嵌入式Linux学习笔记(六) 上位机QT界面实现和串口通讯实现

　　在上一章我们实现了下位机的协议制定，并通过串口通讯工具完成了对设备内外设(LED)的状态修改，下面就要进行上位机软件的实现了(事实上这部分不属于嵌入式Linux的内容，所以只在本章节讲述下上位机实现的流程和思路,后续维护更新不在进行详细说明，不过下位机界面实现肯定还会涉及这些技术),上位机的界面方案一般指在Windows平台的软件界面开发，如UWP，WINFORM/C#, WPF/C#， QT/C++等，如果说我的个人倾向的话，当然更喜欢的WINFORM/C#技术，一方面C#相对于C++更简单，不会因为复杂的模板和继承机制，导致出问题的报错比代码都长，另一方面网上的资料也多，遇到问题很容易找到解决办法，在我之前实现的应用中，也都是使用WINFORM技术，再加上对于QT/C++根本没有了解过，算是第一次接触(之前接触的都是无界面应用或者使用的Android/Java)，不过对于嵌入式Linux来说，QT/C++是也是十分需要掌握的，既然都要学习，那么上位机选择QT/C++先来熟悉语法和基础，完成上位机QT界面和通讯协议的实现，这也是这篇文章耽误一段时间的原因，在QT还没有熟悉之前，参考例程写应用还可以,清晰的讲清楚还是很困难的，在应用接近大半个月后，也算有些心得，可以进行后续的进度了，下面开始本节的实现吧。

参考资料

　　1. 开源QT例程项目

　　2. 《QT5开发和实例》 -- 参考这本书不是因为写的有深度，而是因为里面全是例程，适合初学者了解

　　3. 《C++ Primer Plus》

QT界面布局实现

　　基于从Winform的界面开发经验，QT界面的布局也是类似，参考上面的例程项目，主要涉及的的窗体有:

　　QFrame:基本控件的基类，用于将功能类似的结构整理在一起

　　QLabel:标签控件，用于显示文字说明

　　QPushButton:按键控件，执行按键动作

　　QTextEdit:编辑文本框控件，用于输入或者显示文本

　　QComboBox:选择框控件，支持下拉菜单的选择

　　QLineEdit:行编辑框,用于行输入和显示文本

　　在掌握基础的基本的布局编辑框后，就可以使用设计栏左边的控件框中，拖出如下的编辑框。

　　在构建完成上述编辑框后，下面就要实现界面内容的填充，主要包含页面布局的显示，下拉框的完善，代码如下:

  //添加COM口

     QStringList comList;

     for (int i = ; i <= ; i++) {

         comList << QString("COM%1").arg(i);

     }

     ui->combo_box_com->addItems(comList);

     //波特率选项

     QStringList BaudList;

     BaudList <<""<<""<<""<<""<<"";

     ui->combo_box_baud->addItems(BaudList);

     ui->combo_box_baud->setCurrentIndex();

     //数据位选项

     QStringList dataBitsList;

     dataBitsList <<"" << "" << ""<<"";

     ui->combo_box_data->addItems(dataBitsList);

     ui->combo_box_data->setCurrentIndex();

     //停止位选项

     QStringList StopBitsList;

     StopBitsList<<""<<"";

     ui->combo_box_stop->addItems(StopBitsList);

     ui->combo_box_stop->setCurrentIndex();

     //校验位

     QStringList ParityList;

     ParityList<<"N"<<"Odd"<<"Even";

     ui->combo_box_parity->addItems(ParityList);

     ui->combo_box_parity->setCurrentIndex();

     //设置协议类型

     QStringList SocketTypeList;

     SocketTypeList<<"TCP"<<"UDP";

     ui->combo_box_socket_type->addItems(SocketTypeList);

     ui->combo_box_parity->setCurrentIndex();

 //    //正则限制部分输入需要为数据

 //    QRegExp regx("[0-9]+$");

 //    QValidator *validator_time = new QRegExpValidator(regx,  ui->line_edit_time);

 //    ui->line_edit_time->setValidator( validator_time );

 //    QValidator *validator_id = new QRegExpValidator(regx,  ui->line_edit_dev_id);

