基于嵌入式技術(shù)的靶場(chǎng)破片測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照系統(tǒng)應(yīng)用要求，將GUI設(shè)計(jì)分為：參數(shù)設(shè)置模塊、系統(tǒng)測(cè)試模塊、結(jié)果查看模塊和存儲(chǔ)管理模塊四個(gè)模塊。參數(shù)設(shè)置模塊負(fù)責(zé)對(duì)破片測(cè)速系統(tǒng)所需要的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括標(biāo)靶分組、標(biāo)靶間距、標(biāo)靶類型、最長(zhǎng)計(jì)數(shù)時(shí)間。在設(shè)置過程中，GUI自動(dòng)對(duì)所設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，如果參數(shù)設(shè)置不正確，將產(chǎn)生錯(cuò)誤提示。系統(tǒng)測(cè)試模塊負(fù)責(zé)在試驗(yàn)前對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。通過人為給出觸發(fā)信號(hào)可在LCD上可視化的查看系統(tǒng)是否正常工作，通道可否正常觸發(fā)，FPGA可否正常計(jì)數(shù)等。結(jié)果查看模塊負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行顯示。在試驗(yàn)完成，獲得測(cè)試數(shù)據(jù)后，經(jīng)過運(yùn)算，就可以表格和分布圖兩種方式給出破片的觸發(fā)時(shí)刻值和速度值，快速直觀。存儲(chǔ)管理模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)參數(shù)及測(cè)試數(shù)據(jù)的保存和
讀取，以進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析。系統(tǒng)擁有脫機(jī)設(shè)置功能，即可在試驗(yàn)前未連接標(biāo)靶的情況下，脫機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置完畢后可保存所有設(shè)置參數(shù)。試驗(yàn)時(shí)，只要選擇保存的參數(shù)就可直接載入脫機(jī)設(shè)置的參數(shù)，極大增強(qiáng)了系統(tǒng)工作的靈活性。
3．2 Qt／E程序優(yōu)化
嵌入式設(shè)備的顯著特點(diǎn)是CPU主頻不高，資源有限。因?yàn)檫@個(gè)局限性，許多在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行流暢的Qt／E程序在嵌入式設(shè)備上反應(yīng)滯后，在極端情況下甚至?xí)霈F(xiàn)短暫的界面凍結(jié)現(xiàn)象。為了提高嵌入式GUI的反應(yīng)速度，對(duì)Qt／E應(yīng)用程序設(shè)計(jì)就提出了更高的要求。本文在界面設(shè)計(jì)中，針對(duì)GUI運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，對(duì)Qt／E程序進(jìn)行了一些優(yōu)化，經(jīng)過優(yōu)化后，界面的反應(yīng)速度明顯改善。
3．2．1 采用靜態(tài)鏈接代替動(dòng)態(tài)鏈接
與靜態(tài)鏈接相比，動(dòng)態(tài)鏈接的優(yōu)勢(shì)在于動(dòng)態(tài)庫(kù)可被多個(gè)進(jìn)程復(fù)用，從而減少了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存的使用。但是動(dòng)態(tài)鏈接的這種優(yōu)越性是有代價(jià)的，由于進(jìn)程在初始化時(shí)要加載并且初始化大量的動(dòng)態(tài)庫(kù)，當(dāng)需要加載的動(dòng)態(tài)庫(kù)比較多或者動(dòng)態(tài)庫(kù)比較龐大時(shí)，直接的影響就是降低進(jìn)程啟動(dòng)速度；另外一個(gè)影響是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)因?yàn)楹瘮?shù)的鏈接也要耗費(fèi)一些時(shí)間。
嵌入式Qt／E程序如果使用動(dòng)態(tài)鏈接就面臨這個(gè)問題。一般來說，為了保證程序的基本功能，即使經(jīng)過裁減后，Qt／E動(dòng)態(tài)庫(kù)也有將近10 MB大小，這些動(dòng)態(tài)庫(kù)在嵌入式平臺(tái)上的加載將耗費(fèi)大量時(shí)間。針對(duì)這個(gè)問題，一種解決方法是采用prelink預(yù)鏈接的方法先確定每一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)在內(nèi)存的加載位置，從而省去動(dòng)態(tài)庫(kù)重定位這一過程。但是這種方法的步驟比較繁瑣，使用上存在一些限定要求，在這里并不推薦。
由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為專用系統(tǒng)，僅有一個(gè)GUI程序，可采取對(duì)Qt／E庫(kù)靜態(tài)鏈接的方式來提高啟動(dòng)和運(yùn)行速度。具體過程是，在用configure配置Qt／E庫(kù)編譯選項(xiàng)時(shí)使用-static選項(xiàng)把Qt／E庫(kù)源文件編譯成靜態(tài)庫(kù)，在編譯Qt／E程序時(shí)選擇鏈接庫(kù)為靜態(tài)庫(kù)。經(jīng)過測(cè)試，采用靜態(tài)鏈接的方式，由于在進(jìn)程初始化時(shí)不用再去加載Qt／E的動(dòng)態(tài)庫(kù)，極大提高了進(jìn)程的啟動(dòng)速度；在運(yùn)行過程中，由于節(jié)省了函數(shù)鏈接時(shí)間，程序的運(yùn)行速度有所提高；同時(shí)雖然Qt／E程序本身變得龐大，但是由于不用再安裝Qt／E動(dòng)態(tài)庫(kù)，故占用的FLASH空間有限。
