基于RK3399+Linux QT地面测试台多参数记录仪测试平台软件设计(二）

Posted 2023-03-05 深圳信迈科技DSP+ARM+FPGA

rk3399 是由本土芯片厂商瑞芯微（ Rockchip ）研发的高性能、低功耗 “ 中国芯 ” 。在 2016 年 4 月， rk3399 首次在香港举行的电子展上亮相。芯片使用六核大 LITTLE 处理器： 包括四核的 Cortex-A53 和双核的 Cortex-A72 ，主频可达 2.0GHz 。芯片兼容 3G 、 4G 网 络通讯，接口资源丰富、整体性能方面优异，比如 USB3.0 、 MIPI 双摄像头等设备接口。 在操作系统的使用上也有很多可选性，用户可以选择 android/Linux/Debain 等作为操作 系统，也可以选择菲尼克斯、 Flint OS 等轻型办公开发环境，常用软件都可兼容。 在硬件接口上， rk3399 提供了大量的资源，信迈RK3399开发板外观和具体接口定义如图 2.5 所 示。 rk3399 有以下独特优点： 1. 显示接口丰富。还可以根据需求双屏同显或者双屏异显。视频方面支持双 MIPI 、 HDMI 、 EDP 、 DP 等众多主流显示输出口。 2. 网络通道多样化。双频无线网络接收（ 2.4GHz/5GHz ），千兆以太网口，蓝牙通 信 4.1 。此外开发板上还接有 Mini PCle 口，可以扩展 3G 和 4G 通信。 3. 外设接口齐全。 USB2.0/3.0HOST ，独立 PCIE 接口。常规的串口调试， 42Pin 的 GPIO 接口方便开发者调试使用。 4. 操作系统兼容性强。 Linux ， Ubuntu ， Debain ， Android 等开源操作系统，用户可 自己选择合适的固件进行烧写。

 

以某型号数据记录仪的工作需求为目标，根据测试 工作流程，以 Linux-Qt 为主要开发手段，设计一款功能完备、界面友好、操作简洁的测试台软件。 3.1 软件设计原理 根据需求和总体设计软件分为三个工作模式，功能模块图如图 3.1 所示。从图中可 以明显看到软件包括模拟信号源、存储器检测回读、数据处理三个功能窗口。每个窗口 功能独立，又紧密结合。可以配合工作进行测试，也可以单独工作进行某一项测试。

首先是模拟源窗口，主要负责飞行实验前地面数据源模拟，由上位机发送指令控制 测试台中的主控 CPU ，产生 5 路开关量、 2 路模拟量、 1 路 422 数据， 5 路网络数据。 目的是为了在飞行试验前，对系统的整个流程进行测试。通过发送已设定好的模拟数据 并存储到 Flash 中，然后回读数据，经过初步对比和进一步数据处理来验证整个系统的 工作状态。存储器检测回读窗口包括网络配置、存储器选择、查询当前存储状态、读取 次数和读取量设置、停止读数、记录仪擦除等功能，核心任务是对已经存在 Flash 中的 数据进行回读。最后是数据处理窗口，主要功能是对已经回读并存放到桌面的的原始数 据文件进行分离，按照不同通道将数据分开，便于单独研究。 通讯模式采用串口指令收发和 UDP 数据回读两种。其中串口通讯采用发送 + 反馈的 方式，保证每一条指令的准确度，同时在软件界面给予即时显示，退出时生成 .log 日志 文件，便于查看。 下位机收到某一条指令以后会及时给予反馈。当上位机发送数据回读指令时，记录 仪通过网络 UDP 传输将已存到 Flash 中的数据传回上位机并储存为本地文件，进行下一 步处理。数据包格式为：帧头 + 帧计数 + 数据 + 校验和。表 3.1 、 3.2 为详细的控制指令表。

 