 //    ui->line_edit_dev_id->setValidator( validator_id );

     //默认按键配置不可操作

     init_btn_disable(ui);

     ui->btn_uart_close->setDisabled(true);

     ui->btn_socket_close->setDisabled(true);

　　至此，我们就完成了布局相关的代码。

数据和操作逻辑

　　对于无界面的软件或者方案实现，我们主要关注的是数据在整个逻辑模型之间的流通，转移和处理，对于有界面的软件实现，其实这套逻辑也是存在的。除了涉及界面的处理，其它部分其实也是这套逻辑，不过是将部分数据的源头来自于界面的动作，并且将最后的输出结果从命令行转移到界面的窗口中，如果理解了这一点，就会发现其实带界面的应用实现并没有太困难，这也是我接触QT/C++很短时间就能将Winform和下位机经验快速转换的原因。对于这个项目来说，主要实现的背后数据逻辑包含以下三个方面:

　　1.按键动作的信号和界面的输入信息处理

　　2.硬件通讯相关的串口知识，socket通讯以及涉及的TCP和UDP协议传输

　　3.协议相关的硬件实现和数据处理

　　4.处理结果的界面输出显示

　　其中按键部分的动作和界面输出显示都是QT界面背后的逻辑，包含信号槽的绑定和界面变量的操作方法，如下所示

 //获取设备ID信息

 pMainUartProtocolThreadInfo->SetId(ui->line_edit_dev_id->text().toShort());

 //界面显示的操作

 if(ui->text_edit_test->document()->lineCount() > )

 {

     qDebug()<<"lines do";

     ui->text_edit_test->setText(s);

 }

 else

 {

     ui->text_edit_test->append(s);

 }

　　这部分是涉及QT的基础知识，主要都是积累的技巧，难度不高，建议参考《QT5开发和实例》实例去学习。

　　硬件串口知识和Socket知识就是应用实现需要的其它能力，包含对QextSerialPort和Socket接口的应用，此外为了满足多接口应用同时操作的需求，需要实现多线程的编程，其中串口的应用初始化配置主要包含的有

　　flush:清空缓存区

　　setBaudRate:设置波特率

　　setDataBits:设置数据位

　　setParity:设置奇偶校验位

　　setStopBits:设置停止位

　　setFlowControl:设置流量控制

　　setTimeout:设置接收和发送超时时间

 pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom = new QextSerialPort(ui->combo_box_com->currentText(), QextSerialPort::Polling);

 pMainUartProtocolThreadInfo->m_bComStatus = pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->open(QIODevice::ReadWrite);

 if(pMainUartProtocolThreadInfo->m_bComStatus)

 {

     //清除缓存区

     pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom ->flush();

     //设置波特率

     pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom ->setBaudRate((BaudRateType)ui->combo_box_baud->currentText().toInt());

     //设置数据位

     pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->setDataBits((DataBitsType)ui->combo_box_data->currentText().toInt());

     //设置校验位

     pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->setParity((ParityType)ui->combo_box_parity->currentText().toInt());

     //设置停止位

     pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->setStopBits((StopBitsType)ui->combo_box_stop->currentText().toInt());

     pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->setFlowControl(FLOW_OFF);

     pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom ->setTimeout();

     init_btn_enable(ui);

     pMainUartProtocolThreadInfo->SetId(ui->line_edit_dev_id->text().toShort());

     ui->btn_uart_close->setEnabled(true);

     ui->btn_uart_open->setDisabled(true);

     ui->btn_socket_open->setDisabled(true);

     ui->btn_socket_close->setDisabled(true);

     ui->combo_box_com->setDisabled(true);

     ui->combo_box_baud->setDisabled(true);

     ui->combo_box_data->setDisabled(true);

     ui->combo_box_stop->setDisabled(true);

     ui->combo_box_parity->setDisabled(true);

     append_text_edit_test(QString::fromLocal8Bit("serial open success!"));

     protocol_flag = PROTOCOL_UART;

 }

 else

 {

     pMainUartProtocolThreadInfo->m_pSerialPortCom->deleteLater();

     pMainUartProtocolThreadInfo->m_bComStatus = false;

     append_text_edit_test(QString::fromLocal8Bit("serial open failed!"));