3．2．2 使用基礎(chǔ)控件代替復(fù)合控件
加快界面反應(yīng)速度最直接有效的方法就是減少界面中的控件數(shù)，這里的控件數(shù)，準(zhǔn)確地說，指的是QWidget等基礎(chǔ)控件的數(shù)量。在實(shí)際程序設(shè)計(jì)過程中，一個(gè)有效設(shè)計(jì)方法是對(duì)一些復(fù)合控件盡可能使用基礎(chǔ)控件代替。Qt／E中提供了許多功能強(qiáng)大的復(fù)合控件，這些復(fù)合控件通常是由多個(gè)基礎(chǔ)控件復(fù)合而成的，雖然操作方便，但是資源消耗也比較多，從而影響了整個(gè)界面的運(yùn)行。以表格的繪制為例，如果表格使用復(fù)合控件QTableWidget實(shí)現(xiàn)，表格的每一個(gè)表項(xiàng)都作為一個(gè)子控件存在。每一次刷新表格都需要調(diào)用每個(gè)子控件的paintEvent()函數(shù)，子控件越多，函數(shù)調(diào)用次數(shù)相應(yīng)的也越多，極大地占用了CPU時(shí)間，極端情況下甚至?xí)捎趐aintEvent事件過多而堵塞事件隊(duì)列，影響界面的正常運(yùn)行。而如果用基礎(chǔ)控件QWidget實(shí)現(xiàn)表格，只需調(diào)用一次基礎(chǔ)控件的paintEvent()就可以在paintEvent()函數(shù)中自定義實(shí)現(xiàn)表格的繪制，雖然書寫代碼量可能會(huì)大一些，但是函數(shù)調(diào)用次數(shù)少，并且可以做到對(duì)表格每一個(gè)局部刷新區(qū)域的有效控制，避免許多無(wú)用操作，在嵌入式平臺(tái)上，反應(yīng)速度明顯加快。
3．2．3 采用延遲刷新方法
當(dāng)不可避免要用到復(fù)合控件時(shí)，如果用到的復(fù)合控件構(gòu)成復(fù)雜、刷新耗時(shí)，為了盡可能降低這些復(fù)合控件對(duì)整體界面運(yùn)行的影響，可借鑒雙緩沖繪圖的思想，用延遲刷新的方法來控制這些復(fù)合控件的刷新。
傳統(tǒng)的雙緩沖繪圖是在內(nèi)存中開辟一塊緩沖區(qū)，將緩沖區(qū)看作一幅位圖，先用背景色填充這幅位圖，然后在這幅位圖上繪制用戶圖形，最后顯示這幅位圖到窗口中。
由于在后臺(tái)已完成了界面繪制，采用雙緩沖繪圖，可有效消除閃爍。參考雙緩沖繪圖的做法，為了解決耗時(shí)復(fù)合控件和整個(gè)界面在刷新時(shí)的矛盾，本文的思路是當(dāng)界面，需要刷新時(shí)先不刷新復(fù)合控件，而是在背景上用一幅畫布替代復(fù)合控件區(qū)域，當(dāng)界面刷新完畢后，再進(jìn)行復(fù)合控件的刷新。經(jīng)過測(cè)試，這種方法特別適合于復(fù)合控件變化較小而整個(gè)界面需要刷新的情況。具體做法是在確定了耗時(shí)復(fù)合控件后，當(dāng)需要刷新界面時(shí)，構(gòu)造一幅畫布QPixmap，利用QPixmap：：grabWindow()函數(shù)在畫布上繪制出該復(fù)合控件所占區(qū)域圖形，由于這個(gè)函數(shù)只是對(duì)窗口像素點(diǎn)進(jìn)行繪制，并不調(diào)用控件的paintEvent()函數(shù)，而嵌入式設(shè)備的分辨率一般不高，因而花費(fèi)時(shí)間有限；對(duì)復(fù)合控件利用setUp-dateEnable(false)函數(shù)禁用復(fù)合控件刷新功能后，調(diào)用QApplieation：：proeessEvent()完成界面除復(fù)合控件外所有控件的刷新繪制，并且為了消除閃爍，在父窗口的paintEvent()函數(shù)中調(diào)用QPainter：：drawPixmap()函數(shù)將畫布QPixmap繪制于背景的復(fù)合控件區(qū)域上。這時(shí)，就可看到界面的刷新效果。由于耗時(shí)復(fù)合控件的禁止刷新，整個(gè)刷新過程將會(huì)快速完成；最后再調(diào)用復(fù)合控件的setUpdateEnable(true)重新使能復(fù)合控件的刷新功能。更進(jìn)一步的方法是，只有當(dāng)耗時(shí)復(fù)合控件變化時(shí)才調(diào)用復(fù)合控件的setUpdateEnable(true)允許刷新操作，其余時(shí)刻均在背景上使用QPixmap繪制代替。采用這種方法相當(dāng)于把耗時(shí)復(fù)合控件的刷新延遲，而先讓界面其他控件完成刷新操作，從而快速顯示界面的刷新效果。

4 結(jié)語(yǔ)
系統(tǒng)綜合利用了ARM和FPGA的優(yōu)點(diǎn)，在基于ARM+FPGA的平臺(tái)上設(shè)計(jì)出靶場(chǎng)破片測(cè)速系統(tǒng)；在架構(gòu)于Linux的平臺(tái)上設(shè)計(jì)了基于Qt／E的嵌入式交互程序，并且針對(duì)嵌入式設(shè)備的不足，提出Qt／E程序的優(yōu)化意見和方法。系統(tǒng)經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)，能夠順利完成靶場(chǎng)測(cè)速任務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)清晰、條理嚴(yán)整、程序健壯，這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和對(duì)Qt／E程序的優(yōu)化思想對(duì)同類設(shè)計(jì)具有較大的參考意義。