rs232_linux-win32_cz5.pdf

KURS

Programowanie portu szeregowego

w systemach operacyjnych Linux

i Windows, część 5

Umiejętność programowej obsługi

interfejsu RS232 od strony

komputera PC jest dziś istotnym

elementem elektronicznego

rzemiosła. W niniejszym

kursie piszemy jak w praktyce

oprogramować port szeregowy

w środowiskach Linux i Windows.

Wiele miejsca poświęcamy

pisaniu przenośnych aplikacji

GUI, które korzystają z interfejsu

szeregowego i zachowują

się tak samo w systemach

Windows jak i Linux. Wszystkie

omawiane zagadnienia poparte

są szczegółowo opisanymi

praktycznymi przykładami.

stanowił zapowiedź dobrego zestawu

narzędzi RAD ( Rapid Application De-

velopment ) dla systemów Linux i Win-

dows. Niestety, w 2005 roku ﬁrma

Borland zrezygnowała z dalszego roz-

woju środowiska Kylix, traktując je na

równi z tak leciwymi produktami jak

Borland Turbo C++. Na szczęście na

przenośnych IDE świat się nie kończy

i stworzono wiele przenośnych biblio-

tek, a więc programiści mają w czym

wybierać. Określenie „przenośnych”

dotyczy tu kodu źródłowego, a nie

– jak to ma miejsce w przypadku ję-

zyków Java, C#, czy platformy .NET

– interpretowanych na podstawie tzw.

kodu bajtowego, gdzie konieczna jest

wcześniejsza instalacja Wirtualnej Ma-

szyny Javy lub jej odpowiednika. Wy-

korzystanie bibliotek przenośnych od-

bywa się zgodnie z maksymą „napisz

raz, skompiluj (i uruchom) wszędzie”.

Ten sam kod źródłowy kompilowany

jest na różnych platformach, w wyni-

ku czego dla każdej z nich powstaje

natywny kod wykonywalny.

Najbardziej popularnymi bibliote-

kami służącymi do tworzenia aplika-

cji przenośnych są: wxWidgets (daw-

niej wxWindows), Qt, Ultimate++,

FOX, V. Różnią się one przede

wszystkim możliwościami, elegancją

dostarczanego przez nie API, łatwością

tworzenia interfejsu graﬁcznego wspo-

sób wizualny, funkcjonalnością wersji

dostępnych bezpłatnie, jakością doku-

mentacji, czy wreszcie popularnością

i perspektywami rozwoju. Biorąc pod

uwagę wymienione cechy, toolkit Qt

(czytaj ang. cute – miły, sympatyczny)

wyróżnia się eleganckim API (w prze-

ciwieństwie np. do API wxWidgets,

przypominającego bibliotekę MFC),

dużymi możliwościami, dobrą doku-

mentacją (Qt Assistant) i świetnym

narzędziem do tworzenia interfej-

su użytkownika w sposób wizualny

– Qt Designer. Jest przy tym dostęp-

ny bezpłatnie w formie Open Source

na licencji GPL, zarówno dla syste-

mu Linux jak i Windows (począwszy

od wersji 4). Jest to biblioteka stale

rozwijana przez ﬁrmę Trolltech. Co

ciekawe, w parze z jej rozwojem idzie

rozwój popularnego pulpitu dla syste-

mów linuksowych – KDE, który jest

tworzony właśnie z użyciem Qt.

Kolejną zaletą Qt jest możliwość

współpracy z wieloma kompilatorami

C++. Na potrzeby tego kursu użyto

rozwiązań Open Source , co zaowo-

cowało wykorzystaniem kompilato-

ra GCC, który w wersji dla systemu

Windows dostępny jest m.in. w posta-

ci pakietu MinGW.

Instalacja biblioteki Qt

i narzędzi wspomagających

w systemie Windows

Wersję Open Source pakietu Qt

w wersji 4.0.1, zarówno dla systemu

Windows jak i Linux, można pobrać

z ftp://ftp.trolltech.com/qt/source/ . Dla

Windows, biblioteka jest dostarczana

w postaci pliku qt–win–opensource–src-

–4.0.1.zip . Archiwum należy rozpa-

kować w miejscu, w którym chcemy

mieć na dysku twardym zainstalowa-

ną bibliotekę Qt. W moim przypadku

był to katalog C:\qt–win–opensour-

ce–src–4.0.1. Ze względu na to, że

wersja darmowa, jako pakiet Open

Source , rozpowszechniana jest w wer-

sji źródłowej, instalacja polega na jej

skompilowaniu. W wyniku kompilacji

powstają niezbędne narzędzia i biblio-

teki. Jednak zanim przystąpimy do

kompilacji, musimy zaopatrzyć się

w kompilator, na przykład MinGW.

