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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(tǒng)領(lǐng)域中的輝煌應(yīng)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(lǐng)域可靠性、實時性、穩(wěn)定性等要求。Qt 是奇趣（Trolltech）公司開發(fā)的一套跨平臺的應(yīng)用程序開發(fā)框架，擁有直觀、強大的API接口和C++類庫，2000 年發(fā)布的Qt/Embedded Linux 版本可用于Linux嵌入式設(shè)備，Qt/Embedded Linux提供了自己的窗口系統(tǒng)，并且可以作為X11的輕量級替代產(chǎn)品。半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、運轉(zhuǎn)可靠、耗電少、效率高等優(yōu)點，作為一種新穎的激光光源，已經(jīng)廣泛用于軍事、醫(yī)療、通信、工業(yè)等領(lǐng)域，如激光通信、激光雷達、激光手術(shù)、激光焊接。半導(dǎo)體激光器的特性受驅(qū)動電流和溫度的影響，閾值電流隨溫度的升高而增大，當(dāng)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(dǎo)體激光器的控制包括對驅(qū)動電流的控制和工作溫度的控制。半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源的控制方法多樣，利用Qt/Embedded開發(fā)的嵌入式圖形用戶界面能夠方便地實現(xiàn)對驅(qū)動源系統(tǒng)的實時監(jiān)測、控制、數(shù)據(jù)存儲等功能。 1 開發(fā)環(huán)境的搭建 半導(dǎo)體激光器驅(qū)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(yè)用通信子系統(tǒng)，保證系統(tǒng)在低功耗運行的同時擁有高性能。硬件結(jié)構(gòu)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(jiān)視器等附加功能；外接7寸LCD 液晶顯示觸摸屏，處理器內(nèi)的LCD控制器集成了LCD 接口顯示驅(qū)動器控制器，經(jīng)過驅(qū)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(tǒng)通過串口與LD驅(qū)動源連接進行數(shù)據(jù)的傳輸。 圖1 LD驅(qū)動源控制硬件結(jié)構(gòu)圖 嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)屬于跨平臺開發(fā)，由于目標機CPU 和宿主機CPU 擁有不同的架構(gòu)，需要構(gòu)建一個交叉編譯環(huán)境，使在宿主機上開發(fā)出來的程序經(jīng)過交叉編譯后能夠在目標機上運行。用來開發(fā)的計算機稱為宿主機，一般運行Linux操作系統(tǒng)。嵌入式設(shè)備屬于目標機。這里使用的宿主機為安裝了Ubuntu操作系統(tǒng)的X86 計算機（Ubuntu 是一個以桌面應(yīng)用為主的Linux操作系統(tǒng)），目標機為AM3354為處理器的嵌入式主板，操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux。由于Qt /Embedded 和Qt/X11有一樣的API，在開發(fā)嵌入式環(huán)境的應(yīng)用程序時，可以先在帶Qt/X11庫的宿主機上開發(fā)。 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(tǒng)啟動文件/etc/profile設(shè)置交叉編譯器環(huán)境變量，最后導(dǎo)入環(huán)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(yīng)用程序開發(fā)庫，解壓Qt/Embedded 庫到相應(yīng)目錄下并編譯。在應(yīng)用程序運行時，要正確設(shè)置環(huán)境變量，以使應(yīng)該程序能正確調(diào)用安裝目錄下的庫文件。 2 Qt/Embedded 應(yīng)用程序軟件設(shè)計 Qt/Embedded軟件體系摒棄了X lib庫，將外部輸入設(shè)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(yīng)用程序可以直接寫內(nèi)核幀緩沖，避免了使用繁瑣的X lib/Server機制。 Qt/Embedded 應(yīng)用程序設(shè)計有兩種方式，一種是用集成開發(fā)環(huán)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(tǒng)。元對象系統(tǒng)是對C++進行擴展的一種機制，Qt使用這種機制創(chuàng)建了獨立的軟件組件，它提供了關(guān)鍵的兩項技術(shù)：信號-槽以及內(nèi)省。內(nèi)省功能對于實現(xiàn)信號和槽是必需的，并且允許應(yīng)用程序的開發(fā)人員在運行時獲得有關(guān)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(dāng)一個特殊的事情發(fā)生時便可以發(fā)射一個信號，而槽就是一個函數(shù)，它在信號發(fā)射后被調(diào)用來響應(yīng)這個信號，通常一個信號對應(yīng)一個槽，一個信號也可以關(guān)聯(lián)多個槽，多個信號也可以關(guān)聯(lián)到同一個槽上。 2.1 串口通信的實現(xiàn) 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(qū)動方式。