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）

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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