謝 芬，潘 麗，劉守印

（華中師范大學(xué) 湖北 武漢 430079）

隨著對(duì)嵌入式系統(tǒng)體積小型化和操作人性化的要求，以及大尺寸觸摸式顯示屏的廣泛應(yīng)用，在嵌入式系統(tǒng)中采用軟鍵盤實(shí)現(xiàn)字符的輸入，已經(jīng)成為目前的發(fā)展主流。QT是一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形界面庫(kù)[1]，是由挪威TrollTech公司推出的產(chǎn)品。它采用的是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，因此，具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性，同時(shí)支持多個(gè)GUI平臺(tái)的交互開發(fā)。QT采用了良好的封裝機(jī)制，使得它的模塊化程度非常高，可重用性好，開發(fā)方便。憑借其良好的性能，QT已成為目前GUI開發(fā)中使用最為廣泛的圖形界面庫(kù)之一。QT/E（QT/Embedded）是用于嵌入式系統(tǒng)的QT版本。QT/E去掉了對(duì)XLib的依賴而直接工作于Frame Buffer上，因而效率更高，文中主要使用QT4.5.3版本，在嵌入式Linux環(huán)境[2]下實(shí)現(xiàn)軟鍵盤設(shè)計(jì)。

1 QT/E體系結(jié)構(gòu)

QT/E是2001年Trolltech公司開發(fā)的一款面向嵌入式系統(tǒng)的QT版本。它采用輕量級(jí)窗口系統(tǒng)，完全摒棄了底層的XLib，以Framebuffer作為底層圖形接口，極大地減少了對(duì)內(nèi)存的消耗。QT/E在上層仍然保持著原來的QT架構(gòu)，因此，針對(duì)在Xwindow上設(shè)計(jì)的QT程序仍然具有很好的移植性。QT/E的基本體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）QT/E體系結(jié)構(gòu)[3]中的圖形引擎是通過相關(guān)的圖形算法和Framebuffer操作底層的硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的；事件驅(qū)動(dòng)則是通過底層的輸入輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)外界事件的響應(yīng)。

2）如圖1所示，由圖形引擎層實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形界面的繪圖操作，然后由QT基本類提供對(duì)外界的操作接口。其中，圖形類提供圖形操作接口，比如：畫線、畫矩形等；控件類通過繼承公共抽象類QWidget來實(shí)現(xiàn)基本的控件，為外界提供接口。

圖1 QT/E體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure diagram of QT/E

2 QT/E通信機(jī)制

在圖形界面編程時(shí)，我們經(jīng)常要實(shí)現(xiàn)界面之間的相互切換或者相互通知，更具體的來說就是需要實(shí)現(xiàn)類與類之間的相互通信。比如，在軟鍵盤的設(shè)計(jì)中，當(dāng)一個(gè)事件產(chǎn)生時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)。信號(hào)和槽（Signal&slot）機(jī)制[4-5]是QT的核心特征，在QT庫(kù)中有很多已經(jīng)設(shè)置好的信號(hào)，比如：clicked（）、triggered（）等，開發(fā)人員也可以根據(jù)需要來自定義某些信號(hào)。事件的響應(yīng)對(duì)應(yīng)著QT窗口里的槽函數(shù)，和信號(hào)類似，系統(tǒng)有很多預(yù)定義的槽，比如 exit（ ）、quit（ ）等，用戶也可以根據(jù)需要來添加自己的槽函數(shù)。

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 （emit）出去，這就是對(duì)象所要做的全部事情，它不知道另一端是誰在接收這個(gè)信號(hào)。這就是真正的信息封裝，它確保對(duì)象被當(dāng)作一個(gè)真正的軟件組件來使用。槽用于接收信號(hào)，但它們是普通的對(duì)象成員函數(shù)。一個(gè)槽并不知道是否有任何信號(hào)與自己相連接。而且，對(duì)象并不了解具體的通信機(jī)制?？梢詫⒑芏嘈盘?hào)與單個(gè)槽進(jìn)行連接，也可以將單個(gè)信號(hào)與很多槽進(jìn)行連接，甚至于將一個(gè)信號(hào)與另外一個(gè)信號(hào)相連接也是可能的。

