基于Qt的水声信号处理机调试界面设计与实现

常文龙 贺亚龙 漆昭铃

作者简介：常文龙（1992-），男，山西大同人，研究生学历，助理工程师，研究方向为显控软件设计。

摘 要： 水声信号处理机是声纳系统的数据处理中心，负责水声数据的运算。本文介绍了一种以Qt组件为基础的水声信号处理机调试环境的设计与实现。该软件基于以太网通信实现了节点显示、程序加载、终端打印输出、内存数据绘图等各个功能，满足了用户需求，可用于信号处理机程序调试，并具有良好的可拓展性，便于二次开发。

关键词： Qt 网络通信;信号处理机;显控

【中图分类号】TN929.3     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.150

0 引言

水声信号处理机的硬件状态监控、控制操作皆为无界面状态，使用上通过命令行进行操作，用户无法非常直观的观察到硬件状态的变化，也无法非常便利的对硬件进行控制操作。水声算法调试使用硬件串口进行调试，受到串口通信距离、串口数量以及诸多硬件环境限制，用户使用上局限性非常巨大。信号处理机使用中发生故障时，通常不能及时保存错误现场的信息，导致后期排故困难，工作量大。信号处理机板卡数量与类型众多，各类软件的版本信息管理工作量大且繁琐。

1 Qt簡介

Qt 是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器中[1]。Qt是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展（称为元对象编译器（Meta Object Compiler， moc））以及一些宏，Qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。此外，Qt开发工具对C++库进行了封装，提供了更丰富的API接口，在跨平台方面QtMinGW版本也提供了更好的支持，因此，我们选择Qt5.9MinGW版本作为本软件的开发工具，开发平台为Windows7[2]。

2 调试界面设计

2.1 软件整体架构

软件整体架构如图1所示，分为网络层、应用层、显示层三部分。网络层用来传输控制命令与数据内容，具体为心跳交互信息和远程控制命令信息;应用层用来进行各类功能的实现，如应用部署、终端打印、节点复位等;显示层用于和用户进行命令交互以及最终数据的显示，如节点树状图的显示、内存数据绘图的显示、终端打印输出的显示等。

2.2 软件各功能模块分析

如下图2所示，软件可分为两大功能模块，资源管理与终端调试。资源管理包括6个功能模块，分别为资源监控、应用部署、内存查询绘图、符号表查询、文件管理、版本管理。终端调试包含节点搜索、节点分组、终端打印、关键字过滤等4个功能模块。下面依次对各功能模块进行介绍。

资源监控：支持以树形图的方式显示机箱结构图，支持实时动态显示机柜、机箱、模块和处理器状态，显示各模块的机箱号、槽位号、节点号、网络地址。

应用部署：支持通过TCP网络协议将本地应用程序部署在资源节点，并可多节点批量部署，提供复位和停止等命令。

内存查询绘图：支持以图形化和表格化的方式显示内存数据，支持内存数据的条件化查询如起始地址、地址长度、数据类型等，并可以文本形式导出进行进一步处理。

符号表查询：支持操作系统符号表显示功能，包括全局函数和全局变量的名称、地址、值、类型等关键信息，支持查看符号所指向的内存的值。

文件管理：支持远程查看，操作目标节点文件系统，包括新建、上传、下载、删除等。

版本管理：支持显示各资源节点的软件版本信息，并可导出。

节点搜索：支持按指定条件搜索资源节点信息。

节点分组：支持将符合某条件的资源节点进行分组。

终端打印：支持对多个资源节点的多窗口打印显示。

关键字过滤：支持按相关的关键字对打印信息进行过滤。

3 关键设计

交互协议：设计统一的资源管理协议用于调试界面与资源节点的信息交互。包含了节点的机箱号、槽位号、CPU号、IP地址、运行状态等信息，用于调试界面解析并显示。

心跳设计：心跳机制用于调试界面对资源节点的状态监控，调试界面周期性发送心跳查询报文，资源节点的代理程序收到后会回复心跳响应报文，进行界面显示。

批量部署设计：实际使用中，批量部署是最常用的功能，用户可直接加载XML格式的批量文件，解析后采用多线程的方式同时部署多个节点的多个任务，提高操作效率。

节点图形化设计：通过获取心跳信息，判断节点当前状态，利用QImage类在主界面绘制图形化的节点，根据不同颜色来区分节点的运行状态，如蓝色、灰色、白色分别代表运行中、失联、在线但无程序运行的状态，分别用户直观查看节点状态。程序流程图如图3所示。

节点数据库设计：采用SQLite数据库进行节点数据库的设计，根据资源节点的心跳报文提取各类信息存入节点数据库中，便于其它功能的调用。SQLite数据库拥有众多优点如管理简单，操作方便，生成的数据库文件可以在各个平台无缝移植;可以非常方便的以多种形式嵌入到其他应用程序中，如静态库、动态库且易于维护等。

内存绘图设计：内存数据绘图采用Qt Charts组件，Qt Charts组件模块提供了一组易于使用的图表组件，它使用Qt Graphics View Framework，图表可以轻松集成到现代用户界面中。Qt Charts可用作QWidgets、QGraphicsWidget或QML类型[3]。

整体布局设计：菜单栏对应了各种功能模块，工具栏包含了常用调试工具，左侧显示资源节点列表，主界面显示内存数据、节点图形化等相关内容。

4 结语

本文介绍了一种以Qt 组件为基础的水声信号处理机调试界面软件的设计与实现。该软件较好的实现了各个功能，满足了用户需求，并且具有良好的可靠性和可扩展性、便于用户进行二次开发。

参考文献

[1] 张波.Qt中的C++技术[M].北京：电子工业出版社，2012.

[2] Qt5.9C++开发指南[M]. 人民邮电出版社，王维波、栗宝鹃、侯春望， 2018.

[3] 邓子强，王玉玫，邓红艳，等.基于Qt绘图系统的图形应用优化研究与实现[J].软件， 2016， （12） ：59-62.