熊 萱 杜 祝 譚欽文

（1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所 武漢 430079）（2.中國(guó)石化化工銷(xiāo)售有限公司華中分公司 武漢 430079）

1 引言

嵌入式系統(tǒng)的廣泛使用和日益增加的用戶(hù)需求，使得簡(jiǎn)單的圖形用戶(hù)界面（Graphical User Interface，簡(jiǎn)稱(chēng)GUI）已無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)易用性的要求，而具有友好GUI的嵌入式系統(tǒng)將成為必然選擇［1～3］。QT Quick是 Qt4.7中推出的一項(xiàng)新技術(shù)，它引入了一種陳述性的腳本語(yǔ)言QML，用于動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和描述GUI，使設(shè)計(jì)過(guò)程快速靈活，易于使用。

在開(kāi)發(fā)一個(gè)復(fù)雜的嵌入式軟件項(xiàng)目時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到這樣一個(gè)問(wèn)題：整個(gè)系統(tǒng)按照功能結(jié)構(gòu)被劃分成多個(gè)模塊，如何保證各個(gè)模塊間的獨(dú)立性，即保證各個(gè)模塊間的松散耦合性和模塊自身的高內(nèi)聚性，使整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)功能層次結(jié)構(gòu)分明，模塊間的通信簡(jiǎn)潔明了。特別地，該問(wèn)題在具有GUI功能的嵌入式軟件項(xiàng)目中顯得尤為突出。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文基于QT Quick技術(shù)，提出了一種消息分發(fā)模型，并對(duì)該模型實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，最后，結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，詳細(xì)闡述了消息分發(fā)模型的連接關(guān)系和分發(fā)流程。

2 基于QT Quick的消息分發(fā)模型

結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用構(gòu)建消息分發(fā)模型如圖1所示。

整個(gè)消息分發(fā)模型分為三個(gè)層次：消息收發(fā)層、邏輯處理層及界面顯示層。消息收發(fā)層與邏輯處理層由C／C＋＋語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，界面顯示層主要由QML語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

圖1 消息分發(fā)模型

消息收發(fā)層為消息分發(fā)的主模塊，一方面完成與外界消息的接收與發(fā)送功能，另一方面根據(jù)消息的接收目標(biāo)完成消息的下發(fā)功能；邏輯處理層由消息處理子模塊組成，主要完成消息的邏輯處理，并與界面進(jìn)行交互控制的功能；界面顯示層涵蓋了所有界面模塊，完成界面的呈現(xiàn)及與用戶(hù)交互的功能。

該消息分發(fā)模型有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1）采用分層架構(gòu)，結(jié)構(gòu)層次分明，功能層次清晰，提高了架構(gòu)的穩(wěn)定性和維護(hù)性；

2）與外界采用消息方式進(jìn)行交互，降低了與外界模塊的耦合度，開(kāi)發(fā)人員可根據(jù)工程實(shí)際運(yùn)用環(huán)境靈活實(shí)現(xiàn)消息交互方式，例如網(wǎng)絡(luò)報(bào)文方式、進(jìn)程間通信方式等；

3）模型中的邏輯控制比重（占整個(gè)系統(tǒng)）也可根據(jù)實(shí)際需求靈活劃分，提高了整個(gè)分發(fā)模型的彈性力度。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

任何嵌入式應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，都會(huì)涉及UI與APP的通信機(jī)制選擇問(wèn)題，下面就QT特有的通信機(jī)制及實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題進(jìn)行探討。

3.1 QT的消息機(jī)制

在QT開(kāi)發(fā)環(huán)境中，對(duì)象間的通信是利用“信號(hào)和槽”（signal and slot）的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種機(jī)制為消息分發(fā)模型的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)?！靶盘?hào)和槽”是QT自行定義的一種通信機(jī)制［4～6］：當(dāng)指定的信號(hào)發(fā)射出去時(shí)，與該信號(hào)相連接的所有槽函數(shù)將會(huì)立刻執(zhí)行。信號(hào)與槽的關(guān)聯(lián)［7］是通過(guò)調(diào)用QObject對(duì)象的connect函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它是連接信號(hào)和槽的橋梁。

信號(hào)和槽的連接方式如圖2所示，當(dāng)發(fā)射者（Object 1）發(fā)射信號(hào)（signal 1）時(shí)，接收者（Object 2）的槽函數(shù)（slot 1）想要被調(diào)用，只需使用connect（Object 1，signal 1，Object 2，slot 1），就可以實(shí)現(xiàn)。

圖2 信號(hào)與槽的連接示意圖

需要特別指出的是，可以將多個(gè)信號(hào)與單個(gè)槽進(jìn)行連接，也可以將單個(gè)的信號(hào)與多個(gè)槽進(jìn)行連接，甚至還可以將一個(gè)信號(hào)與另外一個(gè)信號(hào)相連接［8］。

3.2 消息的封裝傳遞

在各軟件模塊間，經(jīng)常是以消息形式進(jìn)行通信［9］。借助QT的信號(hào)和槽機(jī)制進(jìn)行消息傳遞，關(guān)鍵難點(diǎn)在于信號(hào)與槽間如何傳遞復(fù)雜的參數(shù)，即自定義消息結(jié)構(gòu)體。下面以一個(gè)自定義消息結(jié)構(gòu)體為例，具體闡述實(shí)現(xiàn)步驟：

1）自定義消息結(jié)構(gòu)MsgStruct，可按照自己需求定義消息的結(jié)構(gòu)，一般包括消息類(lèi)型、處理對(duì)象及傳遞參數(shù)等相關(guān)信息；

