基于Qt對Linux系統(tǒng)下嵌入軟件的研究與應(yīng)用

文/王星

（蘇州長風(fēng)航空電子有限公司 江蘇省蘇州市 215151）

1 引言

嵌入式信息管理軟件（以下簡稱ISI軟件）運(yùn)行在Linux操作系統(tǒng)，駐留于計(jì)算機(jī)及圖形板中，主要完成與外部設(shè)備通訊、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用、控制內(nèi)部各模塊協(xié)調(diào)工作。

ISI軟件架構(gòu)基于模塊化設(shè)計(jì)思想，采用分層實(shí)現(xiàn)的模式,由驅(qū)動層、中間邏輯層、應(yīng)用層組成。驅(qū)動層主要包括，基于ipmitool與BMC通過串口通訊實(shí)現(xiàn)、基于I2C接口的各子模塊與BMC的通訊實(shí)現(xiàn)、操作系統(tǒng)信息交互的CLI指令集的調(diào)用實(shí)現(xiàn)、與信息匯總模塊的UDP通訊實(shí)現(xiàn)、與音視頻采集模塊、智能交互模塊的TCP通訊實(shí)現(xiàn)；中間邏輯層主要包括，通過驅(qū)動層獲取信息并進(jìn)行信息處理后反饋給應(yīng)用層，接受應(yīng)用層的反饋及控制指令對驅(qū)動層進(jìn)行信息交互和控制；應(yīng)用層主要包括，實(shí)現(xiàn)信息最終的輸出及控制指令的確認(rèn)實(shí)現(xiàn)工作。ISI軟件的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1。

2 開發(fā)簡介

ISI軟件主要功能為，通過UDP組播方式實(shí)現(xiàn)匯總后的健康信息上報給信息匯總設(shè)備（以下簡稱SBIT）；通過Qt的QProcess進(jìn)程機(jī)制，采用指令調(diào)用、接口監(jiān)控模式獲取BMC模塊、計(jì)算機(jī)及圖形模塊、智能交互模塊的信息；利用Linux操作系統(tǒng)內(nèi)置的shell提供的管道機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的選擇性獲?。皇褂肨CP通訊，實(shí)現(xiàn)對音視頻采集模塊的遠(yuǎn)程控制；利用并通過ipmitool中間件，通過串口實(shí)現(xiàn)對BMC模塊中各子模塊電壓、電流、溫度、CPU等信息的獲??；實(shí)現(xiàn)Linux操作系統(tǒng)的開機(jī)自啟動功能。

ISI軟件的信息分為健康信息和控制信息，健康信息包括各模塊的電流、電壓值、溫度、自檢狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)等信息，控制信息主要是信息獲取指令、控制指令等，信息流詳見圖2。

3 信息處理及傳輸?shù)难芯颗c應(yīng)用

3.1 UDP傳輸模式的研究與應(yīng)用

UDP方式信息上報SBIT可以采取點(diǎn)對點(diǎn)模式或組播模式。

UDP方式信息上報方案如下：

方案1，采用點(diǎn)到點(diǎn)的模式，通過目的源和發(fā)送源采用不同的IP地址進(jìn)行設(shè)備區(qū)分，實(shí)現(xiàn)的是單對單的通訊模式，通訊采用非握手機(jī)制進(jìn)行傳輸。

方案2，采用組播模式，通過目的源和發(fā)送源采用同一組播IP地址的不同端口號進(jìn)行設(shè)備區(qū)分，實(shí)現(xiàn)的是單對多的通訊模式，通訊采用非握手機(jī)制進(jìn)行傳輸。

比較兩種方案，在實(shí)現(xiàn)單一接收源的應(yīng)用場景中，兩種實(shí)現(xiàn)機(jī)制的優(yōu)劣基本一致，但如果存在多臺接收源時，采用組播方式可以實(shí)現(xiàn)一次發(fā)送，多點(diǎn)接收，而點(diǎn)對點(diǎn)的模式則需要多次發(fā)送。根據(jù)應(yīng)用場景，ISI軟件選擇的是組播方式。

圖1：軟件架構(gòu)邏輯圖

圖2：軟件信息流圖

3.2 信息處理的研究與應(yīng)用

在對大數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸時，若數(shù)據(jù)幀定義按無裁剪方式發(fā)送，就單一以發(fā)送某一包字節(jié)為889字節(jié)數(shù)據(jù)而言，里面含有大量的無用空置信息。為減少主機(jī)及自身的性能消耗，我們采用如圖3方式組織報文，通過模塊標(biāo)識+數(shù)據(jù)標(biāo)識的方式，對ICD數(shù)據(jù)模塊中定義了但不需要上報的信息進(jìn)行裁剪，以盡量減少數(shù)據(jù)信息的上報大小，并通過標(biāo)識號ID區(qū)分各段信息。經(jīng)過裁剪，每次發(fā)送字節(jié)減少到558字節(jié)，這在頻繁信息交互中，很大提高了自身及主機(jī)運(yùn)行效率。

圖3：數(shù)據(jù)幀組織圖

圖4：ISI運(yùn)行效果圖

4 方法實(shí)現(xiàn)