Kompilator ten można ściągnąć osob-

no ( http://www.mingw.org/ ) lub wraz

z jednym z wielu darmowych edyto-

rów w stylu IDE. W niniejszym kur-

sie wykorzystano IDE Code Blocks

(w skrócie C::B), dostępne wraz

z kompilatorem MinGW na stronie

internetowej http://www.codeblocks.

org/ . Jedną z zalet tego edytora jest

to, że posiada on wzorzec ( template )

projektu Qt, co bardzo ułatwia jego

integrację z tą biblioteką. Co ciekawe,

sam edytor jest tworzony z użyciem

konkurencyjnego pakietu wxWidgets.

Edytor C::B wraz z kompilatorem

MinGW należy zainstalować w typo-

wy dla systemu Windows sposób.

Po zainstalowaniu edytora i kom-

pilatora przystępujemy do zainstalo-

wania biblioteki Qt. Sama instalacja

tego pakietu jest szczegółowo opisana

W poprzednich częściach kur-

su poznaliśmy, w jaki sposób można

oprogramować port szeregowy w syste-

mach Linux i Windows (32–bitowych).

Została przedstawiona uniwersalna

klasa obsługi tego interfejsu, której

wykorzystanie jest możliwe z każdym

kompilatorem języka C++ i biblioteką

STL. W następnych odcinkach pokażę

przykład prostej aplikacji okienkowej

działającej w obu systemach operacyj-

nych i współpracującej z programem

Example1.c pracującym na mikrokon-

trolerze ATmega8. Funkcjonalność tej

aplikacji polega na wysłaniu jedno-

bajtowego zapytania i prezentacji od-

powiedzi przesłanej przez mikrokon-

troler, lub informacji o braku takiej

odpowiedzi. Jako narzędzie do stwo-

rzenia programu przenośnego wybrano

bibliotekę Qt 4 (wersja Qt 4.0.1 Open

Source ) ﬁrmy Trolltech.

Dlaczego Qt?

Na rynku istnieje wiele narzędzi

służących do tworzenia przenośnych

aplikacji z graﬁcznym interfejsem

użytkownika. Do niedawna obiecują-

co zapowiadał się rozwój pakietu IDE

( Integrated Development Environment )

Kylix ﬁrmy Borland, który wraz ze

środowiskami Delphi i C++ Builder,

Elektronika Praktyczna 6/2007

KURS

Rys. 4. Tworzenie graficznego interfejsu aplikacji za pomo-

cą programu Qt Designer

bin), w czasie,

gdy tworzone

są pliki Make-

ﬁle projektów

przykładowych

(w tym czasie

na ekranie mo-

nitora wyświe-

tlane są napisy

„reading *.pro”

odnoszące się

do plików z ka-

talogu QTDIR\

examples);

3. Po skonﬁgu-

rowaniu należy

sprawdzić, czy

w katalogu QT-

DIR znajduje się

plik Makeﬁle.

Wersje Open Source są dostar-

czane bez jakiejkolwiek gwaran-

cji i zdarza się, że plik ten nie

zostanie stworzony. Jeśli go nie

ma, należy utworzyć go ręcznie,

wpisując w linii poleceń:

qmake

4. W linii poleceń wpisać:

mingw32–make

Polecenie to jest wywołaniem

programu make właściwego dla

kompilatora MinGW. Po jego

wywołaniu nastąpi długotrwały

proces kompilacji. Wraz z jego

postępem, w katalogu QTDIR\lib

będą się pojawiać stosowne bi-

blioteki, a w katalogu QTDIR\bin

będą to biblioteki *.dll oraz pro-

gramy narzędziowe, między in-

nymi:

– moc.exe ( Meta–Object Compi-

ler ). Kompilator meta obiektów

biblioteki Qt;

– uic.exe ( User Interface Com-

piler ). Konwerter plików XML

*.ui, będących wynikiem dzia-

łania programu Qt Designer,

na kod źródłowy w języku

C++;

– designer.exe – narzędzie do

tworzenia GUI;

– assistant.exe – pomoc bibliote-

ki Qt;

– linguist.exe – narzędzie do in-

ternacjonalizacji aplikacji two-

rzonych za pomocą Qt.

5. Kompilację można przerwać

w czasie, gdy kompilowane są

przykładowe projekty. Każdy

z nich można, wedle potrzeb,

skompilować później.

Po wykonaniu opisanych czyn-

ności biblioteka Qt 4.0.1 jest goto-

wa do użycia.

