嵌入式Linux学习笔记(六) 上位机QT界面实现和通讯实现
在上一章我们实现了下位机的协议制定，并通过串口通讯工具完成了对设备内外设(LED)的状态修改，下面就要进行上位机软件的实现了(事实上这部分不属于嵌入式Linux的内容，所以只在本章节讲述下上位机实现的流程和思路,后续维护更新不在进行详细说明，不过下位机界面实现肯定还会涉及这些技术),上位机的界面方案一般指在Windows平台的软件界面开发，如UWP，WINFORM/C#, WPF/C#， QT/C++等，如果说我的个人倾向的话，当然更喜欢的WINFORM/C#技术，一方面C#相对于C++更简单，不会因为复杂的模板和继承机制，导致出问题的报错比代码都长，另一方面网上的资料也多，遇到问题很容易找到解决办法，在我之前实现的应用中，也都是使用WINFORM技术，再加上对于QT/C++根本没有了解过，算是第一次接触(之前接触的都是无界面应用或者使用的Android/Java)，不过对于嵌入式Linux来说，QT/C++是也是十分需要掌握的，既然都要学习，那么上位机选择QT/C++先来熟悉语法和基础，完成上位机QT界面和通讯协议的实现，这也是这篇文章耽误一段时间的原因，在QT还没有熟悉之前，参考例程写应用还可以,清晰的讲清楚还是很困难的，在应用接近大半个月后，也算有些心得，可以进行后续的进度了，下面开始本节的实现吧。
参考资料
1. 开源QT例程项目
2. 《QT5开发和实例》 -- 参考这本书不是因为写的有深度，而是因为里面全是例程，适合初学者了解
3. 《C++ Primer Plus》
QT界面布局实现
基于从Winform的界面开发经验，QT界面的布局也是类似，参考上面的例程项目，主要涉及的的窗体有:
QFrame:基本控件的基类，用于将功能类似的结构整理在一起
QLabel:标签控件，用于显示文字说明
QPushButton:按键控件，执行按键动作
QTextEdit:编辑文本框控件，用于输入或者显示文本
QComboBox:选择框控件，支持下拉菜单的选择
QLineEdit:行编辑框,用于行输入和显示文本
在掌握基础的基本的布局编辑框后，就可以使用设计栏左边的控件框中，拖出如下的编辑框。
在构建完成上述编辑框后，下面就要实现界面内容的填充，主要包含页面布局的显示，下拉框的完善，代码如下:
1 //添加COM口 2 QStringList comList; 3 for (int i = 1; i <= 20; i++) { 4 comList << QString("COM%1").arg(i); 5 } 6 ui->combo_box_com->addItems(comList); 7 8 //波特率选项 9 QStringList BaudList; 10 BaudList <<"9600"<<"38400"<<"76800"<<"115200"<<"230400"; 11 ui->combo_box_baud->addItems(BaudList); 12 ui->combo_box_baud->setCurrentIndex(3); 13 14 //数据位选项 15 QStringList dataBitsList; 16 dataBitsList <<"6" << "7" << "8"<<"9"; 17 ui->combo_box_data->addItems(dataBitsList); 18 ui->combo_box_data->setCurrentIndex(2); 19 20 //停止位选项 21 QStringList StopBitsList; 22 StopBitsList<<"1"<<"2"; 23 ui->combo_box_stop->addItems(StopBitsList); 24 ui->combo_box_stop->setCurrentIndex(0); 25 26 //校验位 27 QStringList ParityList; 28 ParityList<<"N"<<"Odd"<<"Even"; 29 ui->combo_box_parity->addItems(ParityList); 30 ui->combo_box_parity->setCurrentIndex(0); 31 32 //设置协议类型 33 QStringList SocketTypeList; 34 SocketTypeList<<"TCP"<<"UDP"; 35 ui->combo_box_socket_type->addItems(SocketTypeList); 36 ui->combo_box_parity->setCurrentIndex(0); 37 38 // //正则限制部分输入需要为数据 39 // QRegExp regx("[0-9]+$"); 40 // QValidator *validator_time = new QRegExpValidator(regx, ui->line_edit_time); 41 // ui->line_edit_time->setValidator( validator_time ); 42 // QValidator *validator_id = new QRegExpValidator(regx, ui->line_edit_dev_id); 43 // ui->line_edit_dev_id->setValidator( validator_id ); 44 45 //默认按键配置不可操作 46 init_btn_disable(ui); 47 ui->btn_uart_close->setDisabled(true); 48 ui->btn_socket_close->setDisabled(true);
至此，我们就完成了布局相关的代码。
数据和操作逻辑
