陳旭紅，高文學(xué)

（1.湖北汽車工業(yè)學(xué)院，湖北 十堰 442002；2.陜西廣播電影電視局，陜西 延安 716000）

Qt/Embedded串口類的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

陳旭紅1，高文學(xué)2

（1.湖北汽車工業(yè)學(xué)院，湖北 十堰 442002；2.陜西廣播電影電視局，陜西 延安 716000）

針對(duì)Qt/Embedded類中沒有提供串口基礎(chǔ)類的現(xiàn)狀，研究了Qt/Embedded與串口信息交互的方法，并給出了Qt/Embedded串口類的實(shí)現(xiàn)及Qt/Embedded串口類在工業(yè)控制中的應(yīng)用實(shí)例。

Qt/Embedded；串口；信息交互

在工業(yè)控制項(xiàng)目當(dāng)中經(jīng)常使用Qt/Embedded類庫(kù)開發(fā)界面控制應(yīng)用程序，作為應(yīng)用控制端一般使用RS232總線與控制設(shè)備進(jìn)行通信，但是在Qt/ Embedded類庫(kù)中沒有提供串口的基礎(chǔ)類，這就需要在項(xiàng)目應(yīng)用中編寫基于Qt/Embedded的串口基礎(chǔ)類。本文對(duì)基于Qt/Embedded的串口基礎(chǔ)類進(jìn)行類定義及應(yīng)用測(cè)試。

1 Qt/Embedded簡(jiǎn)介［1］

Qt/Embedded是Trolltech公司開發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本，與X11版本的Qt在最大程度上接口兼容，采用幀緩存（framebuffer）作為底層圖形接口。Qt/Embedded類庫(kù)完全采用C++封裝，并且有著豐富的控件資源以及較好的可移植性，大范圍的Qt/Embedded API可用于多種開發(fā)項(xiàng)目。在工業(yè)控制項(xiàng)目當(dāng)中會(huì)使用大量的串口通信，但是Qt/ Embedded沒有提供與串口硬件的接口。

Qt/Embedded的底層圖形引擎基于 framebuffer。framebuffer是一種驅(qū)動(dòng)程序接口，它將顯示設(shè)備抽象為幀緩沖區(qū)。該驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)備文件一般是/dev/fb0、/dev/fb1等。對(duì)用戶而言，它和/dev下的其他設(shè)備沒有什么區(qū)別，用戶可以把framebuffer看成一塊內(nèi)存，既可以從這塊內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，也可以向其中寫入數(shù)據(jù)，而寫操作立即反應(yīng)在屏幕上。Qt/Embedded是 Qt的面向嵌入式應(yīng)用的簡(jiǎn)化版本，為運(yùn)行Qt/Embedded，嵌入式Linux內(nèi)核要支持framebuffer。

它包括一組完備的GUI類、操作系統(tǒng)封裝、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類、功能類和組合類。大部分Qt的應(yīng)用程序可以經(jīng)過簡(jiǎn)單的編譯與重設(shè)窗口大小移植到Qt/ Embedded。Qt/Embedded的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Qt/Embedded實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

從Qt/Embedded的結(jié)構(gòu)中可以看出，Qt/Embedded支持鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏和網(wǎng)絡(luò)等輸入輸出接口，但是不具有串口基礎(chǔ)類。

在Qt中，對(duì)象間通過信號(hào)和槽的機(jī)制實(shí)現(xiàn)彼此通信。信號(hào)/槽機(jī)制是Qt的核心機(jī)制，是一種高級(jí)接口，主要應(yīng)用于對(duì)象之間的通信。Qt的信號(hào)/槽機(jī)制獨(dú)立于標(biāo)準(zhǔn)的C/C++語(yǔ)言。在Qt中，從QObject或其子類（例如Qwidget）派生的類可擁有自己的信號(hào)和槽。當(dāng)對(duì)象改變其狀態(tài)時(shí)，信號(hào)就由該對(duì)象發(fā)射出去，從而實(shí)現(xiàn)了信息封裝，以確保對(duì)象被當(dāng)作軟件組件來使用。槽用于接收信號(hào)，體現(xiàn)為普通的對(duì)象成員函數(shù)的形式。槽和信號(hào)的連接由程序設(shè)計(jì)者完成，只有當(dāng)設(shè)計(jì)者利用connect（）將信號(hào)和槽連接起來后，信號(hào)和槽之間才會(huì)有上述的通信。信號(hào)和槽的機(jī)制使得各個(gè)對(duì)象之間的協(xié)同工作變得十分簡(jiǎn)單，在本串口類設(shè)計(jì)中就使用了Qt的信號(hào)和槽的機(jī)制（見3.3節(jié)）。

