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基于GPL(General Public License)架構(gòu)之下的Linux，具有硬件需求低，架構(gòu)開放，系統(tǒng)穩(wěn)定，保密性好等特點(diǎn)，嵌入式Linux的這些優(yōu)點(diǎn)正好符合工控領(lǐng)域安全性，穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)性和易維護(hù)等要求。另外，嵌入式Linux操作系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分就是圖形用戶界面GUl(Graphic User Interface)。風(fēng)電控制系統(tǒng)中人機(jī)界面功能復(fù)雜，種類繁多，其性能的好壞主要取決于圖形功能的設(shè)計(jì)。利用Qt/Embedded(簡稱qte)開發(fā)的GUI，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視，控制，管理等功能。 1 控制界面的圖形化設(shè)計(jì) 在風(fēng)電控制界面設(shè)計(jì)中，對(duì)用戶特征分析十分重要，用戶一般是受過訓(xùn)練的，經(jīng)常使用計(jì)算機(jī)而且有相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的非程序員用戶。其人機(jī)界面開發(fā)中應(yīng)考慮以下幾方面： (1)安全性：設(shè)定操作員級(jí)別，使畫面顯示，執(zhí)行和操作根據(jù)權(quán)限的不同而有區(qū)別。 (2)順序原則：信息分層，增強(qiáng)可讀，集成一致性。 (3)圖形系統(tǒng)：完成特定圖形的輸入，顯示和操作。 (4)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的操作：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)能在限定的時(shí)間內(nèi)給予顯示，通過畫面方便的在線調(diào)節(jié)和設(shè)定一些參數(shù)。如風(fēng)電中風(fēng)速顯示，葉輪的轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)等。 (5)先進(jìn)的報(bào)警系統(tǒng)。 眾多的自動(dòng)化控制設(shè)備，如微機(jī)調(diào)速器以及微機(jī)測(cè)量儀表等它們采用小體積的Flash或ROM，處理器性能相對(duì)較弱，它們適合用嵌入式GUI來完成人機(jī)交互的操作。嵌入式Linux系統(tǒng)的有代表性的GUI系統(tǒng)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(tǒng)本身對(duì)庫的健壯性，穩(wěn)定性要求比較高，用qte能設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的圖形界面，并且能和其它C++程序互相調(diào)用。 2 開發(fā)過程 開發(fā)使用的硬件平臺(tái)為H9200F系統(tǒng)主板，它是基于嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)的開發(fā)套件。系統(tǒng)的核心是32位ARM920T核的高速ARM處理器AT91RM9200，移植了Uboot，設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序包括觸摸屏驅(qū)動(dòng)和unux-2.4.27的內(nèi)核，交叉編譯工具為cross-2．95．3。 2．1 建立交叉編譯環(huán)境 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)屬于跨平臺(tái)開發(fā)，因?yàn)榍度胧皆O(shè)備所用的CPU和Pc機(jī)上的CPU有著不同的架構(gòu)，需要一個(gè)交義開發(fā)環(huán)境在PC機(jī)上編譯出適用于嵌入式設(shè)備CPU架構(gòu)的軟件。用來開發(fā)的計(jì)算機(jī)一般稱為宿主機(jī)(X86)，它運(yùn)行Linux程序；嵌入式設(shè)備稱為目標(biāo)機(jī)，一般就是目標(biāo)板(arm)，所以我們必須配置兩套開發(fā)環(huán)境((for ARM和for X86)。如圖1為完整的嵌入式Qt程序開發(fā)流程。 
圖1 嵌入式Qt交叉編譯開發(fā)過程 從網(wǎng)上下載免費(fèi)的Qt/Embedded開發(fā)包，本系統(tǒng)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(jī)上。在qte的安裝過程中，研究了以下幾個(gè)問題： (1)．/configure后的命令指定Qt嵌入式開發(fā)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(yīng)用是在UNIX/Linux平臺(tái)下開發(fā)的話，那么qvfb就可以在機(jī)器上以一個(gè)獨(dú)立的控制臺(tái)或者虛擬緩沖幀的方式來運(yùn)行，通過指定顯示設(shè)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(shè)備在每個(gè)像素卜保持一致。這樣每次調(diào)試應(yīng)用時(shí)開發(fā)人員就不用總是刷新嵌入式設(shè)備的FLASH存儲(chǔ)空間。從而加速了應(yīng)用的編譯、鏈接和運(yùn)行周期。 (2)安裝完成后為保證每次運(yùn)行程序的路徑都足正確的，需要修改個(gè)人設(shè)定文檔中的~/.bashrc文件或者~/.bash_profile或者系統(tǒng)路徑文件，在文檔中加入幾個(gè)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(shè)定。 (3)運(yùn)行qvfb，若無法找到輸入設(shè)備，如顯示/dev下沒有fb0設(shè)備，則列臨時(shí)文件夾/tmp下刪除相應(yīng)的文件；如果是缺少字庫，則將系統(tǒng)里的字庫拷貝到QTDIR/lib下，最后必須保證環(huán)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(biāo)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(jìn)制文件復(fù)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(fā)的實(shí)際需求可以增減Qt庫的大小。qte開發(fā)包有5種編譯范圍的選項(xiàng)，使用這些選項(xiàng)，可控制Qt生成的庫文件的大小。每個(gè)選項(xiàng)都對(duì)應(yīng)在$QTDIR/src/tools/的．h(標(biāo)頭檔)文件里.Tmlltech把這些標(biāo)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(jù)實(shí)際定義Qt的特征，把在sre/tools/中所不需要的項(xiàng)目用QT_NO_記錄下來創(chuàng)造一個(gè)自定義標(biāo)頭檔，但是還要注意項(xiàng)目之間功能的相依性問題。 