4.1 驅(qū)動層實(shí)現(xiàn)

驅(qū)動層實(shí)現(xiàn)從如下幾個方面實(shí)現(xiàn)：

（1）UDP組播驅(qū)動實(shí)現(xiàn)：區(qū)別于常用的點(diǎn)對點(diǎn)的UDP傳輸模式，我們采用的是UDP組播方式進(jìn)行驅(qū)動開發(fā)，組播的最大優(yōu)勢在于一次發(fā)送多處接收，避免一個成員對多個成員通訊時，相同反饋的多次發(fā)送操作，提高了整機(jī)性能；

（2）TCP驅(qū)動實(shí)現(xiàn)：TCP協(xié)議的程序使用的是客戶端/服務(wù)器模式，在Qt中提供了QTcpSocket類來編寫客戶端程序，使用QTcpServer類編寫服務(wù)器端程序。我們在服務(wù)器端進(jìn)行端口的監(jiān)聽，一旦發(fā)現(xiàn)客戶端的連接請求，就會發(fā)出newConnection()信號，我們可以關(guān)聯(lián)這個信號到我們自己的槽函數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。而在客戶端，一旦有數(shù)據(jù)到來就會發(fā)出readyRead()信號，我們可以關(guān)聯(lián)此信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收；

（3）CLI指令集驅(qū)動實(shí)現(xiàn)：CLI指令集驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)分為指令執(zhí)行和指令執(zhí)行后獲取系統(tǒng)反饋信息，使用機(jī)制是Qt的QProcess進(jìn)程機(jī)制；

（4）基于ipmitool與BMC串口驅(qū)動實(shí)現(xiàn)：ipmitool是一種命令行方式的ipmi平臺管理工具，支持ipmi1.5規(guī)范，基于ipmitool與BMC串口驅(qū)動實(shí)現(xiàn)，首先通過ipmitool提供的指令命令，開啟操作系統(tǒng)物理串口與BMC的連接，并通過QT的QProcess及信號/槽機(jī)制，實(shí)現(xiàn)指令的執(zhí)行和BMC提供的健康數(shù)據(jù)的獲??；

4.2 中間邏輯層實(shí)現(xiàn)

中間邏輯層作為驅(qū)動層和應(yīng)用層的橋梁，主要實(shí)現(xiàn)各信息的處理，對指令的傳輸及反饋功能。

中間邏輯層從如下幾個方面實(shí)現(xiàn)：

（1）實(shí)現(xiàn)定時時鐘片，提供任務(wù)調(diào)度機(jī)制的實(shí)現(xiàn)；

（2）建立指令判斷機(jī)制，對正常指令、異常指令、實(shí)時響應(yīng)指令進(jìn)行判斷并提供反饋標(biāo)志；

（3）建立信息處理模式，對獲取的健康信息進(jìn)行信息處理；

提供驅(qū)動層和應(yīng)用層API接口實(shí)現(xiàn)。

4.3 應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)從如下幾個方面實(shí)現(xiàn)：

（1）上報SBIT模塊健康信息實(shí)現(xiàn)：軟件正常啟動后，通過組播周期向SBIT報送初始化結(jié)束報文（握手報文），當(dāng)接收到SBIT（上位機(jī)）應(yīng)答包后，結(jié)束發(fā)送握手報文，并將以周期向SBIT報送平臺數(shù)據(jù)報文；

（2）獲取BMC信息實(shí)現(xiàn)：通過任務(wù)調(diào)度機(jī)制，周期調(diào)度獲取BMC的自檢數(shù)據(jù)，利用Qt強(qiáng)大的字符串檢索功能，實(shí)現(xiàn)對需要信息的截取和轉(zhuǎn)換及處理工作；

（3）基于Linux系統(tǒng)獲取信息功能實(shí)現(xiàn)：使用Qt的system（）+Linux系統(tǒng)管道機(jī)制實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)信息的獲取，包括CPU、內(nèi)存、存儲容量占用率、IP信息等內(nèi)容；

（4）基于Linux系統(tǒng)自啟動功能實(shí)現(xiàn)：通過注冊服務(wù)的方式，將ISI軟件作為系統(tǒng)服務(wù)自動運(yùn)行；

4.4 ISI軟件運(yùn)行效果圖

ISI軟件調(diào)試完成后，安裝在一體機(jī)平臺上進(jìn)行了驗(yàn)證，設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期效果。效果如圖4所示。

5 總結(jié)

ISI軟件是基于Qt+Linux開發(fā)，實(shí)現(xiàn)嵌入在計(jì)算機(jī)板上運(yùn)行的多API接口實(shí)現(xiàn)的信息管理類軟件，具有很強(qiáng)的針對性和專業(yè)代表性。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中，涉及的知識層面包括計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)架構(gòu)，Linux操作系統(tǒng)底層實(shí)現(xiàn)，TCPUDP網(wǎng)絡(luò)通訊，Qt開發(fā)平臺和C++語言等，鑒于時間和學(xué)識有限，一些設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)并不是盡善盡美，待完善和補(bǔ)充的內(nèi)容有很多，請批評指正。