基于嵌入式技術的靶場破片測速系統設計

按照系統應用要求，將GUI設計分為：參數設置模塊、系統測試模塊、結果查看模塊和存儲管理模塊四個模塊。參數設置模塊負責對破片測速系統所需要的各種參數進行設置，主要包括標靶分組、標靶間距、標靶類型、最長計數時間。在設置過程中，GUI自動對所設置的參數進行檢測，如果參數設置不正確，將產生錯誤提示。系統測試模塊負責在試驗前對整個系統進行測試。通過人為給出觸發信號可在LCD上可視化的查看系統是否正常工作，通道可否正常觸發，FPGA可否正常計數等。結果查看模塊負責對測試結果進行顯示。在試驗完成，獲得測試數據后，經過運算，就可以表格和分布圖兩種方式給出破片的觸發時刻值和速度值，快速直觀。存儲管理模塊負責系統參數及測試數據的保存和
讀取，以進行試驗數據的進一步分析。系統擁有脫機設置功能，即可在試驗前未連接標靶的情況下，脫機進行參數設置，設置完畢后可保存所有設置參數。試驗時，只要選擇保存的參數就可直接載入脫機設置的參數，極大增強了系統工作的靈活性。
3．2 Qt／E程序優化
嵌入式設備的顯著特點是CPU主頻不高，資源有限。因為這個局限性，許多在計算機上運行流暢的Qt／E程序在嵌入式設備上反應滯后，在極端情況下甚至會出現短暫的界面凍結現象。為了提高嵌入式GUI的反應速度，對Qt／E應用程序設計就提出了更高的要求。本文在界面設計中，針對GUI運行中出現的問題，對Qt／E程序進行了一些優化，經過優化后，界面的反應速度明顯改善。
3．2．1 采用靜態鏈接代替動態鏈接
與靜態鏈接相比，動態鏈接的優勢在于動態庫可被多個進程復用，從而減少了對系統內存的使用。但是動態鏈接的這種優越性是有代價的，由于進程在初始化時要加載并且初始化大量的動態庫，當需要加載的動態庫比較多或者動態庫比較龐大時，直接的影響就是降低進程啟動速度；另外一個影響是系統運行時因為函數的鏈接也要耗費一些時間。
嵌入式Qt／E程序如果使用動態鏈接就面臨這個問題。一般來說，為了保證程序的基本功能，即使經過裁減后，Qt／E動態庫也有將近10 MB大小，這些動態庫在嵌入式平臺上的加載將耗費大量時間。針對這個問題，一種解決方法是采用prelink預鏈接的方法先確定每一個動態庫在內存的加載位置，從而省去動態庫重定位這一過程。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。
由于本系統設計為專用系統，僅有一個GUI程序，可采取對Qt／E庫靜態鏈接的方式來提高啟動和運行速度。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庫，在編譯Qt／E程序時選擇鏈接庫為靜態庫。經過測試，采用靜態鏈接的方式，由于在進程初始化時不用再去加載Qt／E的動態庫，極大提高了進程的啟動速度；在運行過程中，由于節省了函數鏈接時間，程序的運行速度有所提高；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動態庫，故占用的FLASH空間有限。
3．2．2 使用基礎控件代替復合控件
加快界面反應速度最直接有效的方法就是減少界面中的控件數，這里的控件數，準確地說，指的是QWidget等基礎控件的數量。在實際程序設計過程中，一個有效設計方法是對一些復合控件盡可能使用基礎控件代替。Qt／E中提供了許多功能強大的復合控件，這些復合控件通常是由多個基礎控件復合而成的，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行。以表格的繪制為例，如果表格使用復合控件QTableWidget實現，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用每個子控件的paintEvent()函數，子控件越多，函數調用次數相應的也越多，極大地占用了CPU時間，極端情況下甚至會由于paintEvent事件過多而堵塞事件隊列，影響界面的正常運行。而如果用基礎控件QWidget實現表格，只需調用一次基礎控件的paintEvent()就可以在paintEvent()函數中自定義實現表格的繪制，雖然書寫代碼量可能會大一些，但是函數調用次數少，并且可以做到對表格每一個局部刷新區域的有效控制，避免許多無用操作，在嵌入式平臺上，反應速度明顯加快。
3．2．3 采用延遲刷新方法
當不可避免要用到復合控件時，如果用到的復合控件構成復雜、刷新耗時，為了盡可能降低這些復合控件對整體界面運行的影響，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合控件的刷新。
傳統的雙緩沖繪圖是在內存中開辟一塊緩沖區，將緩沖區看作一幅位圖，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，為了解決耗時復合控件和整個界面在刷新時的矛盾，本文的思路是當界面，需要刷新時先不刷新復合控件，而是在背景上用一幅畫布替代復合控件區域，當界面刷新完畢后，再進行復合控件的刷新。經過測試，這種方法特別適合于復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合控件后，當需要刷新界面時，構造一幅畫布QPixmap，利用QPixmap：：grabWindow()函數在畫布上繪制出該復合控件所占區域圖形，由于這個函數只是對窗口像素點進行繪制，并不調用控件的paintEvent()函數，而嵌入式設備的分辨率一般不高，因而花費時間有限；對復合控件利用setUp-dateEnable(false)函數禁用復合控件刷新功能后，調用QApplieation：：proeessEvent()完成界面除復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()函數中調用QPainter：：drawPixmap()函數將畫布QPixmap繪制于背景的復合控件區域上。這時，就可看到界面的刷新效果。由于耗時復合控件的禁止刷新，整個刷新過程將會快速完成；最后再調用復合控件的setUpdateEnable(true)重新使能復合控件的刷新功能。更進一步的方法是，只有當耗時復合控件變化時才調用復合控件的setUpdateEnable(true)允許刷新操作，其余時刻均在背景上使用QPixmap繪制代替。采用這種方法相當于把耗時復合控件的刷新延遲，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 結語
系統綜合利用了ARM和FPGA的優點，在基于ARM+FPGA的平臺上設計出靶場破片測速系統；在架構于Linux的平臺上設計了基于Qt／E的嵌入式交互程序，并且針對嵌入式設備的不足，提出Qt／E程序的優化意見和方法。系統經過試驗檢測，能夠順利完成靶場測速任務。系統設計結構清晰、條理嚴整、程序健壯，這種系統設計結構和對Qt／E程序的優化思想對同類設計具有較大的參考意義。