最后，執(zhí)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(fā)板中的某個(gè)目錄下。 2．2 Qt/Embedded開發(fā)程序過程 Qt/Embedded的開發(fā)有兩種方式，一種是圖形編程方式，一種是傳統(tǒng)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(huì)涉及到Qt的元對(duì)象系統(tǒng)。Qt的一個(gè)主要成就就是使用了一個(gè)機(jī)制擴(kuò)展了c++并且可以創(chuàng)建獨(dú)立的軟件組件。這種機(jī)制被稱為元對(duì)象系統(tǒng)，它有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：信號(hào)和槽，以及內(nèi)省(introspection)。內(nèi)省功能是實(shí)現(xiàn)信號(hào)和槽的基礎(chǔ)，它允許程序員在運(yùn)行時(shí)獲得有關(guān)QObject子類的“元信息”，包含對(duì)象的類名以及它所支持的信號(hào)和槽的列表。但是標(biāo)準(zhǔn)的c++沒有對(duì)Qt元對(duì)象系統(tǒng)提供支持。Qt通過提供一個(gè)獨(dú)立的工具moc來解析Q_OBJECT類定義。moc使用純c++來實(shí)現(xiàn)它所有功能，所以Qt的元對(duì)象系統(tǒng)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(fā) 這是一種所見即所得的方式。啟動(dòng)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(gè)C++源文件)。雙擊窗體啟動(dòng)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(shù)．Qt Designer會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)到在代碼中已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)新槽，并且Uic(User Interface Compiler)會(huì)在窗體的類定義中自動(dòng)生成正確的函數(shù)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(fēng)電控制系統(tǒng)中為了設(shè)定用戶級(jí)別，對(duì)信息進(jìn)行安全管理和根據(jù)權(quán)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(gè)界面是用Qt Designer開發(fā)的，它們進(jìn)行切換的功能就可以在代碼編輯器中蓖寫accept ()函數(shù)實(shí)現(xiàn)，即：Login1的對(duì)象->hide0；Login2的對(duì)象->show0, * 編寫程序開發(fā) 這是一般程序員開發(fā)程序時(shí)所用的方式。在控制界面中，需要使用很多圖元和圖標(biāo)，系統(tǒng)應(yīng)該有圖庫集和能調(diào)入圖形的擴(kuò)展接口。或者是有自己建立的基本圖元。Qt中有很多為應(yīng)用程序提供圖片的方法。常用的有： (1)在運(yùn)行時(shí)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?yàn)閄MP文件也是有效的C++文件) (3)使用Qt的圖片集機(jī)制。 圖片集方法比在運(yùn)行的時(shí)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(gè)圖標(biāo)Item 3打開表格處理程序?yàn)椋?br />
圖4 桌面系統(tǒng) void desktop::iconView() { QIconView *qiconview=new QIconView(this)；//定義按鈕類對(duì)象 ⋯//對(duì)象的屬性設(shè)定 QIconViewItem *itemX：new QIconViewItem(qiconview, QString("Item X"))； //定義各個(gè)按鈕 ⋯//按鈕屬性(setRenameEnabled()，setPixmap()等) QObject::connect(qiconview，SIGNAL(doubleClicked(QIconViewItem *)),this,SLOT(itemClicked(QIconViewItem *)))；//按鈕信號(hào)與槽的設(shè)定 ⋯//鼠標(biāo)移動(dòng)按鈕的監(jiān)聽} void desktop::itemClicked(QIconViewItem *item)//按鈕按下的槽函數(shù) {int id=item->index()； switch(id){ case 0-2：{...//其他應(yīng)用程序}break； case 3：{表格程序的對(duì)象base； base->show0； base的屬性設(shè)定；}break；⋯} 2．3 將程序發(fā)布到目標(biāo)板上 將開發(fā)好的Qt/Embedded程序用交叉編譯工具重新編譯成可執(zhí)行文件，生成二進(jìn)制目標(biāo)可執(zhí)行代碼，再將嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)掛載到Linux宿主機(jī)的共享分區(qū)，讓qte程序直接運(yùn)行在嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試成功以后，就可以把程序同化到系統(tǒng)的FLASH存儲(chǔ)器中。如果需要程序開機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，可以編輯啟動(dòng)時(shí)的執(zhí)行文件/usr/etc/rc.local，將啟動(dòng)運(yùn)行的程序路徑及文件名添加到這里，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的程序自動(dòng)運(yùn)行。 3 結(jié)束語 桌面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)的載入，文字編輯，表格處理和屏幕鍵盤等基礎(chǔ)功能，為開發(fā)風(fēng)力發(fā)電組態(tài)軟件提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：1．以設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電控制臺(tái)人機(jī)交互界面為前提，以用戶需求結(jié)合qte特點(diǎn)來開發(fā)嵌入式GUI。2．對(duì)qte安裝和編程上的技術(shù)問題做了詳細(xì)分析，提出精簡qte的方法。 作者：趙瑩，徐大平，呂躍剛 來源：《微計(jì)算機(jī)信息》(嵌入式與SOC)2009年第4-2期 |