因此，整個(gè)QT窗口的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活且擴(kuò)展性好。信號(hào)與槽之間的鏈接一般用connect（）函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，具體關(guān)聯(lián)方式和實(shí)現(xiàn)函數(shù)如圖2所示：

圖2 信號(hào)與槽連接關(guān)系圖Fig.2 Connect diagram between signal and slot

3 基于QT/E軟鍵盤的實(shí)現(xiàn)

文中主要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需要，在軟鍵盤上制定了數(shù)字鍵、字母鍵、退出鍵和確定鍵。具體分兩步實(shí)現(xiàn)，第一步：在基于linux環(huán)境的PC機(jī)上制定軟鍵盤，并編寫代碼實(shí)現(xiàn)其按鍵功能；第二步：生成能夠在ARM板上運(yùn)行的代碼，并移植到ARM板上。

3.1 PC機(jī)x11環(huán)境下制定軟鍵盤的模型

根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求，在PC機(jī)x11/QT環(huán)境下設(shè)計(jì)了軟鍵盤界面，該軟鍵盤具有數(shù)字鍵、字母鍵、退出鍵和確定鍵，總共42個(gè)按鍵，如圖3所示。在linux環(huán)境的QT designer下，創(chuàng)建新的widget，然后根據(jù)項(xiàng)目中所需要的按鍵個(gè)數(shù)來確定軟鍵盤的大小，在此，選擇軟鍵盤的外框大小為：540×160。軟鍵盤外框搭建完成之后，需要在軟鍵盤區(qū)域內(nèi)加入實(shí)際所需要的按鍵。將Widget Box下Buttons選項(xiàng)中的PushButton按鍵拖入到軟鍵盤區(qū)域內(nèi)，在PushButton按鍵屬性的文本編輯中填入按鍵值，比如“1”。在PushButton按鍵屬性的名字編輯中填入按鍵名，比如“n1”。

同理，在軟鍵盤區(qū)域內(nèi)拖入實(shí)際所需要按鍵個(gè)數(shù)的按鍵，根據(jù)所需要的鍵值修改每個(gè)按鍵上面的文本屬性和名字屬性。按照一般鍵盤的布局對(duì)它們進(jìn)行排列：

圖3 x11環(huán)境下軟鍵盤排列圖Fig.3 Soft keyboard array diagram in xll

3.2 軟鍵盤實(shí)現(xiàn)

如圖3所示，首先建立了足項(xiàng)目要求的軟鍵盤的基本模型，接下來要實(shí)現(xiàn)的就是當(dāng)按鍵響應(yīng)時(shí)能夠讀出鍵盤值并將其發(fā)送出去，具體實(shí)現(xiàn)的流程如圖4所示。

圖4 軟鍵盤實(shí)現(xiàn)代碼流程圖Fig.4 Flow chart of soft keyboard code

圖4中，初始化按鍵時(shí)，可以使用QSignalMapper類[6]來捆綁不同按鍵所發(fā)送的一系列無參數(shù)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)為有參數(shù)的信號(hào)：

QSignalMapper的主要應(yīng)用為可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)響應(yīng)不同按鈕的功能，下面舉例來說明圖4的具體實(shí)現(xiàn)過程：

首先設(shè)置軟鍵盤界面名稱為ui，然后以數(shù)字鍵“1”為例：將在圖3中數(shù)字鍵1對(duì)應(yīng)的按鍵名稱設(shè)為：n1，在圖4中的第（1）步中，建立鍵值“1”所對(duì)應(yīng)的映射，代碼如下：

mapper->setMapping（ui.n1，"1"）；

接著，在圖4中的第（2）步，需要建立鍵值clicked對(duì)應(yīng)的信號(hào)與槽之間的關(guān)系代碼如下：

最后，將所需要用到的字母或者數(shù)字通過上述方式連接到槽函數(shù)中。如圖4中的（3），將這些所要求得到的字母或者數(shù)字發(fā)送給焦點(diǎn)控件，代碼如下：

