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1 引 言 嵌入式系統的出現至今已有30多年的歷史，嵌入式技術也經歷了三個發展階段。早期的嵌入式系統因資源極其有限，只有字符界面或者簡單的圖形界面。隨著技術的發展，硬件成本的大幅下降，嵌入式系統應用要求越來越高，應用范圍越來越廣。這樣字符界面和簡單的圖形界面不再能滿足一些嵌入式系統的要求。嵌入式系統對圖形用戶界面(GUI)的需求越來越迫切。 不同于在個人PC上的圖形用戶界面，對嵌入式系統上的GUI包括：輕型、占用資源少，可配置，高性能，高可靠性。 2 幾種成熟的基于Linux的嵌入式GUI 2.1 MicroWindows/NanoX MicroWindows是一個開放源代碼的項目，起源于NanoGUI項目。他支持兩種應用程序編程接口，Win32API的實現叫MicroWindows，類似Xlib API的實現叫Nano-X。 MicroWindows是一個基于典型客戶／服務器體系結構的GUI系統，基本分成3層。最底層是面向圖形輸出和鍵盤、鼠標或觸摸屏的驅動程序；中間層提供底層硬件的抽象接口，并進行窗口管理，實際上是一個可移植的窗口引擎。他實現了畫線、區域填充、多邊形、剪切和多種顏色模式，這些實現是參考Xfree86而設計的；最高層分別提供兼容于Xwindow和Windows CE(Win 32子集)的API。 該項目的主要特色在于提供了類似X的客戶／服務器體系結構和相對完善的圖形功能，包括一些高級功能。比如Alpha混合、三維支持、TrueType字體支持等。該項目目前由美國Century Software公司主持開發。 2.2 MiniGUI MiniGUI是原清華大學教師魏永明主持的一個自由軟件項目，其目標是基于Linux的實時嵌入式系統提供一個輕量級的圖形用戶界面支持系統。MiniGUI基于SVGALib和LinuXThread庫，采用簡化的類Windows風格的圖形用戶界面，功能限制期不能用于更大的嵌入式系統。 2.3 Qt／Embedded Qt／Embedded是跨平臺C++圖形用戶界面工具包，因其面向對象、跨平臺、界面設計更美觀而得到廣泛應用。基于Qt的X Window程序可以方便地移植到Qt／Embedded版本上。因此，自從Qt／Embedded以GPL條款發布以來，就有大量的嵌入式開發商轉到Qt／Embedded系統上。 3 Qt／Embedded框架結構及編程關健技術 3.1 Qt／Embedded的開發環境及工具 使用Troll tech公司的X開發平臺自由軟件的自由版：Qt／Embedded 3.3.3。下載RPM包并安裝。Qt支持多種處理器，根據所選用的處理器進行適當的配置和編譯，即可得到如下創建應用程序所需的軟件包和工具： (1) Qt／Embedded函數庫。 (2) 虛擬幀緩沖qvfb(virtual frame buffer)：在X窗口用來運行和測試Qt／Embedded應用程序的系統程序。有了他，就可以不必在控制臺和X11之間來回切換了。 (3) designer：Qt下用于設計窗口組件的工具。 (4) tmake：Makefile文件的自動生成器。 (5) moc：用于Qt C++擴展的meta-object編譯器。 (6) uic：從XML文件生成代碼的用戶界面編譯器。 (7) 其他工具，再加上g++，就可以進行基于Qt／Em-bedded的應用程序開發、編譯和調試了。 3.2 Qt／Embedded的框架結構 Qt／Embedded的框架結構。相對于Linux上Qt的另外一個版本Qt／X11，Qt／Embedded并不依賴于XServer。這使Qt／Embedded相對于Qt／X11節省了不少的內存。代替X server和Xlib庫的是Qt／Embedded庫。根據應用的需要，可以對其進行配置，編譯后庫的大小從700 kB～7 MB左右，典型應用的庫大小大約為2～3 MB。如果事先知道應用和相關的具體組件，還可以將應用程序、組件和Qt／Embedded庫靜態連接，從而更能節約內存和CPU。FrameBuffer是一種驅動程序接口，這種接口將顯示設備抽象為幀緩沖區。