基于Zinc的雷達(dá)顯控軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周 蕓

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

在雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，顯控終端承擔(dān)著雷達(dá)數(shù)據(jù)錄取、目標(biāo)顯示、人機(jī)交互、控制雷達(dá)工作、對(duì)外接口通訊等多項(xiàng)任務(wù)，是整個(gè)系統(tǒng)的控制處理中心。隨著現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)雷達(dá)顯控終端的實(shí)時(shí)性、任務(wù)異步性提出了更高的要求。VxWorks操作系統(tǒng)因其多任務(wù)、強(qiáng)實(shí)時(shí)、可裁減、高可靠性等諸多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而在實(shí)時(shí)顯控設(shè)備這一信息吞吐量大、計(jì)算解算頻繁、實(shí)時(shí)性要求高的平臺(tái)上獲得了開(kāi)發(fā)者和設(shè)備使用者的廣泛認(rèn)可，但其圖形界面顯示相對(duì)薄弱，較普遍的用法是采用風(fēng)河公司提供的WindML媒體庫(kù)，其圖形功能使用用戶(hù)圖形庫(kù)（UGL）組件，代碼繁瑣，效率較低，開(kāi)發(fā)高質(zhì)量圖形界面相當(dāng)困難[1]。

Zinc是運(yùn)行在VxWorks上的圖形用戶(hù)接口工具（GUI），它類(lèi)似在Windows下使用VB可視化編程一樣，用戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)“拖－放”式的“所見(jiàn)即所得”的圖形界面設(shè)計(jì)，把設(shè)計(jì)者從大量編碼的圖形界面開(kāi)發(fā)中解放出來(lái)，最大地簡(jiǎn)化了界面開(kāi)發(fā)過(guò)程，而顯控軟件復(fù)雜的多任務(wù)實(shí)時(shí)并發(fā)處理則由VxWorks操作系統(tǒng)得到保證。Zinc的開(kāi)發(fā)及運(yùn)行環(huán)境如圖1所示。

圖1 Zinc開(kāi)發(fā)及運(yùn)行環(huán)境示意圖

1 Zinc運(yùn)行機(jī)制

Zinc的應(yīng)用程序是在基于事件驅(qū)動(dòng)（Eventdriven）的機(jī)制下運(yùn)行的。輸入設(shè)備和應(yīng)用程序之間是通過(guò)事件相互作用的。Zinc的事件有3種來(lái)源：操作系統(tǒng)本身、外部設(shè)備和用戶(hù)應(yīng)用程序。例如鍵盤(pán)輸入就是一個(gè)典型的外部設(shè)備輸入事件。在Zinc應(yīng)用程序運(yùn)行過(guò)程中，事件管理器以輪詢(xún)的方式接收類(lèi)似鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等外部設(shè)備以中斷驅(qū)動(dòng)方式發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，然后把這些信息對(duì)應(yīng)的事件匯集起來(lái)，放進(jìn)內(nèi)部的事件隊(duì)列等待下一步的處理。

在Zinc應(yīng)用中，ZafApplication：：Control（）函數(shù)是主要的控制環(huán)，它通過(guò)調(diào)用ZafWindowManager：：Get（）例程從事件管理器中得到事件，并且在應(yīng)用終止之前不斷地把它們送到窗口管理器中。當(dāng)事件傳遞到窗口管理器時(shí)，窗口管理器就會(huì)決定事件的最終目的地和正確路由，并正確地分派它們到相應(yīng)的作用對(duì)象。首先，Event（）方法調(diào)用最終的繼承類(lèi)，這個(gè)類(lèi)可能是Zinc庫(kù)中的類(lèi)，或者是用戶(hù)自定義的繼承類(lèi)，如果這個(gè)最終繼承類(lèi)并不處理事件，這個(gè)事件就會(huì)傳遞到其基類(lèi)的Event（）方法，這個(gè)處理可能一直進(jìn)行到找到最終的基類(lèi)ZafWindowObject，此基類(lèi)收到事件，要么處理它，要么把它交給操作系統(tǒng)對(duì)象進(jìn)行處理，如圖2所示。

圖2 Zinc的運(yùn)行機(jī)制

2 Zinc工程開(kāi)發(fā)

2.1 實(shí)例

某雷達(dá)顯控終端界面是用Zinc設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，終端界面上的元素復(fù)雜，但設(shè)計(jì)方法步驟相同，下面通過(guò)簡(jiǎn)單的示例來(lái)介紹Zinc的開(kāi)發(fā)過(guò)程。這個(gè)例子創(chuàng)建1個(gè)串口接收窗口，在這個(gè)窗口中可以設(shè)置接收端口、波特率、控制位等，并且在對(duì)話(huà)框中顯示接收到的數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 Zinc創(chuàng)建的串口接收窗口

