基于Zinc的雷达显控软件系统设计

2011-08-10周芸

舰船电子对抗 2011年6期

周芸

（船舶重工集团公司723所，扬州225001）

0 引言

在雷达数据处理系统中，显控终端承担着雷达数据录取、目标显示、人机交互、控制雷达工作、对外接口通讯等多项任务，是整个系统的控制处理中心。随着现代雷达技术的迅速发展，对雷达显控终端的实时性、任务异步性提出了更高的要求。VxWorks操作系统因其多任务、强实时、可裁减、高可靠性等诸多独特优势而在实时显控设备这一信息吞吐量大、计算解算频繁、实时性要求高的平台上获得了开发者和设备使用者的广泛认可，但其图形界面显示相对薄弱，较普遍的用法是采用风河公司提供的WindML媒体库，其图形功能使用用户图形库（UGL）组件，代码繁琐，效率较低，开发高质量图形界面相当困难[1]。

Zinc是运行在VxWorks上的图形用户接口工具（GUI），它类似在Windows下使用VB可视化编程一样，用户可以实现“拖－放”式的“所见即所得”的图形界面设计，把设计者从大量编码的图形界面开发中解放出来，最大地简化了界面开发过程，而显控软件复杂的多任务实时并发处理则由VxWorks操作系统得到保证。Zinc的开发及运行环境如图1所示。

图1 Zinc开发及运行环境示意图

1 Zinc运行机制

Zinc的应用程序是在基于事件驱动（Eventdriven）的机制下运行的。输入设备和应用程序之间是通过事件相互作用的。Zinc的事件有3种来源：操作系统本身、外部设备和用户应用程序。例如键盘输入就是一个典型的外部设备输入事件。在Zinc应用程序运行过程中，事件管理器以轮询的方式接收类似键盘、鼠标等外部设备以中断驱动方式发出的数据信息，然后把这些信息对应的事件汇集起来，放进内部的事件队列等待下一步的处理。

在Zinc应用中，ZafApplication：：Control（）函数是主要的控制环，它通过调用ZafWindowManager：：Get（）例程从事件管理器中得到事件，并且在应用终止之前不断地把它们送到窗口管理器中。当事件传递到窗口管理器时，窗口管理器就会决定事件的最终目的地和正确路由，并正确地分派它们到相应的作用对象。首先，Event（）方法调用最终的继承类，这个类可能是Zinc库中的类，或者是用户自定义的继承类，如果这个最终继承类并不处理事件，这个事件就会传递到其基类的Event（）方法，这个处理可能一直进行到找到最终的基类ZafWindowObject，此基类收到事件，要么处理它，要么把它交给操作系统对象进行处理，如图2所示。

图2 Zinc的运行机制

2 Zinc工程开发

2.1 实例

某雷达显控终端界面是用Zinc设计实现的，终端界面上的元素复杂，但设计方法步骤相同，下面通过简单的示例来介绍Zinc的开发过程。这个例子创建1个串口接收窗口，在这个窗口中可以设置接收端口、波特率、控制位等，并且在对话框中显示接收到的数据，如图3所示。

图3 Zinc创建的串口接收窗口

设计步骤如下：

（1）步骤1：利用Zinc Designer设计窗口，生成.znc文件。

（2）步骤2：编辑视窗对象，设置对象属性。

在编辑窗口上，有1排Zinc对象工具栏，用户首先须选择一个窗口并放置，再在窗口上放置按钮或菜单等其他对象。以“设置串口”按钮为例，按下这个按扭后，将发送1个用户应用程序事件（自定义EVENT＿CUSTOM＿SET＿PORT），用户可选择串口位置、波特率等信息来配置串口。设置这个按钮属性时，在“Send message”项的下拉菜单中选择“True”，在“Send message value”项中输入“10 005”（这是1个用户应用程序事件，其值应大于10 000），在“Send message text”项中输入“EVENT＿CUSTOM＿SET＿PORT”。当应用程序运行后，用户点击这个按扭时就会向内部事件队列发送1个EVENT＿CUSTOM＿SET＿PORT事件，经过窗口管理器的路由后，按照“设置串口”的Event（）方法来实现串口设置。

（3）步骤3：生成源代码。

视窗对象编辑完成并保存example.znc文件后，选择“Generate Code”，它的任务是生成example.cpp文件、example.hpp文件和example.inc文件。用户在example.cpp文件中编写代码。example.inc是1个数据结构文件，存放了用户的数据列表、对象列表、用户函数列表等结构信息。