软件功能包括以下内容： 1 ，用户可以在软件开机界面选择工作模式。包括模拟源模式 / 数据回读模式 / 数据分 离模式。 2 ，在模拟源模式下，软件通过发送串口指令使能测试台中的继电器，同时控制 CPU 产生模拟数据源。操作方式分为自动和手动两种。实验过程中可随时开启或关闭任意一 路开关量，方便测试系统的某一路开关是否正常工作。 3 ，在数据回读模式下，上位机通过查询指定存储器中的存储信息选择读取数据，读 数过程中不能进行其他操作。读数完毕后，可根据需求擦除数据记录装置（整体擦除）， 擦除前需要再次确认。 4 ，数据分离模式。对已经回读并存储的数据文件进行进一步分离，用户可按照需求 分离一路或者多路数据。每路数据分离互不干扰，都是独立的功能模块。 3.2 Qt 信号通信机制 作为一款上位机控制软件，与通过指令收发的形式与下位机进行通信是其主要职能。 使用 Qt 开发，首先要考虑通信问题。信号与槽（ Signal & Slot ）机制是 Qt 软件独创的 一种通信方式 [16] 。信号类似与一个开关，而槽函数类似于一个灯泡。当开关触发后，灯 泡开始工作。信号与槽也是如此 [17] 。当表示信号函数的事件触发后，比如点击一个按钮， 就会发出一个信号，需要实现的目的就是槽函数要表达的信息。它隐藏了复杂的底层实 现，完成信号和槽的关联后，发射信号并不需要知道 Qt 是如何找到槽函数的 [18] 。与某 些开发框架的回调函数（ callbacl ）相比，信号与槽这种机制更加灵活多变，也让 Qt 在 界面设计时，对各个组件的编程目标更加明确。 信号和槽函数是用 QObject::connect() 函数进行连接的的。一般写成： QObject::connect(sender,SIGNAL(signal()),recevier,SLOT(slot())); 或者 connect(sender,SIGNAL(signal()),recevier,SLOT(slot()));//QObject 可省略 在上面的函数中， sender 表示发出信号的控件名， signal() 是该信号的名称。比如按 钮的点击，文本框的输入等。同理， recevier 表示接收信号的类名称，可以是窗体，或 者对话框等。 slot() 函数为相对应的槽函数，表明接收信号的类要执行的操作 [19] 。可以是 窗体的弹出，或者显示一段文本。在使用信号和槽函数机制进行编程时，需要明确以下 内容： 4. 一个信号允许与数个槽函数进行配对，数个信号也能够关联相同的槽函数 [20] 。信 号与槽函数之间并没有固定的数目匹配。需要注意的是，当一个信号与几个槽函数连接 时，槽函数的实现需要参照具体程序，根据程序中关系的先后依次进行。这种一对多， 多对一的对应关系可以用图 3.2 表示。 5. 不同信号之间也能够互相建立关系。并不是信号必须对应槽函数。信号也可以触 发另一个信号，再去响应一个或几个槽函数，可以根据具体的情况灵活运用 [21] 。 6. 信号与槽函数的关联方式是很迅速的、即时的。类似于中断，当触发了一个信号 槽函数时，会立刻执行。只有这个槽函数执行完毕，主程序才会继续运行 [22] 。 信号与槽函数的通信机制是 Qt 编程的根本原则。除此之外，还有一些函数需要事件 去触发。比如鼠标操作和键盘的键入。这些操作在 Qt 中都有对应的函数来响应。图 3.3 为常见的几种事件处理函数 [23] 。 3.3 软件程序界面的设计和实现 根据 Qt 的通信机制，结合项目需求，软件除开机界面外，设计为三个功能窗口。分 别是模拟源窗口、数据回读窗口、数据分离窗口。 3.3.1 开机界面 开机界面显示软件名称和版本号以及软件功能入口。包括模拟源窗口、数据回读窗 口、数据分离窗口三个功能窗口。每个窗口都是功能独立，互不干扰。使用时，可以根 据具体需求选择对应的的功能按钮。开机界面如图 3.4 所示。

3.3.2 地面数据模拟窗口 地面数据模拟是整个系统的必要一环。在飞行试验前，有必要用模拟数据来检测记 录仪的工作情况。模拟源分为手动和自动两种模式。模拟源窗口界面如图 3.5 所示。 点击系统上电后，软件发指令给 CPU ，控制继电器工作，系统上电。手动模式下可 以自由选择任意开关量和模拟量进行测试，方便检查系统某一路是否故障。自动模式下， 软件只发送一条指令。 CPU 收到指令后，会自动上电，依次启动各路开关量和模拟量数 据，并记录在存储器中，实现操作自动化。测试台上都有相应的信号灯显示某一路开关 是否打开。右边窗口显示即时操作信息和反馈信息。 模拟源模式的工作时间可以自行控制，通常试验时间为 3-5 分钟。其中，每一路开 关量数据的开关时间均以数据的形式存存储器中，回读后可以通过数据直观的看到每个 开关的启动时间和顺序。图 3.4 中 < 系统上电 > 和 < 自动模式 > 按钮均为为复用按钮，点击 一次就会变 < 系统断电 > 和 < 停止测试 > 。测试台中的主控 CPU 负责对收到的数据进行总 体的编帧存储。 3.3.3 数据回读窗口 数据回读是整个软件功能的核心部分。负责将已经编帧并存储到 Flash 中的数据回 读到上位机。硬件接口为百兆以太网接口芯片 W5300 ，采用 UDP 协议进行回读。回读 后的数据存储到桌面上，数据格式为 .hex 文件。窗口界面如图 3.6 所示。 首先点击 < 系统上电 > 按钮，然后配置网络 IP 和端口号。点击 < 连接>按钮，界面显 示当前网络连接状态。接着选择存储器。系统装配有两个存储器芯片，且均有备份，确 保数据保存完整。点击 < 读取记录器信息 > 按钮，会在界面显示当前存储器的存储状态， 包括上电次数，数据大小等信息，用户可根据显示的信息选择读取次数和读取量，点击 < 读主存储器 > 或者 < 读备存储器 > 开始读数。数据会保存到桌面，以读取时间命名。读取 结束后，文本框内会有提示。最后点击 < 停止读数 > 按钮，使 FPGA 端空闲。用户也可以 根据情况选择擦除存储器。界面右侧文本框内容为操作步骤。每一步操作和反馈均在下 方文本框内即时显示。每个按钮在上一步操作未完成之前，都是灰色不可用的，这样做 的目的是为了防止用户误操作。读取结束后点击 < 退出 > 按钮，退出当前界面，返回主界 面，执行下一步操作。 3.3.4 数据分离窗口 数据分离窗口的主要功能是对已经回读的原始数据文件进行分离。数据分离窗口界 面如图 3.7 所示。

图中每一个按钮都代表分离一路数据。点击每个按钮，自动弹出文件索引窗口，选 择分离已经回读的任意一次原始数据。分离结束后，弹出信息提示框表明分离结束。输 出的子数据文件存放到桌面上。通过分离数据，进一步观察分析每一路数据，与预先设 定好的模拟数据作对比，进而对整个系统的运行情况作出结论。 数据分离基本思路是按照不同通道数据的帧头进行分离。由于每个通道的数据都是 独立互不影响的，且数据格式固定，即帧头 + 帧计数 + 数据 + 校验和。所以按照帧头判断 可以很准确的将原始数据分离开来。分离过程程序设计流程图如图 3.8 所示

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