基于嵌入式技術(shù)的靶場破片測速系統(tǒng)設(shè)計

按照系統(tǒng)應(yīng)用要求，將GUI設(shè)計分為：參數(shù)設(shè)置模塊、系統(tǒng)測試模塊、結(jié)果查看模塊和存儲管理模塊四個模塊。參數(shù)設(shè)置模塊負(fù)責(zé)對破片測速系統(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、最長計數(shù)時間。在設(shè)置過程中，GUI自動對所設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行檢測，如果參數(shù)設(shè)置不正確，將產(chǎn)生錯誤提示。系統(tǒng)測試模塊負(fù)責(zé)在試驗(yàn)前對整個系統(tǒng)進(jìn)行測試。通過人為給出觸發(fā)信號可在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可否正常計數(shù)等。結(jié)果查看模塊負(fù)責(zé)對測試結(jié)果進(jìn)行顯示。在試驗(yàn)完成，獲得測試數(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)時刻值和速度值，快速直觀。存儲管理模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)參數(shù)及測試數(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，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@個局限性，許多在計算機(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Qt／E應(yīng)用程序設(shè)計就提出了更高的要求。本文在界面設(shè)計中，針對GUI運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，對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)鏈接代替動態(tài)鏈接
與靜態(tài)鏈接相比，動態(tài)鏈接的優(yōu)勢在于動態(tài)庫可被多個進(jìn)程復(fù)用，從而減少了對系統(tǒng)內(nèi)存的使用。但是動態(tài)鏈接的這種優(yōu)越性是有代價的，由于進(jìn)程在初始化時要加載并且初始化大量的動態(tài)庫，當(dāng)需要加載的動態(tài)庫比較多或者動態(tài)庫比較龐大時，直接的影響就是降低進(jìn)程啟動速度；另外一個影響是系統(tǒng)運(yùn)行時因?yàn)楹瘮?shù)的鏈接也要耗費(fèi)一些時間。
嵌入式Qt／E程序如果使用動態(tài)鏈接就面臨這個問題。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動態(tài)庫也有將近10 MB大小，這些動態(tài)庫在嵌入式平臺上的加載將耗費(fèi)大量時間。針對這個問題，一種解決方法是采用prelink預(yù)鏈接的方法先確定每一個動態(tài)庫在內(nèi)存的加載位置，從而省去動態(tài)庫重定位這一過程。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)計為專用系統(tǒng)，僅有一個GUI程序，可采取對Qt／E庫靜態(tài)鏈接的方式來提高啟動和運(yùn)行速度。具體過程是，在用configure配置Qt／E庫編譯選項時使用-static選項把Qt／E庫源文件編譯成靜態(tài)庫，在編譯Qt／E程序時選擇鏈接庫為靜態(tài)庫。經(jīng)過測試，采用靜態(tài)鏈接的方式，由于在進(jìn)程初始化時不用再去加載Qt／E的動態(tài)庫，極大提高了進(jìn)程的啟動速度；在運(yùn)行過程中，由于節(jié)省了函數(shù)鏈接時間，程序的運(yùn)行速度有所提高；同時雖然Qt／E程序本身變得龐大，但是由于不用再安裝Qt／E動態(tài)庫，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)計過程中，一個有效設(shè)計方法是對一些復(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)，表格的每一個表項都作為一個子控件存在。每一次刷新表格都需要調(diào)用每個子控件的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時間，極端情況下甚至?xí)捎趐aintEvent事件過多而堵塞事件隊列，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大一些，但是函數(shù)調(diào)用次數(shù)少，并且可以做到對表格每一個局部刷新區(qū)域的有效控制，避免許多無用操作，在嵌入式平臺上，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，如果用到的復(fù)合控件構(gòu)成復(fù)雜、刷新耗時，為了盡可能降低這些復(fù)合控件對整體界面運(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，為了解決耗時復(fù)合控件和整個界面在刷新時的矛盾，本文的思路是當(dāng)界面，需要刷新時先不刷新復(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)過測試，這種方法特別適合于復(fù)合控件變化較小而整個界面需要刷新的情況。具體做法是在確定了耗時復(fù)合控件后，當(dāng)需要刷新界面時，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，由于這個函數(shù)只是對窗口像素點(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)時間有限；對復(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，就可看到界面的刷新效果。由于耗時復(fù)合控件的禁止刷新，整個刷新過程將會快速完成；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)耗時復(fù)合控件變化時才調(diào)用復(fù)合控件的setUpdateEnable(true)允許刷新操作，其余時刻均在背景上使用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
系統(tǒng)綜合利用了ARM和FPGA的優(yōu)點(diǎn)，在基于ARM+FPGA的平臺上設(shè)計出靶場破片測速系統(tǒng)；在架構(gòu)于Linux的平臺上設(shè)計了基于Qt／E的嵌入式交互程序，并且針對嵌入式設(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，能夠順利完成靶場測速任務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)清晰、條理嚴(yán)整、程序健壯，這種系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)和對Qt／E程序的優(yōu)化思想對同類設(shè)計具有較大的參考意義。