半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的嵌入式GUI開發(fā)

　　Linux在臺(tái)式機(jī)上的成功，使大家看到了Linux在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中的輝煌應(yīng)用前景。嵌入式Linux具有源碼開放、硬件需求低、軟件模塊化、可隨意配置免許可、可移植等特點(diǎn)，符合工控領(lǐng)域可靠性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性等要求。Qt是奇趣(Trolltech)公司開發(fā)的一套跨平臺(tái)的應(yīng)用程序開發(fā)框架，擁有直觀、強(qiáng)大的API接口和C++類庫，2000年發(fā)布的Qt/Embedded Linux版本可用于Linux嵌入式設(shè)備，Qt/Embedded Linux提供了自己的窗口系統(tǒng)，并且可以作為X11的輕量級(jí)替代產(chǎn)品。半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、耗電少、效率高等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新穎的激光光源，已經(jīng)廣泛用于軍事、醫(yī)療、通信、工業(yè)等領(lǐng)域，如激光通信、激光雷達(dá)、激光手術(shù)、激光焊接。半導(dǎo)體激光器的特性受驅(qū)動(dòng)電流和溫度的影響，閾值電流隨溫度的升高而增大，當(dāng)達(dá)到閾值電流時(shí)輸出光功率隨注入電流成線性變化，相同注入電流在不同溫度下的輸出光功率也不同，溫度的變化也會(huì)引起中心波長的漂移，所以，半導(dǎo)體激光器的控制包括對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的控制和工作溫度的控制。半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的控制方法多樣，利用Qt/Embedded開發(fā)的嵌入式圖形用戶界面能夠方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。

　　1開發(fā)環(huán)境的搭建

　　半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的控制核心處理器采用Sitare系列ARM處理器AM3354，其最高運(yùn)行頻率可達(dá)800 MHz，集成了基于ARM Cortex A8的微處理器單元(MPU)，POWERVR SGXTM圖形加速器，可編程實(shí)時(shí)單元和工業(yè)用通信子系統(tǒng)，保證系統(tǒng)在低功耗運(yùn)行的同時(shí)擁有高性能。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，外接256 MB的SDRAM和2 GB的NANDFLASH;電源管理芯片TPS65217用于處理器的電源管理，它能提供靈活的加電和斷電時(shí)序并擁有電源正常輸出、按鈕監(jiān)視器等附加功能;外接7寸LCD液晶顯示觸摸屏，處理器內(nèi)的LCD控制器集成了LCD接口顯示驅(qū)動(dòng)器控制器，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后可直接連接LCD模塊;AM3354處理器最多可支持6個(gè)UART，系統(tǒng)通過串口與LD驅(qū)動(dòng)源連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

　　圖1 LD驅(qū)動(dòng)源控制硬件結(jié)構(gòu)圖

　　嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)屬于跨平臺(tái)開發(fā)，由于目標(biāo)機(jī)CPU和宿主機(jī)CPU擁有不同的架構(gòu)，需要構(gòu)建一個(gè)交叉編譯環(huán)境，使在宿主機(jī)上開發(fā)出來的程序經(jīng)過交叉編譯后能夠在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。用來開發(fā)的計(jì)算機(jī)稱為宿主機(jī)，一般運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)。嵌入式設(shè)備屬于目標(biāo)機(jī)。這里使用的宿主機(jī)為安裝了Ubuntu操作系統(tǒng)的X86計(jì)算機(jī)(Ubuntu是一個(gè)以桌面應(yīng)用為主的Linux操作系統(tǒng))，目標(biāo)機(jī)為AM3354為處理器的嵌入式主板，操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux.由于Qt /Embedded和Qt/X11有一樣的API，在開發(fā)嵌入式環(huán)境的應(yīng)用程序時(shí)，可以先在帶Qt/X11庫的宿主機(jī)上開發(fā)。

　　在此安裝的交叉編譯器版本為arm-linux-gcc-4.4.3，支持硬浮點(diǎn)運(yùn)算。解壓到某一目錄下，在系統(tǒng)啟動(dòng)文件/etc/profile設(shè)置交叉編譯器環(huán)境變量，最后導(dǎo)入環(huán)境變量，#arm-linux-gcc-v命令可以查看編譯器是否添加成功。安裝嵌入式Qt應(yīng)用程序開發(fā)庫，解壓Qt/Embedded庫到相應(yīng)目錄下并編譯。在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，要正確設(shè)置環(huán)境變量，以使應(yīng)該程序能正確調(diào)用安裝目錄下的庫文件。

　　2 Qt/Embedded應(yīng)用程序軟件設(shè)計(jì)

　　Qt/Embedded軟件體系摒棄了X lib庫，將外部輸入設(shè)備抽象為鍵盤和鼠標(biāo)事件，采用幀緩沖作為底層圖形接口，應(yīng)用程序可以直接寫內(nèi)核幀緩沖，避免了使用繁瑣的X lib/Server機(jī)制。