2 Qt/Embedded使用串口的方法

在Qt/Embedded 2.3.10在開發(fā)中使用Linux作為操作系統(tǒng)，Linux操作系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和硬件操作都具有很好的支持。

2.1 使用Qt/Embedded和C語(yǔ)言操作串口

Qt/Embedded對(duì)網(wǎng)絡(luò)具有良好的支持，而Linux下的C語(yǔ)言對(duì)網(wǎng)絡(luò)和硬件都有很好的支持，因此可以使用C語(yǔ)言建立TCP Server，Qt/Embedded使用網(wǎng)絡(luò)接口與TCP Server連接，通過C語(yǔ)言的串口操作來完成Qt/Embedded對(duì)串口的操作［2］。其操作結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

此方法比較復(fù)雜，需要定義內(nèi)部通信協(xié)議，故一般不使用這種方法。

2.2 使用Qt/Embedded直接操作

Qt/Embedded類庫(kù)完全采用C++封裝，但是支持使用Linux標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言類庫(kù)，可以在Qt/Embedded應(yīng)用程序中使用Linux標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言類庫(kù)對(duì)串口進(jìn)行操作。

圖2 Qt/Embedded操作結(jié)構(gòu)圖

3 串口類的設(shè)計(jì)

C語(yǔ)言對(duì)硬件的操作一般使用阻塞讀取和查詢的方法讀取數(shù)據(jù)，而在Qt/Embedded中使用信號(hào)與槽無(wú)阻塞操作。因此要在Qt/Embedded中高效的運(yùn)行程序，必須把對(duì)串口的操作設(shè)計(jì)成無(wú)阻塞操作［3］。在Qt的串口類設(shè)計(jì)中，串口傳輸?shù)牟铄e(cuò)控制由硬件來保證；而緩沖區(qū)的溢出根據(jù)應(yīng)用而定，當(dāng)檢測(cè)到緩沖不足時(shí)，按照一定的比例自動(dòng)增大緩沖區(qū)，從而避免了緩沖區(qū)溢出。

3.1 設(shè)計(jì)分析

要把串口類設(shè)計(jì)成無(wú)阻塞操作的類，就必須像Qt/Embedded中QSocket類一樣提供void QSocket:: readyRead（）信號(hào)供應(yīng)用程序使用，以讀取信息。為了類似實(shí)現(xiàn)void QSocket::readyRead（）信號(hào)，可以借助QSocketNotifier類。在Qt/Embedded 2.3.10版本中QSocketNotifier支持對(duì)所有套接字的回調(diào)，QSocketNotifier支持對(duì)設(shè)備的讀、寫和錯(cuò)誤狀態(tài)的回調(diào)。其原型為

3.2 類的定義

圖3 QSerialSt定義圖

為更加方便設(shè)置串口參數(shù)，定義了串口參數(shù)結(jié)構(gòu)體QSerialSt，QSerialSt定義如圖3所示。

QSerial類的結(jié)構(gòu)如圖4所示，串口配置主要由init（）函數(shù)傳遞的串口參數(shù)結(jié)構(gòu)體QSerialSt來完成。QSerial類的寫串口可以調(diào)用writeBlock（）函數(shù)，信息讀取可以使用readyRead（）信號(hào)。

圖4 QSerial類的結(jié)構(gòu)圖

3.3 類的實(shí)現(xiàn)

QSerial的構(gòu)造函數(shù)QSerial（）對(duì)變量進(jìn)行初始化，析構(gòu)函數(shù)～QSerial（）關(guān)閉套接字。串口的初始化主要工作流程圖如圖5所示。