 }

　　串口的通讯读写接口主要包含

　　Write:数据发送接口

　　Read:数据读取接口

 //设备写数据

 int CUartProtocolThreadInfo::DeviceWrite(uint8_t *pStart, uint16_t nSize)

 {

     m_pSerialPortCom->write((char *)pStart, nSize);

     return nSize;

 }

 //设备读数据

 int CUartProtocolThreadInfo::DeviceRead(uint8_t *pStart, uint16_t nMaxSize)

 {

     return m_pSerialPortCom->read((char *)pStart, nMaxSize);

 }

　　socket通讯的的初始化配置包含

　　abort:中断当前的所有连接

　　connectToHost:指定连接到指定的IP地址和端口

　　waitForConnect:等待服务器的连接

　　waitForBytesWritten:等待数据发送完成

　　waitForReadyRead:等待数据可以接收

　　此外，还包含和Socket通讯相关的

　　信号:connect <-> 槽函数:slotConnected

　　信号:diconnect <-> 槽函数:slotDisConnected

　　信号:readyRead <-> 槽函数:dataReceived

　　具体代码实现如下:

 void CTcpSocketThreadInfo::run()

 {

     bool is_connect;

     int nLen;

     int nStatus;

     m_pTcpSocket = new QTcpSocket();

     m_pServerIp = new QHostAddress();

     connect(m_pTcpSocket, SIGNAL(connected()), this, SLOT(slotConnected()));

     connect(m_pTcpSocket, SIGNAL(disconnected()), this, SLOT(slotDisconnected()));

     connect(m_pTcpSocket, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(dataReceived()));

     for(;;)

     {

         if(m_nIsStop)

             return;

         nStatus  = m_pQueue->QueuePend(&SendBufferInfo);

         if(nStatus == QUEUE_INFO_OK)

         {

             m_pTcpSocket->abort();

             m_pTcpSocket->connectToHost(*m_pServerIp, m_nPort);

             nLen = this->CreateSendBuffer(this->GetId(), SendBufferInfo.m_nSize,

                                                            SendBufferInfo.m_pBuffer, SendBufferInfo.m_IsWriteThrough);

             is_connect = m_pTcpSocket->waitForConnected();

             if(is_connect)

             {

                 emit send_edit_test(QString("socket client ok"));

                 this->DeviceWrite(tx_buffer, nLen);

                 //通知主线程更新窗口

                 emit send_edit_test(byteArrayToHexString("Sendbuf:", tx_buffer, nLen, "\n"));

                 //等待发送和接收完成

                 m_pTcpSocket->waitForBytesWritten();

                 m_pTcpSocket->waitForReadyRead();

             }

             else

             {

                 emit send_edit_test(QString("socket client fail\n"));

             }

             qDebug()<<"thread queue test OK\n";

         }

     }

 }

　　完成上述接口应用的实现，后续的逻辑就是涉及协议实现的部分，这部分的实现与协议相关的章节实现一致，具体如下，包含

　　CreateSendBuffer:生成发送数据

　　DeviceRead:数据接收

　　DeviceWrite:数据发送

　　CheckReceiveData:接收数据，并校验

　　ExecuteCommand:执行指令的处理

　　如此变完整实现了整个数据逻辑的框架，完成了从按键数据发送触发，协议数据发送和接收处理，接收界面显示的完整流程，最后实现如图所示的功能:

　　至此，我们对于QT上位机界面的基本应用框架已经实现完毕，后续就是在该平台的基础上构建新的接口实现，满足不同应用的需求，因为本身这个系列是学习嵌入式Linux开发的，虽然后续肯定会在这份代码的基础上区完善上位机的应用，但对于上位机的说明目前就浅尝辄止了(毕竟本系列的实现并非嵌入式开发)，不过在应用开发中，我对曾经学到的类的继承和派生，模板，lambda表达式都有了进一步的实践和应用，加深了相关的理解，也算是意义非凡了，至于代码的地址，参考第一章节的github开源地址中upper_app的内容，包含全部的代码实现。