基于Qt/Embedded的嵌入式控制界面是怎样开发的？

　　基于GPL（General Public License）架构之下的Linux，具有硬件需求低，架构开放，系统稳定，保密性好等特点，嵌入式Linux的这些优点正好符合工控领域安全性，稳定性，实时性和易维护等要求。另外，嵌入式Linux操作系统中一个重要的组成部分就是图形用户界面GUl（Graphic User Interface）。风电控制系统中人机界面功能复杂，种类繁多，其性能的好坏主要取决于图形功能的设计。利用Qt/Embedded（简称qte）开发的GUI，能实现系统的监视，控制，管理等功能。
　　1 控制界面的图形化设计
　　在风电控制界面设计中，对用户特征分析十分重要，用户一般是受过训练的，经常使用计算机而且有相当经验的非程序员用户。其人机界面开发中应考虑以下几方面：
　　（1）安全性：设定操作员级别，使画面显示，执行和操作根据权限的不同而有区别。
　　（2）顺序原则：信息分层，增强可读，集成一致性。
　　（3）图形系统：完成特定图形的输入，显示和操作。
　　（4）实时数据的操作：对现场采集的数据能在限定的时间内给予显示，通过画面方便的在线调节和设定一些参数。如风电中风速显示，叶轮的转角调节等。
　　（5）先进的报警系统。
　　众多的自动化控制设备，如微机调速器以及微机测量仪表等它们采用小体积的Flash或ROM，处理器性能相对较弱，它们适合用嵌入式GUI来完成人机交互的操作。嵌入式Linux系统的有代表性的GUI系统主要有MiniGUI、Microwindows、TinyX以及Qt/Embedded。很多工控软件是使用c++语言编写的，而且系统本身对库的健壮性，稳定性要求比较高，用qte能设计出优秀的图形界面，并且能和其它C++程序互相调用。
　　2 开发过程
　　开发使用的硬件平台为H9200F系统主板，它是基于嵌入式工业控制系统的开发套件。系统的核心是32位ARM920T核的高速ARM处理器AT91RM9200，移植了Uboot，设备的驱动程序包括触摸屏驱动和unux-2.4.27的内核，交叉编译工具为cross-2．95．3。
　　2．1 建立交叉编译环境
　　嵌入式系统应用软件的开发属于跨平台开发，因为嵌入式设备所用的CPU和Pc机上的CPU有着不同的架构，需要一个交义开发环境在PC机上编译出适用于嵌入式设备CPU架构的软件。用来开发的计算机一般称为宿主机（X86），它运行Linux程序；嵌入式设备称为目标机，一般就是目标板（arm），所以我们必须配置两套开发环境（（for ARM和for X86）。如图1为完整的嵌入式Qt程序开发流程。
　　
　　图1 嵌入式Qt交叉编译开发过程
　　从网上下载免费的Qt/Embedded开发包，本系统采用qte3.3.4的版本：qt-embedded-free-3.3.4.tar.gz，qt-x11-free-3.3.4.tar.gz。其软件包中自带了qmake，可以生成工程文件和Makefile文件。
　　* 将压缩包解压后安装在主机上。在qte的安装过程中，研究了以下几个问题：
　　（1）．/configure后的命令指定Qt嵌入式开发包能否生成虚拟缓冲帧工具qvfb，支持的显示颜色深度，支持的图形种类等。如果qte的应用是在UNIX/Linux平台下开发的话，那么qvfb就可以在机器上以一个独立的控制台或者虚拟缓冲帧的方式来运行，通过指定显示设备的宽度，高度和颜色深度，虚拟出来的缓冲帧将和物理的显示设备在每个像素卜保持一致。这样每次调试应用时开发人员就不用总是刷新嵌入式设备的FLASH存储空间。从而加速了应用的编译、链接和运行周期。
　　（2）安装完成后为保证每次运行程序的路径都足正确的，需要修改个人设定文档中的~/.bashrc文件或者~/.bash_profile或者系统路径文件，在文档中加入几个路径变量，特别是QTEDIR=qte安装路径，QTDIR=qte安装路径和qte的lib文件路径的设定。
　　（3）运行qvfb，若无法找到输入设备，如显示/dev下没有fb0设备，则列临时文件夹/tmp下删除相应的文件；如果是缺少字库，则将系统里的字库拷贝到QTDIR/lib下，最后必须保证环境变量PATH能搜寻到qvtb命令。
　　* 第二步是在交义编译的目录下重新安装能编译目标板arm程序的qte。
　　首先在交叉编泽目录下重新解压qt-embedded-free-3.3.4.tar.gz，将X86的QTEDIR/bin文件罩的moc和uic二进制文件复制到交义编译的目录下的bin文件夹里。然后配置交叉编译工具（如qmake），修改．conf文件，指定文件的编译器为安装的交叉编译工具，即QMAKE_CC，QMAKE_CXX，QMAKE_LINK，QMAKE_LINK_SHLIB所用的工具。
　　精简Qt就在于make命令，按开发的实际需求可以增减Qt库的大小。qte开发包有5种编译范围的选项，使用这些选项，可控制Qt生成的库文件的大小。每个选项都对应在$QTDIR/src/tools/的．h（标头档）文件里.Tmlltech把这些标头档定义为“Feature Definition Files”（特征定义档）。除厂使用已有的五种定义外，也可以根据实际定义Qt的特征，把在sre/tools/中所不需要的项目用QT_NO_记录下来创造一个自定义标头档，但是还要注意项目之间功能的相依性问题。
