Qt/Embedded串口类的设计及应用

陈旭红，高文学

（1.湖北汽车工业学院，湖北 十堰 442002；2.陕西广播电影电视局，陕西 延安 716000）

Qt/Embedded串口类的设计及应用

陈旭红1，高文学2

（1.湖北汽车工业学院，湖北 十堰 442002；2.陕西广播电影电视局，陕西 延安 716000）

针对Qt/Embedded类中没有提供串口基础类的现状，研究了Qt/Embedded与串口信息交互的方法，并给出了Qt/Embedded串口类的实现及Qt/Embedded串口类在工业控制中的应用实例。

Qt/Embedded；串口；信息交互

在工业控制项目当中经常使用Qt/Embedded类库开发界面控制应用程序，作为应用控制端一般使用RS232总线与控制设备进行通信，但是在Qt/ Embedded类库中没有提供串口的基础类，这就需要在项目应用中编写基于Qt/Embedded的串口基础类。本文对基于Qt/Embedded的串口基础类进行类定义及应用测试。

1 Qt/Embedded简介［1］

Qt/Embedded是Trolltech公司开发的面向嵌入式系统的Qt版本，与X11版本的Qt在最大程度上接口兼容，采用帧缓存（framebuffer）作为底层图形接口。Qt/Embedded类库完全采用C++封装，并且有着丰富的控件资源以及较好的可移植性，大范围的Qt/Embedded API可用于多种开发项目。在工业控制项目当中会使用大量的串口通信，但是Qt/ Embedded没有提供与串口硬件的接口。

Qt/Embedded的底层图形引擎基于 framebuffer。framebuffer是一种驱动程序接口，它将显示设备抽象为帧缓冲区。该驱动程序的设备文件一般是/dev/fb0、/dev/fb1等。对用户而言，它和/dev下的其他设备没有什么区别，用户可以把framebuffer看成一块内存，既可以从这块内存中读取数据，也可以向其中写入数据，而写操作立即反应在屏幕上。Qt/Embedded是 Qt的面向嵌入式应用的简化版本，为运行Qt/Embedded，嵌入式Linux内核要支持framebuffer。

它包括一组完备的GUI类、操作系统封装、数据结构类、功能类和组合类。大部分Qt的应用程序可以经过简单的编译与重设窗口大小移植到Qt/ Embedded。Qt/Embedded的实现结构如图1所示。

图1 Qt/Embedded实现结构图

从Qt/Embedded的结构中可以看出，Qt/Embedded支持鼠标、键盘、触摸屏和网络等输入输出接口，但是不具有串口基础类。

在Qt中，对象间通过信号和槽的机制实现彼此通信。信号/槽机制是Qt的核心机制，是一种高级接口，主要应用于对象之间的通信。Qt的信号/槽机制独立于标准的C/C++语言。在Qt中，从QObject或其子类（例如Qwidget）派生的类可拥有自己的信号和槽。当对象改变其状态时，信号就由该对象发射出去，从而实现了信息封装，以确保对象被当作软件组件来使用。槽用于接收信号，体现为普通的对象成员函数的形式。槽和信号的连接由程序设计者完成，只有当设计者利用connect（）将信号和槽连接起来后，信号和槽之间才会有上述的通信。信号和槽的机制使得各个对象之间的协同工作变得十分简单，在本串口类设计中就使用了Qt的信号和槽的机制（见3.3节）。

2 Qt/Embedded使用串口的方法

在Qt/Embedded 2.3.10在开发中使用Linux作为操作系统，Linux操作系统对网络和硬件操作都具有很好的支持。

2.1 使用Qt/Embedded和C语言操作串口

Qt/Embedded对网络具有良好的支持，而Linux下的C语言对网络和硬件都有很好的支持，因此可以使用C语言建立TCP Server，Qt/Embedded使用网络接口与TCP Server连接，通过C语言的串口操作来完成Qt/Embedded对串口的操作［2］。其操作结构图如图2所示。

此方法比较复杂，需要定义内部通信协议，故一般不使用这种方法。

2.2 使用Qt/Embedded直接操作

Qt/Embedded类库完全采用C++封装，但是支持使用Linux标准C语言类库，可以在Qt/Embedded应用程序中使用Linux标准C语言类库对串口进行操作。

