2.1系統(tǒng)硬件框架圖

如上圖，系統(tǒng)上位機中使用的微處理芯片是三星公司的 arm920T S3C2410A；Flash存儲器采用 Samsung公司的 K9F1208U0M Nand Flash存儲器,存儲容量為 64MB，這種非易失性存儲器是高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案，它能擦寫一百多萬次，具有很長的使用壽命； SDRAM存儲器采用 HY57V561620CT,在此使用兩塊，每塊大小為 32MB；為了實現(xiàn)人機交
互，以及從系統(tǒng)便攜等方面考慮，系統(tǒng)使用了觸摸屏，當然還擴展出串口、網(wǎng)口等，以上就是整個系統(tǒng)上位機的硬件框架。上位機和下位機間的通信設備使用的是 EZ-USB68013，它負責從上位機接受數(shù)據(jù)和命令，并把下位機實驗數(shù)據(jù)以及各種狀態(tài)返回到上位機，而它在 linux下驅動編寫和移植留到下面再討論。
2.2系統(tǒng)上位機軟件組成
針對上面所討論的系統(tǒng)硬件構成，以及系統(tǒng)所要完成的功能，下面對系統(tǒng)上位機的軟件組成進行討論。如下是系統(tǒng)上位機的軟件組成：

2.2.1嵌入式操作系統(tǒng)設計與移植
在整個系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)中內(nèi)核的配置和移植是非常重要的，本系統(tǒng)使用的是韓國 mizi公司免費提供的嵌入式 linux操作系統(tǒng)，本操作系統(tǒng)體積小、方便剪裁，同時它又包含了現(xiàn)有使用的大部分外圍設備的驅動，因此，使用此操作系統(tǒng)可以降低開發(fā)成本、加快系統(tǒng)的開發(fā)。Arm-linux嵌入式操作系統(tǒng)的移植主要包括如下幾步：①建立交叉編譯環(huán)境。交叉編譯環(huán)境的建立是進行 arm嵌入式項目開發(fā)的基礎，它的搭建主要需要三個軟件包：binutils、 gcc、glibc。其中 binutils主要用于生成一些輔助工具，如 objdump、as、ld等；gcc是用來生成交叉編譯器 arm-linux-gcc；glibc主要提供用戶程序所使用的一些基本的函數(shù)庫。當然，交叉環(huán)境的搭建是比較復雜的，很多步驟都涉及到硬件平臺的選擇，因此，本系統(tǒng)使用的是成都博睿公司所提供的交叉編譯器，而對交叉環(huán)境的具體搭建這里就不作進一步的討論了。
②修改配置文件，配置內(nèi)核。修改配置文件使系統(tǒng)啟動時自動掛載 devfs文件系統(tǒng)，配置內(nèi)核使內(nèi)核支持 yaffs文件系統(tǒng)。③根據(jù)系統(tǒng)需求添加相應的外圍設備的驅動。本系統(tǒng)中使用了 EZ-usb68013來實現(xiàn)上、下位機的數(shù)據(jù)通信，那么就必須要在上位機中添加該通信設備的驅動。如下是在嵌入式 linux操作系統(tǒng)中 EZ-usb68013設備驅動添加的步驟：首先，通過修改內(nèi)核中/driver/usb下的 usb-skelon.c文件，在 usb-skelon.c中添加 EZ-usb68013設備的 PID和 VID,并修改該目錄下的 config.in和 Makefile文件，各添加一行內(nèi)容，分別為：“dep_tristate ‘ USB 68013 driver support‘ CONFIG_USB_68013 $CONFIG_USB”和 “obj-$(CONFIG_USB_68013)+= usb68013.o”，這樣就把 EZ-USB68013設備驅動編譯進 Linux內(nèi)核(當昀后系統(tǒng)啟動后,在/dev/usb下出現(xiàn) EZ-usb68013的設備節(jié)點 skel0)；然后，選中內(nèi)核對應的配置選項，編譯后生成內(nèi)核的移植鏡像文件。[!--empirenews.page--]
另外，在這里還簡單介紹下系統(tǒng)的文件系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用的文件系統(tǒng)是busybox，busybox它具備了linux中一些昀基本的指令，同時它昀主要的一個特點就是占用空間小，是 embedded文件系統(tǒng)中昀理想的選擇。
2.2.2圖形庫 qte的配置和移植
Qte是荷蘭 Trolletch公司的圖形化界面開發(fā)工具 Qt的嵌入式版本，它通過Qt API與Linux I/O直接交互，擁有較高的運行效率，而且整體采用面向對象編程，擁有良好地體系架構和編程模式，它采用 framebuffer作為底層的圖形接口，并使用 c++進行封裝，具有良好的移植性,同時，我們可以把用 Qt的Designer開發(fā)出來的GUI應用程序，通過交叉編譯后可直接移植到Qte嵌入式平臺。
本系統(tǒng)使用的是Qt-embedded-3.3.2作為系統(tǒng)的基礎圖形庫，在進行圖形庫編譯之前，為了能使移植后的圖形庫支持觸摸屏，則需對圖形庫源碼進行如下修改：①在源文件包的 /src/embedded下的qmouselinuxtp_qws.h中添加兩行代碼 #define QT_QWS_IPAQ和#define QT_QWS_IPAQ_RAW；②對 qmouselinuxtp_qws.cpp做如下的修改，即把源文件中打開的觸摸屏設備節(jié)點要改成自己所用觸摸屏設備節(jié)點，如本系統(tǒng)中改成為：/dev/touchscreen/0raw。通過如上的修改后就可以對圖形庫進行配置了，即如下： ./configure -embedded arm -qt-mouse-linuxtp -qt-kbd-usb,配置、編譯成功后，將 /lib下的庫文件移植到目標板上的 /lib目錄下，這樣就完成了圖形庫Qte及觸摸屏支持的配置和移植。
3 Qte平臺上用戶應用程序模塊的實現(xiàn)
3.1 本系統(tǒng)應用程序模塊分析
本系統(tǒng)的用戶應用程序用qt跨平臺語言編寫，通過交叉編譯后移植到目標板上，而應用程序主要包括如圖3所示的幾個模塊：實驗顯示模塊、 usb通信模塊、儀器實驗控制模塊、數(shù)據(jù)庫模塊，另外還有數(shù)據(jù)打印模塊等。