上面語句中sendcontent（）函數(shù)為發(fā)射子函數(shù)，具體代碼如下：

語句（1）將焦點(diǎn)控件內(nèi)的字母和數(shù)字發(fā)送出去，語句（2）清除發(fā)送框中的字母和數(shù)字，供下一次使用。

可以采用同樣的方式，對(duì)軟鍵盤中其它的按鍵進(jìn)行映射函數(shù)和連接函數(shù)的編寫，然后在arm-linux-gcc環(huán)境下編譯，生成可以在arm板上運(yùn)行的二進(jìn)制文件。

3.3 下載到目標(biāo)板上運(yùn)行

本文的設(shè)計(jì)思路是：先將程序代碼在PC機(jī)上調(diào)試通過，然后將調(diào)試通過的程序代碼在RAM-linux-gcc環(huán)境下進(jìn)行編譯，生成可以在RAM板上運(yùn)行的二進(jìn)制文件，最后將此二進(jìn)制文件下載到目標(biāo)板中。本文的前提是QT4.5.3環(huán)境已經(jīng)移植到開發(fā)板上，具體移植步驟[7]在這里不作介紹。在終端上面，運(yùn)行啟動(dòng)軟鍵盤指令，命令行后面加上“-qws”指令，運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。

圖5 目標(biāo)板上實(shí)現(xiàn)的軟鍵盤Fig.5 Soft keyboard design in the ARM board

圖5是在實(shí)際項(xiàng)目中需要的預(yù)設(shè)手機(jī)號(hào)碼的界面，在系統(tǒng)運(yùn)行前要先設(shè)置手機(jī)號(hào)碼，以便系統(tǒng)故障時(shí)能夠自動(dòng)的給對(duì)應(yīng)的手機(jī)用戶發(fā)送預(yù)警信息，使用戶能夠?qū)崟r(shí)的了解自己系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。在該界面中，準(zhǔn)備預(yù)設(shè)手機(jī)號(hào)碼時(shí)，直接選擇打開軟鍵盤按鈕，圖3所示的預(yù)制的軟鍵盤會(huì)彈出界面，選擇要求預(yù)設(shè)的手機(jī)號(hào)碼值，完成之后選擇exit按鍵，軟鍵盤關(guān)閉。在此就可以用圖5所示的軟鍵盤完成手機(jī)號(hào)碼的預(yù)設(shè)。

4 結(jié)束語

隨著Linux操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用以及人們對(duì)GUI人機(jī)交互界面的更多需求，本文在linux操作系統(tǒng)的QT開發(fā)套件下，分析了軟鍵盤實(shí)現(xiàn)的原理，并完成了軟鍵盤的設(shè)計(jì)。此軟件盤可以根據(jù)用戶的要求來添加按鍵，與外部接入實(shí)體鍵盤相比，不僅便利，還節(jié)約成本。通過實(shí)踐證明此軟鍵盤具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，可以廣泛的應(yīng)用于各種QT界面中。

[1]丁林松，黃麗琴.QT4圖形設(shè)計(jì)與嵌入式開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]陳樂，唐波，盧力.嵌入式環(huán)境下串行幀通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（23）：60-62.

CHEN Le，TANG Bo，LU Li.Design and implementation of serial frame communication in embedded environment[J].Modern Electronic Technique，2010（23）：60-62.

[3]倪繼利.Qt及Linux操作系統(tǒng)窗口設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[4]唐新華QT的信號(hào)與槽機(jī)制介紹 [EB/OL].[2005-09-20].http：//www.ibm.com/developerworks/cn/linux/guitoolkit/qt/signal-slot/.

[5]吳岳.Linux C程序設(shè)計(jì)大全 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[6]成潔，盧紫毅.Linux窗口程序設(shè)計(jì)—Qt4精彩實(shí)例分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[7]段昌平.Mini2440下移植QT4.4.3[EB/OL].[2009-04-06].http：//duanyuxue.blog.163.com/blog/static/437315192009361124 36766/.