图2 Qt/Embedded操作结构图

3 串口类的设计

C语言对硬件的操作一般使用阻塞读取和查询的方法读取数据，而在Qt/Embedded中使用信号与槽无阻塞操作。因此要在Qt/Embedded中高效的运行程序，必须把对串口的操作设计成无阻塞操作［3］。在Qt的串口类设计中，串口传输的差错控制由硬件来保证；而缓冲区的溢出根据应用而定，当检测到缓冲不足时，按照一定的比例自动增大缓冲区，从而避免了缓冲区溢出。

3.1 设计分析

要把串口类设计成无阻塞操作的类，就必须像Qt/Embedded中QSocket类一样提供void QSocket:: readyRead（）信号供应用程序使用，以读取信息。为了类似实现void QSocket::readyRead（）信号，可以借助QSocketNotifier类。在Qt/Embedded 2.3.10版本中QSocketNotifier支持对所有套接字的回调，QSocketNotifier支持对设备的读、写和错误状态的回调。其原型为

3.2 类的定义

图3 QSerialSt定义图

为更加方便设置串口参数，定义了串口参数结构体QSerialSt，QSerialSt定义如图3所示。

QSerial类的结构如图4所示，串口配置主要由init（）函数传递的串口参数结构体QSerialSt来完成。QSerial类的写串口可以调用writeBlock（）函数，信息读取可以使用readyRead（）信号。

图4 QSerial类的结构图

3.3 类的实现

QSerial的构造函数QSerial（）对变量进行初始化，析构函数～QSerial（）关闭套接字。串口的初始化主要工作流程图如图5所示。

图5 串口的初始化主要工作流程图

初始化成功后可以产生一个套接字，并返回一个正确码。配置串口的过程主要有以下步骤。

1）调用openDev（）函数打开串口设备，设备名可以从参数传递，打开设备成功后进行下一步，如果打开设备失败返回错误码；

2）调用setSpeed（）函数设置串口波特率；

3）调用setParity函数设备奇偶校验，如果设置成功返回正确码，如果不成功返回错误码。

信号 readyRead（）由槽 dataRead（）触发，而dataRead（）连接在QSocketNotifier上，当设备有数据可读时会回调dataRead（）函数读取数据并触发信号readyRead（），通知上层读取数据。代码如下：

4 应 用

4.1 使用QSerial类的主要步骤

1）初始化QSerialSt结构体，设置串口信息。

2）调用init（）函数传递初始化好的QSerialSt结构体进行串口设置，检测返回值判断初始化是否成功，并做相应的处理。

3）初始化成功后调用setNotifier（）函数，设置串口回调函数。

4）连接QSerial类的readyRead（）信号，供应用类读取数据。

4.2 QSerial类应用示例代码

4.3 QSerial类应用实例

图6 车载显示终端主界面

车载显示终端中使用QSerial()串口类，完成了显示终端与下位机通信的串口通信。图6是车载显示终端主界面，可以实现的工作主要包括：1）刷新数据显示：需要刷新的数据包括速度、限速、信号机编号和类型、距信号机距离、时间等；2）刷新状态指示显示：包括当前色灯以及屏幕右边的各种状态指示；3）刷新图形显示：根据当前的数据，画出前方4 km和后方1 km的速度、限速曲线以及平纵断面和道桥隧等。4）车辆位置显示：主界面左侧约1/5处有一条垂直分割线，表示此处为当前机车位置。

5 总 结

本文定义的QSerial类具有易于使用、占用较少的CPU资源、接口规范、串口配置过程简单和数据读取容易等特点。QSerial类已在多个工业控制项目中使用，经过反复的实验测试，QSerial类在Linux 2.6.21内核和Qt/Embedded 2.3.10的环境下能够长时间稳定工作。

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

［2］于明俭，陈向阳，方 汉.LINUX程序设计权威指南［M］.北京：机械工业出版社，2001.

［3］袁鹏飞.24小时学通qt编程［M］.北京：人民邮电出版社，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

陈旭红（1970-），男，湖北应城人，硕士，从事电子技术方面的研究。