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摘 要：Qt 框架是一种基于 C++ 的跨平台可视化编程框架, 具有不依赖硬件(嵌入式 / 非嵌入式) 环境, 与硬件生态解 耦合和移植性强的优点。在本文的应用场景中,因为需要多操作系统、多 CPU 适配,故用 Qt 框架作为开发环境最为契合。本 文主要介绍了基于 Qt 框架的信息接口模拟器的应用背景,其信息可视化实现方法及具体应用。
关键词：Qt 框架,信息接口模拟器,信息可视化
Development and Application of Information Interface Simulator Based on Qt Framwork
JIANG Xinyi, GU Peng, GU Shaohua, HUANG Cheng, WANG Yunhao
(Shanghai Institute of Aerospace Electronic Communication Equipment, Shanghai 201109)
【Abstract】： The Qt framework is a cross-platform visual programming framework based on C++, which has the advantages of not relying on hardware (embedded/non-embedded) environments, de-coupling with the hardware ecosystem, and strong portability. In the application scenario of this article, because it requires multi-operating system and multi-CPU adaptation, it is most suitable to use the Qt framework as the development environment. This article mainly introduces the application background of the information interface simulator based on the Qt framework, its information visualization implementation method and specific application.
【Key words】： Qt framework;information interface simulator;information visualization
0 前言
信息接口软件在某信息控制系统中是报文收发的重 要节点,具有接收、转发内部和外部报文的功能。信息 接口软件能够根据系统的不同应用环境进行自适应,按 照协议进行报文内外转换,从而保证系统内部的统一 性。之前的信息接口软件为了保证数据的实时性,信息 接口软件一般都是运行在实时操作系统 VxWorks 中。 由于后续国产化的要求和桌面信息化发展的趋势,信息 接口软件需要适配不同平台(如 CPU、Arm 等)和不 同的 CPU(如 Intel、龙芯、飞腾)甚至不同的操作系 统(如 VxWorks、Windows 或 Linux) [1.2]。 以 上 的 平台存在着多种排列组合,使之前仅运行实时操作系统 VxWorks 的信息接口软件无法满足要求 ;此外,在实 时操作系统 VxWorks 的软件联调过程中常常需要通过 打印和抓包的方式进行代码排查,导致开发效率太低。基于以上原因,本文开发了一个基于 Qt 框架的信息接 口模拟器软件,从而实现应用软件和硬件环境的松耦 合,达到多平台适配、调试高效的目的。
1 Qt 开发框架介绍
C++ 图形界面应用程序开发框架 Qt[3], 它可用于开 发图形界面程序和非图形界面程序,如显示控制界面开 发和通信应用开发等,是可跨平台的,可移植与其他平 台。Qt 使用的是面向对象的框架,通过使用其特殊的 代码和一些规定的宏, Qt 很容易生成扩展(称为 Meta Object Compiler, MOC(元对象编译器)),并且它允 许真正地以组件方式进行编程。
2008 年, 诺基亚公司收购了 Qt Company,Qt 也 因此成为诺基亚旗下的编程语言工具。2012 年, Qt 又 被 Digia 公司收购。
集成开发环境 Qt Creator 3.1.0 于 2014 年 4 月正式发布,它实现了对于 iOS 的完全支持,新增了 Beautifier、 WinRT 等一些插件,放弃了无 Python 接口的 GDB 调 试支持,同时又对基于 Clang 的 C/C++ 代码模块进行 了集成,并调整了对 Android 的支持,至此全面支持 iOS、Android、WP 的想法得到了实现, 它可以提供 给应用程序开发员建立艺术级的图形用户界面所需的 几乎全部功能。可以这么理解, Qt 同 X Window 上的 GTK、Openwin、Motif 等图形界面库以及 Windows 平台上的 ATL、OWL、MFC、VCL 是同类型的产品。