对于无界面的软件或者方案实现，我们主要关注的是数据在整个逻辑模型之间的流通，转移和处理，对于有界面的软件实现，其实这套逻辑也是存在的。除了涉及界面的处理，其它部分其实也是这套逻辑，不过是将部分数据的源头来自于界面的动作，并且将最后的输出结果从命令行转移到界面的窗口中，如果理解了这一点，就会发现其实带界面的应用实现并没有太困难，这也是我接触QT/C++很短时间就能将Winform和下位机经验快速转换的原因。对于这个项目来说，主要实现的背后数据逻辑包含以下三个方面:
1.按键动作的信号和界面的输入信息处理
2.硬件通讯相关的串口知识，socket通讯以及涉及的TCP和UDP协议传输
3.协议相关的硬件实现和数据处理
4.处理结果的界面输出显示
其中按键部分的动作和界面输出显示都是QT界面背后的逻辑，包含信号槽的绑定和界面变量的操作方法，如下所示
1 //获取设备ID信息 2 pMainUartProtocolThreadInfo->SetId(ui->line_edit_dev_id->text().toShort()); 3 4 //界面显示的操作 5 if(ui->text_edit_test->document()->lineCount() > 20) 6 { 7 qDebug()<<"lines do"; 8 ui->text_edit_test->setText(s); 9 } 10 else 11 { 12 ui->text_edit_test->append(s); 13 }
这部分是涉及QT的基础知识，主要都是积累的技巧，难度不高，建议参考《QT5开发和实例》实例去学习。
硬件串口知识和Socket知识就是应用实现需要的其它能力，包含对QextSerialPort和Socket接口的应用，此外为了满足多接口应用同时操作的需求，需要实现多线程的编程，其中串口的应用初始化配置主要包含的有
flush:清空缓存区
setBaudRate:设置波特率
setDataBits:设置数据位
setParity:设置奇偶校验位
setStopBits:设置停止位
setFlowControl:设置流量控制
setTimeout:设置接收和发送超时时间
1 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom = new QextSerialPort(ui->combo_box_com->currentText(), QextSerialPort::Polling); 2 pMainUartProtocolThreadInfo->m_bComStatus = pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->open(QIODevice::ReadWrite); 3 4 if(pMainUartProtocolThreadInfo->m_bComStatus) 5 { 6 //清除缓存区 7 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom ->flush(); 8 //设置波特率 9 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom ->setBaudRate((BaudRateType)ui->combo_box_baud->currentText().toInt()); 10 //设置数据位 11 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->setDataBits((DataBitsType)ui->combo_box_data->currentText().toInt()); 12 //设置校验位 13 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->setParity((ParityType)ui->combo_box_parity->currentText().toInt()); 14 //设置停止位 15 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->setStopBits((StopBitsType)ui->combo_box_stop->currentText().toInt()); 16 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->setFlowControl(FLOW_OFF); 17 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom ->setTimeout(10); 18 init_btn_enable(ui); 19 pMainUartProtocolThreadInfo->SetId(ui->line_edit_dev_id->text().toShort()); 20 ui->btn_uart_close->setEnabled(true); 21 ui->btn_uart_open->setDisabled(true); 22 ui->btn_socket_open->setDisabled(true); 23 ui->btn_socket_close->setDisabled(true); 24 ui->combo_box_com->setDisabled(true); 25 ui->combo_box_baud->setDisabled(true); 26 ui->combo_box_data->setDisabled(true); 27 ui->combo_box_stop->setDisabled(true); 28 ui->combo_box_parity->setDisabled(true); 29 append_text_edit_test(QString::fromLocal8Bit("serial open success!")); 30 protocol_flag = PROTOCOL_UART; 31 } 32 else 33 { 34 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->deleteLater(); 35 pMainUartProtocolThreadInfo->m_bComStatus = false; 36 append_text_edit_test(QString::fromLocal8Bit("serial open failed!")); 37 }