設(shè)計(jì)步驟如下：

（1）步驟1：利用Zinc Designer設(shè)計(jì)窗口，生成.znc文件。

（2）步驟2：編輯視窗對(duì)象，設(shè)置對(duì)象屬性。

在編輯窗口上，有1排Zinc對(duì)象工具欄，用戶(hù)首先須選擇一個(gè)窗口并放置，再在窗口上放置按鈕或菜單等其他對(duì)象。以“設(shè)置串口”按鈕為例，按下這個(gè)按扭后，將發(fā)送1個(gè)用戶(hù)應(yīng)用程序事件（自定義EVENT＿CUSTOM＿SET＿PORT），用戶(hù)可選擇串口位置、波特率等信息來(lái)配置串口。設(shè)置這個(gè)按鈕屬性時(shí)，在“Send message”項(xiàng)的下拉菜單中選擇“True”，在“Send message value”項(xiàng)中輸入“10 005”（這是1個(gè)用戶(hù)應(yīng)用程序事件，其值應(yīng)大于10 000），在“Send message text”項(xiàng)中輸入“EVENT＿CUSTOM＿SET＿PORT”。當(dāng)應(yīng)用程序運(yùn)行后，用戶(hù)點(diǎn)擊這個(gè)按扭時(shí)就會(huì)向內(nèi)部事件隊(duì)列發(fā)送1個(gè)EVENT＿CUSTOM＿SET＿PORT事件，經(jīng)過(guò)窗口管理器的路由后，按照“設(shè)置串口”的Event（）方法來(lái)實(shí)現(xiàn)串口設(shè)置。

（3）步驟3：生成源代碼。

視窗對(duì)象編輯完成并保存example.znc文件后，選擇“Generate Code”，它的任務(wù)是生成example.cpp文件、example.hpp文件和example.inc文件。用戶(hù)在example.cpp文件中編寫(xiě)代碼。example.inc是1個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件，存放了用戶(hù)的數(shù)據(jù)列表、對(duì)象列表、用戶(hù)函數(shù)列表等結(jié)構(gòu)信息。

（4）步驟4：運(yùn)行應(yīng)用程序。

在Tornado下生成一個(gè)Download型工程，加載上面生成的3個(gè)文件，然后加入1個(gè)通用程序的入口文件v＿app.cpp，編譯后下載到目標(biāo)機(jī)。程序在開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，會(huì)尋找example.znc資源文件，事先必須把它存放在VxWorks的同一目錄下。

3 顯控軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)某工程對(duì)顯控設(shè)備的具體要求，本應(yīng)用軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，劃分為以下幾個(gè)功能模塊：任務(wù)管理模塊、初始化模塊、人機(jī)交互模塊、圖形顯示模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)處理維護(hù)模塊，而每個(gè)功能模塊由一個(gè)或多個(gè)任務(wù)組成。人機(jī)界面布局上分為雙頁(yè)顯示，主頁(yè)面是雷達(dá)的PPI顯示，雷達(dá)工作模式及參數(shù)信息顯示，次頁(yè)面顯示雷達(dá)各分機(jī)的工作參數(shù)和自檢信息。設(shè)計(jì)框圖如圖4。

圖4 顯控軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)

3.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)1

設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)1是非GUI任務(wù)與GUI任務(wù)之間的通訊

對(duì)于顯控軟件來(lái)說(shuō)，雙屏顯示任務(wù)稱(chēng)為GUI任務(wù)，與圖形繪制相關(guān)的操作都在這個(gè)任務(wù)中完成，而所有其他的任務(wù)稱(chēng)為非GUI任務(wù)。非GUI任務(wù)需要在不同的時(shí)期和GUI任務(wù)通信，而非GUI任務(wù)與GUI任務(wù)之間的通信方式將對(duì)整個(gè)軟件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

Zinc主要提供了如下幾種通信機(jī)制供程序員選擇使用：Zinc入口點(diǎn)、共享內(nèi)存、OS消息隊(duì)列。

（1）Zinc入口點(diǎn)對(duì)Zinc來(lái)說(shuō)，主要的通信入口函數(shù)是ZafEventManager：：Put（），通過(guò)它可以把事件放到事件隊(duì)列上，此方法屬于異步方法。

（2）共享內(nèi)存在VxWorks中，共享內(nèi)存是容易實(shí)現(xiàn)的。為了安全地共享內(nèi)存，最好給共享的內(nèi)存分配1個(gè)信號(hào)量，這樣就能防止共享內(nèi)存被同時(shí)多次修改。共享內(nèi)存的使用并不要求線(xiàn)程安全，但是對(duì)Zinc卻是要求的，否則當(dāng)1個(gè)窗口對(duì)象的成員指向共享內(nèi)存時(shí)，1個(gè)異常就會(huì)發(fā)生。

（3）OS消息隊(duì)列可以在Zinc中創(chuàng)建OS消息隊(duì)列，利用消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)從GUI任務(wù)到非GUI任務(wù)的通信，或者是從非GUI任務(wù)到GUI任務(wù)的通信，但不允許同時(shí)進(jìn)行2個(gè)方向上的通信。

