基于Qt对Linux系统下嵌入软件的研究与应用

文/王星

（苏州长风航空电子有限公司 江苏省苏州市 215151）

1 引言

嵌入式信息管理软件（以下简称ISI软件）运行在Linux操作系统，驻留于计算机及图形板中，主要完成与外部设备通讯、数据处理和应用、控制内部各模块协调工作。

ISI软件架构基于模块化设计思想，采用分层实现的模式,由驱动层、中间逻辑层、应用层组成。驱动层主要包括，基于ipmitool与BMC通过串口通讯实现、基于I²C接口的各子模块与BMC的通讯实现、操作系统信息交互的CLI指令集的调用实现、与信息汇总模块的UDP通讯实现、与音视频采集模块、智能交互模块的TCP通讯实现；中间逻辑层主要包括，通过驱动层获取信息并进行信息处理后反馈给应用层，接受应用层的反馈及控制指令对驱动层进行信息交互和控制；应用层主要包括，实现信息最终的输出及控制指令的确认实现工作。ISI软件的架构设计如图1。

2 开发简介

ISI软件主要功能为，通过UDP组播方式实现汇总后的健康信息上报给信息汇总设备（以下简称SBIT）；通过Qt的QProcess进程机制，采用指令调用、接口监控模式获取BMC模块、计算机及图形模块、智能交互模块的信息；利用Linux操作系统内置的shell提供的管道机制，实现对数据的选择性获取；使用TCP通讯，实现对音视频采集模块的远程控制；利用并通过ipmitool中间件，通过串口实现对BMC模块中各子模块电压、电流、温度、CPU等信息的获取；实现Linux操作系统的开机自启动功能。

ISI软件的信息分为健康信息和控制信息，健康信息包括各模块的电流、电压值、温度、自检状态、运行状态等信息，控制信息主要是信息获取指令、控制指令等，信息流详见图2。

3 信息处理及传输的研究与应用

3.1 UDP传输模式的研究与应用

UDP方式信息上报SBIT可以采取点对点模式或组播模式。

UDP方式信息上报方案如下：

方案1，采用点到点的模式，通过目的源和发送源采用不同的IP地址进行设备区分，实现的是单对单的通讯模式，通讯采用非握手机制进行传输。

方案2，采用组播模式，通过目的源和发送源采用同一组播IP地址的不同端口号进行设备区分，实现的是单对多的通讯模式，通讯采用非握手机制进行传输。

比较两种方案，在实现单一接收源的应用场景中，两种实现机制的优劣基本一致，但如果存在多台接收源时，采用组播方式可以实现一次发送，多点接收，而点对点的模式则需要多次发送。根据应用场景，ISI软件选择的是组播方式。

图1：软件架构逻辑图

图2：软件信息流图

3.2 信息处理的研究与应用

在对大数据信息进行传输时，若数据帧定义按无裁剪方式发送，就单一以发送某一包字节为889字节数据而言，里面含有大量的无用空置信息。为减少主机及自身的性能消耗，我们采用如图3方式组织报文，通过模块标识+数据标识的方式，对ICD数据模块中定义了但不需要上报的信息进行裁剪，以尽量减少数据信息的上报大小，并通过标识号ID区分各段信息。经过裁剪，每次发送字节减少到558字节，这在频繁信息交互中，很大提高了自身及主机运行效率。

图3：数据帧组织图

图4：ISI运行效果图

4 方法实现

4.1 驱动层实现

驱动层实现从如下几个方面实现：

（1）UDP组播驱动实现：区别于常用的点对点的UDP传输模式，我们采用的是UDP组播方式进行驱动开发，组播的最大优势在于一次发送多处接收，避免一个成员对多个成员通讯时，相同反馈的多次发送操作，提高了整机性能；

（2）TCP驱动实现：TCP协议的程序使用的是客户端/服务器模式，在Qt中提供了QTcpSocket类来编写客户端程序，使用QTcpServer类编写服务器端程序。我们在服务器端进行端口的监听，一旦发现客户端的连接请求，就会发出newConnection()信号，我们可以关联这个信号到我们自己的槽函数，进行数据的发送。而在客户端，一旦有数据到来就会发出readyRead()信号，我们可以关联此信号，进行数据的接收；

（3）CLI指令集驱动实现：CLI指令集驱动的实现分为指令执行和指令执行后获取系统反馈信息，使用机制是Qt的QProcess进程机制；

（4）基于ipmitool与BMC串口驱动实现：ipmitool是一种命令行方式的ipmi平台管理工具，支持ipmi1.5规范，基于ipmitool与BMC串口驱动实现，首先通过ipmitool提供的指令命令，开启操作系统物理串口与BMC的连接，并通过QT的QProcess及信号/槽机制，实现指令的执行和BMC提供的健康数据的获取；

4.2 中间逻辑层实现

中间逻辑层作为驱动层和应用层的桥梁，主要实现各信息的处理，对指令的传输及反馈功能。

中间逻辑层从如下几个方面实现：

（1）实现定时时钟片，提供任务调度机制的实现；

（2）建立指令判断机制，对正常指令、异常指令、实时响应指令进行判断并提供反馈标志；

（3）建立信息处理模式，对获取的健康信息进行信息处理；

提供驱动层和应用层API接口实现。

4.3 应用层实现

应用层实现从如下几个方面实现：

（1）上报SBIT模块健康信息实现：软件正常启动后，通过组播周期向SBIT报送初始化结束报文（握手报文），当接收到SBIT（上位机）应答包后，结束发送握手报文，并将以周期向SBIT报送平台数据报文；

（2）获取BMC信息实现：通过任务调度机制，周期调度获取BMC的自检数据，利用Qt强大的字符串检索功能，实现对需要信息的截取和转换及处理工作；

（3）基于Linux系统获取信息功能实现：使用Qt的system（）+Linux系统管道机制实现对系统信息的获取，包括CPU、内存、存储容量占用率、IP信息等内容；

（4）基于Linux系统自启动功能实现：通过注册服务的方式，将ISI软件作为系统服务自动运行；

4.4 ISI软件运行效果图

ISI软件调试完成后，安装在一体机平台上进行了验证，设计达到了预期效果。效果如图4所示。

5 总结

ISI软件是基于Qt+Linux开发，实现嵌入在计算机板上运行的多API接口实现的信息管理类软件，具有很强的针对性和专业代表性。在设计实现过程中，涉及的知识层面包括计算机硬件系统架构，Linux操作系统底层实现，TCPUDP网络通讯，Qt开发平台和C++语言等，鉴于时间和学识有限，一些设计及实现并不是尽善尽美，待完善和补充的内容有很多，请批评指正。