⑴實驗顯示模塊它包括系統(tǒng)的主界面、實驗數(shù)據(jù)輸入和結果顯示界面。其中主界面通過菜單控件按鈕來調用其它的模塊，試驗數(shù)據(jù)輸入界面是在儀器試驗當中輸入時間和試驗樣品的質量數(shù)等，而結果顯示界面是把由 usb通信設備返送回來的下位機試驗所得結果及下位機的狀態(tài)顯示出來。
⑵儀器試驗控制模塊。儀器試驗模塊是本系統(tǒng)昀重要的程序模塊，系統(tǒng)要完成的各項功能都是在此模塊中來設計和實現(xiàn)的，在本嵌入式工控量熱儀中，它具體要完成的任務是以下一些：往下位機發(fā)送命令，控制下位機試驗的開始和停止；采集下位機試驗溫度；控制下位機內(nèi)、外桶水位平衡；同時，當試驗結束后，控制 usb通信設備把下位機的試驗結果采集回來等。
⑶usb通信模塊。 usb通信模塊在前面也已經(jīng)簡單的介紹過它主要的功能是負責把從上位機接受來的輸入數(shù)據(jù)和控制命令發(fā)送到下位機，同時又把下位機的試驗結果返送回上位機。因此為了能使數(shù)據(jù)的準確傳輸，在應用程序中定義了兩個用以接受和傳輸數(shù)據(jù)的結構體 struct DOWN_DATA、UP_DATA，每個結構體是 64字節(jié)。而在程序中對 usb68013通信設備的操作是利用Linux下的設備文件的 I/O操作，打開 usb68013通信設備是： open( "/dev/usb/skel0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY )，其中 skel0是usb68013設備在系統(tǒng)中的設備節(jié)點。成功打開通信設備后就可以進行上、下位機的數(shù)據(jù)通信了，即往設備上發(fā)送數(shù)據(jù)和從設備上讀取數(shù)據(jù)，這分別為： write(m_hDev,(UCHAR*)writeBuffer,64)、 read(m_hDev,(UCHAR*)readBuffer,64)，這樣就成功的實現(xiàn)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的通信。
⑷數(shù)據(jù)庫模塊。本工控量熱儀由于是用來測量某種樣品的發(fā)熱量的，那么，通常要對此樣品進行多次的試驗，再來取平均值，因此，利用數(shù)據(jù)庫對試驗結果的保存是非常必要的。在本系統(tǒng)中使用的是sqlite-3.3.6這一零配置的數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)庫它主要的特點就是體積小、封裝了一些基本的數(shù)據(jù)庫API接口函數(shù)、操作簡單、易于移植，是嵌入式系統(tǒng)中昀理想的數(shù)據(jù)庫。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)及測試
通過上面的討論，本系統(tǒng)的各模塊都已經(jīng)成功的設計出并得以實現(xiàn)。由于系統(tǒng)基于 QTE設計出圖形用戶界面，則提供良好的人機交互，使系統(tǒng)更易于操作和管理。經(jīng)過試驗測試，本系統(tǒng)上位機各模塊能夠很好的達到設計的目標，整個上位機系統(tǒng)控制下位機試驗，并把結果正確顯示出。如圖4所示為系統(tǒng)圖形用戶界面的試驗控制模塊。

4 結論
本文根據(jù)需要對嵌入式工控量熱儀的上位機軟、硬件平臺設計和構建進行了深入的討論，并得出了方案的詳細實現(xiàn)過程，昀終還給出了系統(tǒng)試驗測試框圖，從而驗證了嵌入式工控量熱儀的可行性、實用性。本系統(tǒng)的創(chuàng)新點有以下幾點：①系統(tǒng)上位機利用arm嵌入式平臺來代替原來的pc機，這樣使成本降低了，昀重要就是嵌入式平臺相比于 pc機體積更小，這樣設備就越便攜、實用；②系統(tǒng)使用QT跨平臺語言來編寫系統(tǒng)的應用程序，這樣程序具有良好的移植性，同時，系統(tǒng)設計開發(fā)出用戶界面，并用觸摸屏代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鼠標和鍵盤，具有友好的人機交互。