在顯控軟件中使用的是Zinc入口點(diǎn)方式。網(wǎng)絡(luò)接收任務(wù)（非GUI任務(wù)）接收來(lái)自雷達(dá)內(nèi)各分系統(tǒng)的資源數(shù)據(jù)，利用ZafEvenManager：：Put（）函數(shù)將其存放到事件隊(duì)列中，GUI任務(wù)利用ZafApplication：：Control（）循環(huán)讀取事件隊(duì)列，進(jìn)而窗口管理器決定事件的最終目的地和合適的路由并將其發(fā)送。

非GUI任務(wù)與GUI任務(wù)之間通信的實(shí)現(xiàn)主要包括如下幾個(gè)方面：

（a）用戶(hù)事件的定義

Zinc中的事件共分為7類(lèi)，其中用戶(hù)事件的取值范圍為10 000～32 767。在顯控軟件系統(tǒng)中定義“刷新數(shù)據(jù)”用戶(hù)事件為：

const ZafEventType EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT＝10011；

其中ZafEventType為Zinc事件類(lèi)型。

（b）數(shù)據(jù)打包并發(fā)送用戶(hù)事件

char＊text＝ “hello”；／／要刷新的文本“hello”

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

event.route＝pMainWin；／／事件路由的目標(biāo)窗口

event.SetVoidData（text）；／／數(shù)據(jù)打包到事件中

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

（c）用戶(hù)事件的處理

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

｛

char＊tmpText；

／／判斷是否是用戶(hù)事件EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT

if（event.type＝＝ EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT）

｛

tmpText＝ （char＊）event.VoidData（）；

ProcessText（tmpText）；／／事件處理函數(shù)

｝

else

｛

／＊處理其他事件＊／

｝

｝

這樣類(lèi)似操作就能使界面的控件“活”起來(lái)。

3.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)2

設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)2是多頁(yè)顯示技術(shù)。在人機(jī)界面上有時(shí)需要多頁(yè)可切換的頁(yè)面以增加顯示信息容量，用Zinc設(shè)計(jì)顯控界面時(shí)，在界面框架布局上設(shè)計(jì)合理就可以實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)。

將應(yīng)用程序?qū)?yīng)的根窗口設(shè)計(jì)為主窗口（R），而顯控界面的每個(gè)頁(yè)面設(shè)計(jì)為子窗口（M，F(xiàn)），在子窗口上又可以添加各種類(lèi)型的子子窗口（M1，M2，M3，…，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，…），如圖5所示。

圖5 多窗口層次關(guān)系

這樣在用Zinc Designer進(jìn)行界面設(shè)計(jì)時(shí)初始化將子窗口M的屬性設(shè)置為顯示，子窗口F設(shè)置為隱藏，子子窗口 M1，M2，…，F(xiàn)1，F(xiàn)2，…的可視屬性和其父窗口相同，這樣在接收到外部的換頁(yè)指令后，可以通過(guò)子窗口（M或F）的指針來(lái)調(diào)用SetVisible函數(shù)（參數(shù)true或false），可實(shí)現(xiàn)頁(yè)面的顯示或隱藏。

4 Zinc Designer與編寫(xiě)代碼相結(jié)合設(shè)計(jì)界面

在Zinc中可以利用Zinc Designer來(lái)設(shè)計(jì)圖形用戶(hù)界面，實(shí)際上也可以直接寫(xiě)代碼來(lái)繪制圖形。就修改而言，窗口上的控件如果較多且較規(guī)則，用Zinc Designer設(shè)計(jì)時(shí)修改很方便。但要繪制一些不規(guī)則的復(fù)雜圖形（如PPI顯示）時(shí)當(dāng)然要通過(guò)寫(xiě)代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際應(yīng)用中，最好將2種方法結(jié)合起來(lái)使用。

設(shè)計(jì)界面的步驟主要有：

（1）用Zinc Designer設(shè)計(jì)好界面，并產(chǎn)生代碼。

（2）對(duì)界面上的對(duì)象根據(jù)需要定義相應(yīng)的類(lèi)，并對(duì)其中的成員函數(shù)編寫(xiě)代碼。

另外，在Tornado安裝目錄下的＼target＼src＼zinc＼demos子目錄中有Zinc提供的2種用法的例子，只要對(duì)其深入研究，定會(huì)開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的程序。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，Zinc是基于VxWorks強(qiáng)大的GUI開(kāi)發(fā)工具。Zinc的類(lèi)庫(kù)及編程方法與MFC十分類(lèi)似，有過(guò)MFC編程經(jīng)驗(yàn)的人一定體會(huì)過(guò)MFC為Windows編程帶來(lái)的方便，而Zinc堪稱(chēng)VxWorks上的MFC[2]。利用Zinc已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了在某型雷達(dá)終端上的圖形界面設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定且性能良好。

[1]孔祥營(yíng)，柏桂枝.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks及其開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[2]侯俊杰.深入淺出MFC[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.