux環境的QtDesigner 下，創建一個新的Widget，將Buttons 選項中的PushButton按鍵拖入到軟鍵盤區域內，然后根據需要修改每個按鍵上面的文本屬性和名字屬性。 軟鍵盤的實現是基于信號與槽機制。利用Qt的多信號映射機制，首先使用QSignalMapper類來捆 綁不同按鍵所發送的一系列無參數信號，并將其轉化為有參數的信號，實現一個函數可以響應不同按鈕的功能；然后需要建立每一鍵值對應的信號與槽之間的關系connect（ui->pushButton，SIGNAL（clicked（）），&mapper，SLOT（map（）））；最后將所有的字母和數字通過多信號映射連接到槽函數中，將鍵值傳遞給焦點控：connect（&mapper，SIGNAL（mapped（QWidget*）），this，SLOT（button-Clicked（QWidget*））），當有按鍵按下時，mapped（QWid-get*）信號會觸發buttonClicked槽函數，在buttonClicked函數中發送按鍵的ASCII 碼值信號調用sendCharacter（QChar）槽，從而實現正確的鍵值輸入。界面設計如圖4所示。 圖4 軟鍵盤界面 Qt 設計師窗口部件簡單有限，某些情況下要自定義窗口部件。它有兩種方法：改進法和插件法。插件法需要創建一個插件庫，它為可選的額外功能提供了一個特殊接口。Qt設計師運行時可以加載這個庫，并且利用該庫創建窗口部件的實例，本設計自定義了三個窗口部件QMeter、thermometer和led。 3 程序的移植和發布 安裝了交叉工具鏈以及經過交叉編譯的Qt/E 庫后，就可以將前面編輯好的應用程序進行交叉編譯生成可執行二進制文件，然后發布到嵌入式控制板中。另外，在發布之前需要先移植tslib和Qt/E 庫，tslib是電阻式觸摸屏用于校準的一個軟件庫，是一個開源的程序，能夠為觸摸屏驅動獲得的采樣提供諸如濾波、去抖、校準等功能，通常作為觸摸屏驅動的適配層，為上層的應用提供了一個統一的接口。解壓根文件系統到home路徑下，復制編譯好的tslib、Qt/E庫文件到根文件系統中，最后導出相應的環境變量。應該程序可以以界面圖標的形式運行，這時，就需要自己制作啟動器文件，在for-linx/web/lighttpd/webpages/apps目錄下新建current.desk-top文件，然后編輯該文件： #!/usr/bin/env xdg-open [Desktop Entry] Name=Serial GenericName=Demo App Icon=/forlinx/web/lighttpd/webpages/apps/images/current.png Exec=/forlinx/web/lighttpd/webpages/shell/current.sh Type=Application ProgramType=gui current.png是一個32×32的PNG 圖標文件，可根據自己的需要制作并存于相應路徑下。交叉編譯生成的二進制文件current放于forlinx/qt/bin目錄中。current.sh是編寫的shell腳本，當用戶點擊界面圖標時會自動執行腳本文件里的命令： #!/bin/sh if test -e /dev/fb0； then width=′fbset | grep ′geometry′ | awk ′{print $2}′′ height=′fbset | grep ′geometry′ | awk ′{print $3}′′ let height=height-38 geo=′echo $width\x$height+0+0′ fi pidof matrix_gui > /dev/null 2>&1 if [ $? == 0 ] then /forlinx/qt/bin/serial -geometry $geo$* else export TSLIB_TSDEVICE=/dev/input/touchscreen0 export QWS_MOUSE_PROTO=Tslib：/dev/input/touchscreen0 /forlinx/qt/bin/current -qws -geometry $geo$* fi 如果需要開機自動運行程序，可以編輯啟動時的執行文件/etc/init.d/rcS，將啟動程序路徑和可執行應用程序名添加到這里，就可以實現系統啟動時程序的自動運行，在嵌入式主板上運行效果如圖5所示。 4 結語 嵌入式系統的實時性、高可靠性以及友好高效的GUI被廣泛用于工業控制當中。基于Qt/Embedded設計的嵌入式控制界面實現了與單片機的串口通信、文字的編輯、控件的載入和顯示、數據的保存記憶、軟鍵盤的調用等功能。本文根據光纖激光器泵浦源的特點，以設計泵浦源驅動的人機交互界面為前提，結合用戶需求和Qt/Embedded 特點來開發嵌入式控制面板。詳細介紹了基于Qt/Embedded的嵌入式應用程序的開發過程，并成功移植到嵌入板中控制LD正常工作。 圖5 在主板上的運行效果圖 |