Qt Creator 是 Qt 的开发跨平台集成开发环境(IDE), 在发布 Qt 4.6 的同时, Qt Creator 也发布了更新版本。 Qt SDK 是由 Qt Creator 1.3 和 Qt 4.6 共同构成的,它包 含了开发跨平台应用程序所需的所有功能。Qt Creator 可以带来的两大关键益处 ：首先是提供首个专为支持跨 平台开发而设计的集成开发环境(IDE) ;其次是确保刚 开始接触 Qt 图形界面的开发人员能迅速上手和操作。 即使不进行 Qt 应用程序开发, Qt Creator 也可以是一 个功能强大且简单易用的 IDE。
2 信息接口模拟器软件的架构
信息接口软件需要具备如下功能 ：
(1)软件可以将接收到的内部报文和外部报文分别 实时打印在相应的编辑框上,这样可以实时显示信息接 口软件收到的报文,从而去判断发送方报文的准确性。
信息接口软件设置有 2 个 IP 地址,分别对应内网 IP 和外网 IP。内网 IP 用于与内部系统通信,信息接口 软件通过内网 Socket 绑定内网 IP, 并加入内网组播地 址,接收内部系统的网络报文,收到后将报文直接打印 在相应的编辑框内 ;外网 IP 用于与外部系统通信,信 息接口软件通过外网 Socket 绑定外网 IP, 并加入外网 组播地址,接收外部系统发送的外部网络报文,收到后 将报文直接打印在相应的编辑框内。
(2) 软件可以将内部组织和转发的报文分别实时打印 在相应的编辑框,从而查看内部报文处理逻辑的准确性。
信息接口根据接收到的报文内的信息单元标识区分 不同的报文,并且根据协议要求,将接收到的外部报文 转换成内部报文格式发给内部系统相关软件,将接收到的内部报文转换成外部报文格式转发给外部系统,发送 出去的报文直接打印在相应的编辑框内。
(3) 软件可以读取配置项,修改相关的 IP 和 Port, 便于调试过程中的网络配置修改。
软件设置了 ini 配置项文件,利用 QSetting 类的功 能,可以在初始化阶段读取配置文件中的配置信息,设 置所需要的 IP 地址和端口信息。这样可以方便用户在 调试阶段更改相应的网络配置。
(4)软件可以暂停打印接收到的报文,也可以清空 当前打印的报文内容,避免溢出问题。
软件提供了暂停 / 开始按钮,可以暂停写入报文至 编辑框,方便用户查看现有代码的情况,同时也可以清 空当前打印的报文内容,避免因为软件长时间打印导致 的内存泄漏问题。
(5)软件可以切换 DDS 和 UDP 的网络通信方式, 便于在一个软件上调试两个通信方式。
DDS 和 UDP 是两种网络通信方式,为了适配这两 种方式,增加了一个条件变量,方便用户切换两种模式 进行相应的网络调试。
信息接口软件应用环境背景图如图 1 所示。
在使用 Qt 进行应用程序开发时,一般有两种方法 可用于 GUI 设计 ：一种是界面布局全部使用写代码来实 现,但这对程序员要求较高,需要其有一定的 Qt 开发和 C++ 编程的经验 ;另一种是界面设计通过 QtDesigner 来实现,通过在 *.ui 界面文件里拖动控件便可进行界 面设计与布局。对仅仅需要用 Qt 进行界面设计的程序 员来说,第二种方法要比第一种更容易上手而且人机交 互更加友好。信息接口软件是采用第二种方法进行开发 的,以下结合信息接口软件的开发过程来说明。
(1) 使用 Qt 的主窗口类 QWidget 类,用于派生一 个 GUI 界面,所有的事件驱动都是基于 QWidget 的主 界面的(如图 2 所示) ;
(2)根据信息接口软件的界面需求,在图形界面上 进行布局,比如使用 QPushButton 类来增加报文显示 “清空”“暂停”按钮,使用 QLabel 类来增加各种信息 报文显示窗口等 ;
(3)通过运用 Qt 的信号—槽机制,将信息接口界 面内容与数据逻辑进行传递和交互处理。
信息接口软件业务流程图如图 3 所示。
3 信息接口模拟器软件优点
该软件具备如下优点 ：
(1) 软件具备可视性,人机交互界面可以有效显示报 文内容,大幅提高软件调试效率 ;
(2)软件具备可配置性,可以直接修改配置文件, 更改网络配置,降低调试人员的使用成本 ;
(3)软件具备切换性,可以在一个软件内调试两种 通信方式,提高软件维护效率 ;
(4)软件具备高重复利用性,软件的报文结构体及 报文处理逻辑,可以在实时操作系统中复用,提高整体 软件的开发效率。
4 软件后续应用
信息接口软件是系统通信的核心,基于 Qt 框架开 发的信息接口模拟器软件对所有接收和转发的报文都可 以进行可视化显示,大幅提升了系统调试及问题排查的 效率,目前该技术已在多个型号的系统联调中得到运用。
参考文献
[1] 赵正旭,徐棚,张庆海.基于国产操作系统独立GUI应用研究 [J].计算机系统应用,2021.30(9):98-103.
[2] 朱长发,蒋昕祎,李兴,等.利用Mesa4.0在Vx Works下实现 雷达三维仿真界面[J].软件,2022.43(6):103-105.
[3] 章清亮,秦元庆.基于DDS通信的舰载网络安全评估指标及 应用研究[J].信息网络安全,2017(2):73-78.
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