串口的通讯读写接口主要包含
Write:数据发送接口
Read:数据读取接口
1 //设备写数据 2 int CUartProtocolThreadInfo::DeviceWrite(uint8_t *pStart, uint16_t nSize) 3 { 4 m_pSerialPortCom->write((char *)pStart, nSize); 5 return nSize; 6 } 7 8 //设备读数据 9 int CUartProtocolThreadInfo::DeviceRead(uint8_t *pStart, uint16_t nMaxSize) 10 { 11 return m_pSerialPortCom->read((char *)pStart, nMaxSize); 12 }
socket通讯的的初始化配置包含
abort:中断当前的所有连接
connectToHost:指定连接到指定的IP地址和端口
waitForConnect:等待服务器的连接
waitForBytesWritten:等待数据发送完成
waitForReadyRead:等待数据可以接收
此外，还包含和Socket通讯相关的
信号:connect <-> 槽函数:slotConnected
信号:diconnect <-> 槽函数:slotDisConnected
信号:readyRead <-> 槽函数:dataReceived
具体代码实现如下:
1 void CTcpSocketThreadInfo::run() 2 { 3 bool is_connect; 4 int nLen; 5 int nStatus; 6 7 m_pTcpSocket = new QTcpSocket(); 8 m_pServerIp = new QHostAddress(); 9 connect(m_pTcpSocket, SIGNAL(connected()), this, SLOT(slotConnected())); 10 connect(m_pTcpSocket, SIGNAL(disconnected()), this, SLOT(slotDisconnected())); 11 connect(m_pTcpSocket, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(dataReceived())); 12 13 for(;;) 14 { 15 if(m_nIsStop) 16 return; 17 18 nStatus = m_pQueue->QueuePend(&SendBufferInfo); 19 if(nStatus == QUEUE_INFO_OK) 20 { 21 m_pTcpSocket->abort(); 22 m_pTcpSocket->connectToHost(*m_pServerIp, m_nPort); 23 nLen = this->CreateSendBuffer(this->GetId(), SendBufferInfo.m_nSize, 24 SendBufferInfo.m_pBuffer, SendBufferInfo.m_IsWriteThrough); 25 is_connect = m_pTcpSocket->waitForConnected(300); 26 if(is_connect) 27 { 28 emit send_edit_test(QString("socket client ok")); 29 this->DeviceWrite(tx_buffer, nLen); 30 31 //通知主线程更新窗口 32 emit send_edit_test(byteArrayToHexString("Sendbuf:", tx_buffer, nLen, "\n")); 33 34 //等待发送和接收完成 35 m_pTcpSocket->waitForBytesWritten(); 36 m_pTcpSocket->waitForReadyRead(); 37 38 } 39 else 40 { 41 emit send_edit_test(QString("socket client fail\n")); 42 } 43 qDebug()<<"thread queue test OK\n"; 44 } 45 } 46 }
完成上述接口应用的实现，后续的逻辑就是涉及协议实现的部分，这部分的实现与协议相关的章节实现一致，具体如下，包含
CreateSendBuffer:生成发送数据
DeviceRead:数据接收
DeviceWrite:数据发送
CheckReceiveData:接收数据，并校验
ExecuteCommand:执行指令的处理
如此变完整实现了整个数据逻辑的框架，完成了从按键数据发送触发，协议数据发送和接收处理，接收界面显示的完整流程，最后实现如图所示的功能:
至此，我们对于QT上位机界面的基本应用框架已经实现完毕，后续就是在该平台的基础上构建新的接口实现，满足不同应用的需求，因为本身这个系列是学习嵌入式Linux开发的，虽然后续肯定会在这份代码的基础上区完善上位机的应用，但对于上位机的说明目前就浅尝辄止了(毕竟本系列的实现并非嵌入式开发)，不过在应用开发中，我对曾经学到的类的继承和派生，模板，lambda表达式都有了进一步的实践和应用，加深了相关的理解，也算是意义非凡了，至于代码的地址，参考第一章节的github开源地址中upper_app的内容，包含全部的代码实现。