　　最后，执行strip命令：#strip -R．note -R．comment $QTDIR/lib/lihqte．so*。将交叉编译好的Qt库libqte．so*下载到开发板中的某个目录下。
　　2．2 Qt/Embedded开发程序过程
　　Qt/Embedded的开发有两种方式，一种是图形编程方式，一种是传统的代码编程方式。不论是使用图形界面编程还是直接写代码。都会涉及到Qt的元对象系统。Qt的一个主要成就就是使用了一个机制扩展了c++并且可以创建独立的软件组件。这种机制被称为元对象系统，它有两个关键技术：信号和槽，以及内省（introspection）。内省功能是实现信号和槽的基础，它允许程序员在运行时获得有关QObject子类的“元信息”，包含对象的类名以及它所支持的信号和槽的列表。但是标准的c++没有对Qt元对象系统提供支持。Qt通过提供一个独立的工具moc来解析Q_OBJECT类定义。moc使用纯c++来实现它所有功能，所以Qt的元对象系统可以在任意C++编译器上工作。
　　
　　图2 Qt/Embedded编程过程
　　* 利用Qt Designer开发
　　这是一种所见即所得的方式。启动Qt图形编辑器，编辑GUI界，保存后得到．ui文件。在Qt Designer的代码编辑器里输入的代码保存为file．ui．h文件（一个C++源文件）。双击窗体启动Qt Designer的代码编辑器，可以添加所制窗口的一些额外功能。比如添加新的槽函数．Qt Designer会自动监测到在代码中已经创建了一个新槽，并且Uic（User Interface Compiler）会在窗体的类定义中自动生成正确的函数声明。在Qt中，uic是从XML文件生成代码的用户编辑器，用来将fiie．ui文件生成file．h和file．cpp文件。
　　在风电控制系统中为了设定用户级别，对信息进行安全管理和根据权限而限制操作范围，一般需要有用户登录管理，如：
　　
　　图3 用户管理界面
　　两个界面是用Qt Designer开发的，它们进行切换的功能就可以在代码编辑器中蓖写accept （）函数实现，即：Login1的对象-》hide0；Login2的对象-》show0，
　　* 编写程序开发
　　这是一般程序员开发程序时所用的方式。在控制界面中，需要使用很多图元和图标，系统应该有图库集和能调入图形的扩展接口。或者是有自己建立的基本图元。Qt中有很多为应用程序提供图片的方法。常用的有：
　　（1）在运行时候把图片保存到文件中并且载人它们；
　　（2）在源文件中包含XMP文件（因为XMP文件也是有效的C++文件）
　　（3）使用Qt的图片集机制。
　　图片集方法比在运行的时候载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。这些图片被存放在源代码树中名为images的子目录下。
　　程序中继承QMainWindow（）类编写桌面，采用Qt的布局管理器QGridLayout（）．QVBoxLayout（）和QHBoxLayout（），在桌面上双击第三个图标Item 3打开表格处理程序为：
　　
　　图4 桌面系统
　　void desktop：：iconView（）
　　{ QIconView *qiconview=new QIconView（this）；//定义按钮类对象
　　⋯//对象的属性设定
　　QIconViewItem *itemX：new QIconViewItem（qiconview， QString（“Item X”））； //定义各个按钮
　　⋯//按钮属性（setRenameEnabled（），setPixmap（）等）
　　QObject：：connect（qiconview，SIGNAL（doubleClicked（QIconViewItem *）），this，SLOT（itemClicked（QIconViewItem *）））；//按钮信号与槽的设定
　　⋯//鼠标移动按钮的监听}
　　void desktop：：itemClicked（QIconViewItem *item）//按钮按下的槽函数
　　{int id=item-》index（）；
　　switch（id）{
　　case 0-2：{。。。//其他应用程序}break；
　　case 3：{表格程序的对象base；
　　base-》show0；
　　base的属性设定；}break；⋯}
　　2．3 将程序发布到目标板上
　　将开发好的Qt/Embedded程序用交叉编译工具重新编译成可执行文件，生成二进制目标可执行代码，再将嵌入式目标系统挂载到Linux宿主机的共享分区，让qte程序直接运行在嵌入式目标系统，并进行调试。调试成功以后，就可以把程序同化到系统的FLASH存储器中。如果需要程序开机自动运行，可以编辑启动时的执行文件/usr/etc/rc.local，将启动运行的程序路径及文件名添加到这里，就可以实现系统启动时的程序自动运行。
　　3 结束语
　　桌面系统实现了图像数据的载入，文字编辑，表格处理和屏幕键盘等基础功能，为开发风力发电组态软件提供了一个很好的平台。本文的创新点在于：1．以设计风力发电控制台人机交互界面为前提，以用户需求结合qte特点来开发嵌入式GUI。2．对qte安装和编程上的技术问题做了详细分析，提出精简qte的方法。