事件驅(qū)動方式就是使用事件處理串口的讀取，一旦有數(shù)據(jù)到來，就會發(fā)出readyRead（）信號，就可以關(guān)聯(lián)該信號來讀取串口的數(shù)據(jù)。 在事件驅(qū)動的方式下，串口的讀/寫是異步的，調(diào)用讀/寫函數(shù)會立即返回，它們不會凍結(jié)調(diào)用線程。而查詢方式Polling讀/寫函數(shù)是同步執(zhí)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(shù)據(jù)，并將結(jié)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(shè)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(guān)聯(lián)到讀串口槽函數(shù)上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集顯示。 程序流程：首先新建一個串口類，設(shè)置串口通信的屬性，最常見的屬性設(shè)置包括通信端口、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗、停止位以及控制流等，然后讀/寫串口。 每個設(shè)備端口在/dev目錄下都有一個對應(yīng)的文件，Linux下的文件用文件描述符來描述，它指向內(nèi)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，F(xiàn)LOW_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(diào)用 文中設(shè)計的軟鍵盤包括字母、數(shù)字的輸入、大小寫字母的切換以及退格、回車等功能。在Linux環(huán)境的QtDesigner 下，創(chuàng)建一個新的Widget，將Buttons 選項中的PushButton按鍵拖入到軟鍵盤區(qū)域內(nèi)，然后根據(jù)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(xiàn)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(fā)送的一系列無參數(shù)信號，并將其轉(zhuǎn)化為有參數(shù)的信號，實現(xiàn)一個函數(shù)可以響應(yīng)不同按鈕的功能；然后需要建立每一鍵值對應(yīng)的信號與槽之間的關(guān)系connect（ui->pushButton，SIGNAL（clicked（）），&mapper，SLOT（map（）））；最后將所有的字母和數(shù)字通過多信號映射連接到槽函數(shù)中，將鍵值傳遞給焦點控：connect（&mapper，SIGNAL（mapped（QWidget*）），this，SLOT（button-Clicked（QWidget*））），當(dāng)有按鍵按下時，mapped（QWid-get*）信號會觸發(fā)buttonClicked槽函數(shù)，在buttonClicked函數(shù)中發(fā)送按鍵的ASCII 碼值信號調(diào)用sendCharacter（QChar）槽，從而實現(xiàn)正確的鍵值輸入。界面設(shè)計如圖4所示。 圖4 軟鍵盤界面 Qt 設(shè)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(chuàng)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(shè)計師運行時可以加載這個庫，并且利用該庫創(chuàng)建窗口部件的實例，本設(shè)計自定義了三個窗口部件QMeter、thermometer和led。 3 程序的移植和發(fā)布 安裝了交叉工具鏈以及經(jīng)過交叉編譯的Qt/E 庫后，就可以將前面編輯好的應(yīng)用程序進行交叉編譯生成可執(zhí)行二進制文件，然后發(fā)布到嵌入式控制板中。另外，在發(fā)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(qū)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(qū)動的適配層，為上層的應(yīng)用提供了一個統(tǒng)一的接口。解壓根文件系統(tǒng)到home路徑下，復(fù)制編譯好的tslib、Qt/E庫文件到根文件系統(tǒng)中，最后導(dǎo)出相應(yīng)的環(huán)境變量。應(yīng)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(jù)自己的需要制作并存于相應(yīng)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(dāng)用戶點擊界面圖標時會自動執(zhí)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(zhí)行文件/etc/init.d/rcS，將啟動程序路徑和可執(zhí)行應(yīng)用程序名添加到這里，就可以實現(xiàn)系統(tǒng)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(jié)語 嵌入式系統(tǒng)的實時性、高可靠性以及友好高效的GUI被廣泛用于工業(yè)控制當(dāng)中。基于Qt/Embedded設(shè)計的嵌入式控制界面實現(xiàn)了與單片機的串口通信、文字的編輯、控件的載入和顯示、數(shù)據(jù)的保存記憶、軟鍵盤的調(diào)用等功能。本文根據(jù)光纖激光器泵浦源的特點，以設(shè)計泵浦源驅(qū)動的人機交互界面為前提，結(jié)合用戶需求和Qt/Embedded 特點來開發(fā)嵌入式控制面板。詳細介紹了基于Qt/Embedded的嵌入式應(yīng)用程序的開發(fā)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 |