（4）步骤4：运行应用程序。

在Tornado下生成一个Download型工程，加载上面生成的3个文件，然后加入1个通用程序的入口文件v＿app.cpp，编译后下载到目标机。程序在开始运行时，会寻找example.znc资源文件，事先必须把它存放在VxWorks的同一目录下。

3 显控软件设计

根据某工程对显控设备的具体要求，本应用软件采用模块化设计思想，划分为以下几个功能模块：任务管理模块、初始化模块、人机交互模块、图形显示模块、通讯模块、数据处理维护模块，而每个功能模块由一个或多个任务组成。人机界面布局上分为双页显示，主页面是雷达的PPI显示，雷达工作模式及参数信息显示，次页面显示雷达各分机的工作参数和自检信息。设计框图如图4。

图4 显控软件设计架构

3.1 设计难点1

设计中的难点1是非GUI任务与GUI任务之间的通讯

对于显控软件来说，双屏显示任务称为GUI任务，与图形绘制相关的操作都在这个任务中完成，而所有其他的任务称为非GUI任务。非GUI任务需要在不同的时期和GUI任务通信，而非GUI任务与GUI任务之间的通信方式将对整个软件系统的实时性、可靠性和稳定性产生影响。

Zinc主要提供了如下几种通信机制供程序员选择使用：Zinc入口点、共享内存、OS消息队列。

（1）Zinc入口点对Zinc来说，主要的通信入口函数是ZafEventManager：：Put（），通过它可以把事件放到事件队列上，此方法属于异步方法。

（2）共享内存在VxWorks中，共享内存是容易实现的。为了安全地共享内存，最好给共享的内存分配1个信号量，这样就能防止共享内存被同时多次修改。共享内存的使用并不要求线程安全，但是对Zinc却是要求的，否则当1个窗口对象的成员指向共享内存时，1个异常就会发生。

（3）OS消息队列可以在Zinc中创建OS消息队列，利用消息队列实现从GUI任务到非GUI任务的通信，或者是从非GUI任务到GUI任务的通信，但不允许同时进行2个方向上的通信。

在显控软件中使用的是Zinc入口点方式。网络接收任务（非GUI任务）接收来自雷达内各分系统的资源数据，利用ZafEvenManager：：Put（）函数将其存放到事件队列中，GUI任务利用ZafApplication：：Control（）循环读取事件队列，进而窗口管理器决定事件的最终目的地和合适的路由并将其发送。

非GUI任务与GUI任务之间通信的实现主要包括如下几个方面：

（a）用户事件的定义

Zinc中的事件共分为7类，其中用户事件的取值范围为10 000～32 767。在显控软件系统中定义“刷新数据”用户事件为：

const ZafEventType EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT＝10011；

其中ZafEventType为Zinc事件类型。

（b）数据打包并发送用户事件

char＊text＝ “hello”；／／要刷新的文本“hello”

ZafEventStruct event（EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT）；／／创建“刷新文本”事件

event.route＝pMainWin；／／事件路由的目标窗口

event.SetVoidData（text）；／／数据打包到事件中

zafApplication-＞EventManager（）-＞Put（event）；／／发送事件

（c）用户事件的处理

ZafEventType MainWin：：Event（const ZafE-ventStruct ＆event）

｛

char＊tmpText；

／／判断是否是用户事件EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT

if（event.type＝＝ EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT）

｛

tmpText＝（char＊）event.VoidData（）；

ProcessText（tmpText）；／／事件处理函数

｝

else

｛

／＊处理其他事件＊／

｝

这样类似操作就能使界面的控件“活”起来。

3.2 设计难点2

设计中的难点2是多页显示技术。在人机界面上有时需要多页可切换的页面以增加显示信息容量，用Zinc设计显控界面时，在界面框架布局上设计合理就可以实现这项技术。

将应用程序对应的根窗口设计为主窗口（R），而显控界面的每个页面设计为子窗口（M，F），在子窗口上又可以添加各种类型的子子窗口（M1，M2，M3，…，F1，F2，F3，…），如图5所示。

图5 多窗口层次关系

这样在用Zinc Designer进行界面设计时初始化将子窗口M的属性设置为显示，子窗口F设置为隐藏，子子窗口 M1，M2，…，F1，F2，…的可视属性和其父窗口相同，这样在接收到外部的换页指令后，可以通过子窗口（M或F）的指针来调用SetVisible函数（参数true或false），可实现页面的显示或隐藏。