2）使用Q＿DECLARE＿M(jìn)ETATYPE對(duì)消息結(jié)構(gòu)體進(jìn)行宏定義：

Q＿DECLARE＿M(jìn)ETATYPE（MsgStruct）；

3）以QVariant的形式對(duì)該消息結(jié)構(gòu)體進(jìn)行封裝：

4）在構(gòu)造函數(shù)中對(duì)QVariant進(jìn)行注冊(cè)：

qRegisterMetaType＜QVariant＞（"QVariant"）；

這樣，在信號(hào)和槽的機(jī)制中就可以使用QVariant作為參數(shù)類(lèi)型進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞了：

1）發(fā)射信號(hào)中帶有該消息結(jié)構(gòu)的參數(shù)：

2）連接接收帶有該消息結(jié)構(gòu)參數(shù)的槽函數(shù)：

3）在槽函數(shù)中處理消息：

3.3 QML與C＋＋對(duì)象交互機(jī)制

對(duì)于一個(gè)C＋＋對(duì)象而言，任何數(shù)據(jù)都可以通過(guò)QT的MetaObject System嵌入QML上下文中，同時(shí)，任何的QML對(duì)象數(shù)據(jù)也都可以通過(guò)Metaobject system在C＋＋端進(jìn)行直接訪(fǎng)問(wèn)［12］。

圖3 QML與C＋＋對(duì)象交互示意圖

QML與C＋＋對(duì)象交互示意圖如圖3所示。在實(shí)際工程應(yīng)用中，一般采用將C＋＋對(duì)象“嵌入”（Expose）到QML上下文中的方式來(lái)進(jìn)行交互，同時(shí)，還借助信號(hào)與槽的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)消息的回傳。用戶(hù)的操作可通過(guò)QML Object調(diào)用C＋＋Object的slots進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理；經(jīng)業(yè)務(wù)邏輯處理后，其結(jié)果可由C＋＋Object采用發(fā)送信號(hào)的方式，發(fā)送給與其相連接的QML槽函數(shù)（Connections可視為槽）來(lái)進(jìn)行處理，該槽函數(shù)中包含了QML Object的邏輯處理。這樣便實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)操作到業(yè)務(wù)邏輯的處理，和業(yè)務(wù)邏輯處理到界面控制的流程。

4 消息分發(fā)對(duì)象連接關(guān)系與分發(fā)流程

消息分發(fā)對(duì)象信號(hào)與槽的連接關(guān)系圖如圖4所示。為簡(jiǎn)化連接關(guān)系圖，圖中的“［A，B］”表示信號(hào)A與槽B相連接。Qbject＿M(jìn)表示模型中的主模塊對(duì)象；Object＿A表示邏輯處理子模塊對(duì)象（邏輯處理層應(yīng)包含有多個(gè)對(duì)象，為簡(jiǎn)化邏輯關(guān)系圖，僅用一個(gè)Object＿A來(lái)表示）；QML＿A對(duì)應(yīng)Object＿A的界面顯示對(duì)象。

圖4 消息分發(fā)對(duì)象連接關(guān)系圖

處于消息收發(fā)層主模塊Objecct＿M(jìn)對(duì)象的發(fā)消息信號(hào)與多個(gè)子模塊的收消息槽相連接，圖4（a）為主模塊消息下發(fā)的流程，當(dāng)主模塊收到外來(lái)消息后觸發(fā)發(fā)消息信號(hào)，各子模塊便會(huì)收到主模塊的消息，然后各子模塊根據(jù)消息標(biāo)識(shí)來(lái)處理屬于自己的消息；類(lèi)似地，子模塊將消息處理后，通過(guò)觸發(fā)與界面顯示對(duì)象槽相連接的發(fā)信號(hào)，來(lái)告知相應(yīng)界面顯示對(duì)象進(jìn)行處理。

反之，如圖4（b）所示，當(dāng)界面顯示模塊收到用戶(hù)操作輸入后，界面顯示模塊可通過(guò)直接訪(fǎng)問(wèn)對(duì)應(yīng)子模塊槽函數(shù)的方法（此時(shí)，子模塊對(duì)于已“嵌入”到QML對(duì)象上下文中），或觸發(fā)與子模塊對(duì)象槽相連接的發(fā)信號(hào)，來(lái)告知子模塊對(duì)象進(jìn)行邏輯處理；子模塊處理后，根據(jù)實(shí)際情況，同樣采用信號(hào)與槽的機(jī)制來(lái)回傳用戶(hù)處理消息到主模塊；主模塊收到子模塊回傳的消息后，調(diào)用外發(fā)消息函數(shù)對(duì)消息進(jìn)行外發(fā)。

5 結(jié)語(yǔ)

QT Quick是一種高級(jí)用戶(hù)界面新技術(shù)，使用它可輕松地創(chuàng)建供移動(dòng)和嵌入式設(shè)備使用的動(dòng)態(tài)觸摸式界面和輕量級(jí)應(yīng)用程序，具有廣闊的市場(chǎng)運(yùn)用前景。本文結(jié)合工程運(yùn)用實(shí)際，對(duì)具有GUI功能的嵌入式應(yīng)用程序中模塊間消息分發(fā)問(wèn)題進(jìn)行了探討，并構(gòu)建了一種基于QT Quick的消息分發(fā)模型來(lái)供開(kāi)發(fā)人員參考，本模型簡(jiǎn)單易用、調(diào)用靈活，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

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