　　Qt/Embedded應(yīng)用程序設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是用集成開發(fā)環(huán)境圖形編程方式，一種是代碼編程方式。無論使用哪種方式都會(huì)涉及元對(duì)象系統(tǒng)。元對(duì)象系統(tǒng)是對(duì)C++進(jìn)行擴(kuò)展的一種機(jī)制，Qt使用這種機(jī)制創(chuàng)建了獨(dú)立的軟件組件，它提供了關(guān)鍵的兩項(xiàng)技術(shù)：信號(hào)-槽以及內(nèi)省。內(nèi)省功能對(duì)于實(shí)現(xiàn)信號(hào)和槽是必需的，并且允許應(yīng)用程序的開發(fā)人員在運(yùn)行時(shí)獲得有關(guān)QObject子類的“元信息”，包括一個(gè)含有對(duì)象的類名以及它所支持的信號(hào)和槽的列表。信號(hào)和槽是Qt通信機(jī)制的核心。當(dāng)一個(gè)特殊的事情發(fā)生時(shí)便可以發(fā)射一個(gè)信號(hào)，而槽就是一個(gè)函數(shù)，它在信號(hào)發(fā)射后被調(diào)用來響應(yīng)這個(gè)信號(hào)，通常一個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)槽，一個(gè)信號(hào)也可以關(guān)聯(lián)多個(gè)槽，多個(gè)信號(hào)也可以關(guān)聯(lián)到同一個(gè)槽上。

　　2.1串口通信的實(shí)現(xiàn)

　　在Qt中并沒有特定的串口控制類，大部分使用第三方寫的qextserialport類。該類包含兩個(gè)類：QextSeri-alBase類和Posix_QextSerialPort類，后者繼承前者，而QextSerialBase類又繼承自Qt軟件自帶的QIODevice類。在QextSerialBase類中涉及到了一個(gè)枚舉變量QueryMode，它有兩個(gè)值Polling和EventDriven，Polling指的是查詢方式讀/寫串口，EventDriven是事件驅(qū)動(dòng)方式。事件驅(qū)動(dòng)方式就是使用事件處理串口的讀取，一旦有數(shù)據(jù)到來，就會(huì)發(fā)出readyRead()信號(hào)，就可以關(guān)聯(lián)該信號(hào)來讀取串口的數(shù)據(jù)。

　　在事件驅(qū)動(dòng)的方式下，串口的讀/寫是異步的，調(diào)用讀/寫函數(shù)會(huì)立即返回，它們不會(huì)凍結(jié)調(diào)用線程。而查詢方式Polling讀/寫函數(shù)是同步執(zhí)行的，信號(hào)工作在這種模式下是不起作用的，但這種模式下開銷較小，可以建立定時(shí)器來讀取串口的數(shù)據(jù)，并將結(jié)果顯示在Qt的圖形用戶界面上。這里采用Polling查詢方式讀/寫串口。設(shè)置一個(gè)100 ms的定時(shí)器，通過Qt特有的信號(hào)與槽機(jī)制，將定時(shí)溢出信號(hào)關(guān)聯(lián)到讀串口槽函數(shù)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集顯示。

　　程序流程：首先新建一個(gè)串口類，設(shè)置串口通信的屬性，最常見的屬性設(shè)置包括通信端口、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)、停止位以及控制流等，然后讀/寫串口。

　　每個(gè)設(shè)備端口在/dev目錄下都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的文件，Linux下的文件用文件描述符來描述，它指向內(nèi)核中每個(gè)進(jìn)程打開的文件記錄表。串口資源的文件路徑是/dev/ttyO*，因此對(duì)串口的操作就像對(duì)普通文件的操作一樣，部分操作程序如下：

　　struct PortSettings myComSetting = {BAUD9600，DATA_8，PAR_NONE，STOP_1，F(xiàn)LOW_OFF，500};

　　QString portName ="/dev/ttyO2";

　　myCom=new Posix_QextSerialPort(portName，myComSetting，QextSerialBase：：EventDriven);

　　myCom->open(QIODevice：：ReadWrite);

　　QByteArray temp=myCom->readAl(l);

　　2.2軟鍵盤的調(diào)用

　　文中設(shè)計(jì)的軟鍵盤包括字母、數(shù)字的輸入、大小寫字母的切換以及退格、回車等功能。在Linux環(huán)境的QtDesigner下，創(chuàng)建一個(gè)新的Widget，將Buttons選項(xiàng)中的PushButton按鍵拖入到軟鍵盤區(qū)域內(nèi)，然后根據(jù)需要修改每個(gè)按鍵上面的文本屬性和名字屬性。

　　軟鍵盤的實(shí)現(xiàn)是基于信號(hào)與槽機(jī)制。利用Qt的多信號(hào)映射機(jī)制，首先使用QSignalMapper類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)化為有參數(shù)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)可以響應(yīng)不同按鈕的功能;然后需要建立每一鍵值對(duì)應(yīng)的信號(hào)與槽之間的關(guān)系connect(ui->pushButton，SIGNAL(clicked())，碼值信號(hào)調(diào)用sendCharacter(QChar)槽，從而實(shí)現(xiàn)正確的鍵值輸入。界面設(shè)計(jì)如圖2所示。

　　圖2軟鍵盤界面