圖5 串口的初始化主要工作流程圖

初始化成功后可以產(chǎn)生一個(gè)套接字，并返回一個(gè)正確碼。配置串口的過程主要有以下步驟。

1）調(diào)用openDev（）函數(shù)打開串口設(shè)備，設(shè)備名可以從參數(shù)傳遞，打開設(shè)備成功后進(jìn)行下一步，如果打開設(shè)備失敗返回錯(cuò)誤碼；

2）調(diào)用setSpeed（）函數(shù)設(shè)置串口波特率；

3）調(diào)用setParity函數(shù)設(shè)備奇偶校驗(yàn)，如果設(shè)置成功返回正確碼，如果不成功返回錯(cuò)誤碼。

信號(hào) readyRead（）由槽 dataRead（）觸發(fā)，而dataRead（）連接在QSocketNotifier上，當(dāng)設(shè)備有數(shù)據(jù)可讀時(shí)會(huì)回調(diào)dataRead（）函數(shù)讀取數(shù)據(jù)并觸發(fā)信號(hào)readyRead（），通知上層讀取數(shù)據(jù)。代碼如下：

4 應(yīng) 用

4.1 使用QSerial類的主要步驟

1）初始化QSerialSt結(jié)構(gòu)體，設(shè)置串口信息。

2）調(diào)用init（）函數(shù)傳遞初始化好的QSerialSt結(jié)構(gòu)體進(jìn)行串口設(shè)置，檢測(cè)返回值判斷初始化是否成功，并做相應(yīng)的處理。

3）初始化成功后調(diào)用setNotifier（）函數(shù)，設(shè)置串口回調(diào)函數(shù)。

4）連接QSerial類的readyRead（）信號(hào)，供應(yīng)用類讀取數(shù)據(jù)。

4.2 QSerial類應(yīng)用示例代碼

4.3 QSerial類應(yīng)用實(shí)例

圖6 車載顯示終端主界面

車載顯示終端中使用QSerial()串口類，完成了顯示終端與下位機(jī)通信的串口通信。圖6是車載顯示終端主界面，可以實(shí)現(xiàn)的工作主要包括：1）刷新數(shù)據(jù)顯示：需要刷新的數(shù)據(jù)包括速度、限速、信號(hào)機(jī)編號(hào)和類型、距信號(hào)機(jī)距離、時(shí)間等；2）刷新狀態(tài)指示顯示：包括當(dāng)前色燈以及屏幕右邊的各種狀態(tài)指示；3）刷新圖形顯示：根據(jù)當(dāng)前的數(shù)據(jù)，畫出前方4 km和后方1 km的速度、限速曲線以及平縱斷面和道橋隧等。4）車輛位置顯示：主界面左側(cè)約1/5處有一條垂直分割線，表示此處為當(dāng)前機(jī)車位置。

5 總 結(jié)

本文定義的QSerial類具有易于使用、占用較少的CPU資源、接口規(guī)范、串口配置過程簡(jiǎn)單和數(shù)據(jù)讀取容易等特點(diǎn)。QSerial類已在多個(gè)工業(yè)控制項(xiàng)目中使用，經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，QSerial類在Linux 2.6.21內(nèi)核和Qt/Embedded 2.3.10的環(huán)境下能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。

［1］QT2.3白皮書［EB/OL］.［2010-10-28］.http://www.trolltech.com.

［2］于明儉，陳向陽(yáng)，方 漢.LINUX程序設(shè)計(jì)權(quán)威指南［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［3］袁鵬飛.24小時(shí)學(xué)通qt編程［M］.北京：人民郵電出版社，2000.

Design and Application of Qt/Embedded Serial Port Class

Chen Xuhong1，Gao Wenxue2
（1.Hubei Automotive Industries Institute，Shiyan 442002，China；2.Radio Film&TV Bureau of Shaanxi Province，Yan’an 716000，China）

The information interaction between Qt/Embedded and serial port was studied.The serial port class was realized in Qt/Embedded.An applying example of the serial port class in the industrial control was given.

Qt/Embedded；serial port；information interaction

TN316.2

A

1008-5483（2010）04-0051-03

10.3969/j.issn.1008-5483.2010.04.013

2010-10-28

陳旭紅（1970-），男，湖北應(yīng)城人，碩士，從事電子技術(shù)方面的研究。