用戶可以將他看成顯示內存的一種影像，將其映射到進程地址空間后，就可以直接進行讀寫操作，而寫操作可以立即反映到屏幕上。該驅動程序的設備文件一般是／dev／fb0，／dev／fb1等。 3.3 Qt編程關鍵技術 Qt是面向對象的C++工具包，其應用程序設計遵循面向對象的編程方法。不同于Xt處理事件采用回調函數的方式，Qt采用更靈活的signal／slot(信號／槽)機制。Qt是這樣處理事件的：QApplication的事件循環體從事件隊列中拾取本地窗口系統事件或其他事件，譯成Qevent()，并送給Qobject：：event()，最后送給QWidget：：event()分別對事件處理。事件的產生來自于所在的窗口系統，也可以是QApplication類成員函數發送的消息，如：sendEvent()。 Qt應用程序中，首先在main()函數中創建QApplication對象，QApplication對象負責圖像用戶界面應用程序的控制流和主設置，通過調用該對象的exec()函數，進入事件循環處理，對來自窗口系統或其他的事件進行處理和調度，直到收到exit()或quit()結束。 Qt利用signal／slot機制實現對象之間的通信。當某一個對象1狀態改變時，發出signal，通知所有與該信號相連對象的slot，從而引發對應的slot的動作。Signal／slo機制真正實現了封裝的概念。Slot除了可以接收signa之外，與其他函數沒有什么不同。Signal和slot并沒有構成一一對應的關系，同一個signal可以連接任意個slot，多個signal也可以和同一個slot相連。雖然signal／slot機制比回調函數速度方面有所減慢，但并不明顯，特別是在嵌人式系統中，所用的signal和slot不多的場合，這種速度上的損失可以承受。但這種機制所帶來的簡明性、靈活性確實給應用帶來了很多便利。 4 微波信號發生器的軟件設計 Qt／Embedded在微波合成掃源上開發的圖形用戶界面。該項目采用研華PCM-4335PC／104主板，Cyrix 300 MHz的處理器(x86系列)，8 MB內存16 MB的DOM，嵌入式Linux系統。液晶顯示模塊的分辨率為640×240。 4.1 微波信號發生器原理 我們所開發的信號發生器是一種微波合成掃頻信號源。 時基標準為頻率發生器提供標準信號10 MHz，整機的頻率穩定度由該標準頻率決定。頻率合成器采用頻率合成技術使標準頻率產生15～40 MHz的離散IF信號。微波輸出組件產生2～20 GHz的微波輸出信號。外圍設備接口電路包括前面板、后面板、GPIB硬件、液晶模塊、鍵盤控制等。調制掃描及微電路控制部分提供各種控制信號，完成功率電平穩幅(ALC)、模擬掃頻、脈沖調制等功能。 4.2 點頻功能的實現算法 頻率合成器作用是給微波掃頻信號提供一定分辨力的頻率參考信號，并對微波信號輸出頻率進行逐點鎖定，以得到高準確度和穩定度的掃頻輸出信號。 輸出點頻信號和掃頻信號是微波合成掃源的基本功能。而點頻輸出又是掃頻輸出的基礎(掃頻信號的輸出可以利用點頻通過程序控制的方法實現)。下面是點頻功能的實現算法。 (1) 用戶在前面板上設置需要設定的頻率f0。 (2) 判斷f0屬于哪個頻段，求出YTO的輸出頻率fYTO。并對YTO進行預置頻率。 (3) 根據fYTO和f0算出YTO鑒相器參考頻率，由此推出取樣環和小數分頻環的分頻系數，并將分頻系數置人對應的數據鎖存器。 4.3 試驗測試 我們選用中國電子科技集團公司第41研究所AV4032微波頻譜分析儀和功率計等儀器對微波信號發生器的輸出信號做測試。 從測試結果來看，完全達到了設計要求。 5 結 語 嵌入式產品正在成為新的技術熱點，上層應用程序是產品的直接功能體現。Qt／Embedded因其面向對象、跨平臺、界面設計更美觀、程序設計簡明和靈活而得到越來越多的廣泛應用。本文結合微波信號發生器人機界面設計介紹了Linux下基于Qt／Embedded的設計。使用Qt／Embedded設計的微波信號發生器頻率切換時間達到了45 ms。單邊帶相位噪聲為-75 dBc／Hz，功率準確度為0.52 dB。其他指標也完全達到了設計的要求。 |