Tworzenie aplikacji testowej

z GraﬁcznymInterfejsem

Użytkownika

Wykorzystanie biblioteki Qt jest za-

gadnieniem na tyle szerokim, że z po-

wodzeniem mogłoby stanowić tematy-

kę niemałej wielkości książki. Dlatego

też opisano tylko te jego elementy,

które są najistotniejsze z punktu wi-

dzenia tematyki niniejszego kursu.

W celu zademonstrowania obsługi

łącza RS232 przez aplikację okienko-

wą, stworzono program Example2W,

którego działanie jest analogiczne do

działania programu Example1L, opi-

sanego w jednej z poprzednich części

kursu. Aplikacja umożliwia wysłanie

jednobajtowego zapytania, ustalenie

czasu break time oraz prezentację

odpowiedzi udzielonej przez część

sprzętową.

Tworzenie aplikacji rozpoczyna-

my od uruchomienia programu Qt

Designer , znajdującego się w katalo-

gu QTDIR\bin. Rozmieszczając wid-

gety (linuksowe odpowiedniki okien,

przy czym w nomenklaturze WinAPI

za okno uważa się także takie obiek-

ty, jak np. przyciski) na formie apli-

kacji należy posłużyć się zestawem

odpowiednich rozkładów ( layout ),

dzięki czemu ﬁnalny program będzie

się zachowywał sensownie, na przy-

kład podczas prób rozciągania formy.

Zachowanie formy można w każdej

chwili wypróbować za pomocą opcji

preview ( Ctrl+R ). Dostępne są różne

style podglądu, między innymi styl

Windows czy Motif. Zrzut ekranowy

programu Qt Designer zrobiony pod-

czas tworzenia formy aplikacji testo-

wej, przedstawiono na rys. 4 .

Po zaprojektowaniu wyglądu for-

my, należy ją zapisać w wybranym

katalogu, najlepiej w tym, w którym

będzie umieszczony projekt aplikacji.

Forma jest zapisywana w postaci spe-

cjalnego pliku XML z rozszerzeniem

*.ui. W przypadku aplikacji testowej

Example2W , plik z danymi formy na-

zwano Example2WFrm.ui . Fragment

tego pliku przedstawiono na list. 17 .

Aby z niego skorzystać w tworzonej

aplikacji, należy dokonać jego konwer-

sji na plik nagłówkowy języka C++.

Można to zrobić za pomocą progra-

mu narzędziowego uic.exe , znajdujące-

go się w katalogu QTDIR\bin. W tym

celu, będąc w katalogu projektu, nale-

ży wpisać w linii poleceń:

uic –o ui_Example2WFrm.h Example2WFrm.

w pliku INSTALL, dostarczanym wraz

z nim. Niestety, jedną z największych

wad biblioteki Qt jest bardzo długi

czas instalowania, mogący dochodzić

nawet do kilku godzin (i to nawet

na całkiem szybkich komputerach).

Dlatego też warto zrezygnować za-

równo z tworzenia plików Makeﬁle,

przykładów, jak i ich kompilacji (kod

źródłowy przykładów jest umieszczo-

ny w katalogu \examples). W razie

potrzeby można je skompilować póź-

niej. Podczas opisu instalacji i użyt-

kowania biblioteki Qt odniesienia do

katalogu w jakim ma być ona zain-

stalowana będą dotyczyć przykłado-

wego katalogu C:\qt–win–opensour-

ce–src–4.0.1. Procedura instalacji jest

następująca:

1. Nadać poniższym zmiennym śro-

dowiskowym następujące wartości:

PATH – dodać ścieżkę

C:\qt–win–opensource–src–4.0.1\bin

QTDIR=C:\qt–win–opensource–src–4.0.1

QMAKESPEC=C:\qt–win–opensource–src–

4.0.1\mkspecs\win32–g++

Dostęp do zmiennych śro-

dowiskowych w nowych syste-

mach Windows NT odbywa się

poprzez Panel Sterowania–>Sys-

tem–>Zaawansowane–>Zmienne

środowiskowe . Można też w linii

poleceń wpisać:

set NAZWA_ZMIENNEJ=ŚCIEŻKA

2. W linii poleceń wpisać:

conﬁgure

Program conﬁgure służy do

przygotowania programu qmake ,

który z kolei służy do tworzenia

plików Makeﬁle na podstawie

plików źródłowych. Zagadnienia

te zostaną opisane dalej. Dzia-

łanie programu conﬁgure można

przerwać po stworzeniu pro-

gramu qmake (katalog QTDIR\

Powyższa komenda spowoduje

stworzenie pliku ui_Example2WFrm.h,

Elektronika Praktyczna 6/2007

KURS

List. 17. Fragment pliku z danymi

formy Example2WFrm.ui

<class>frmExample2W</class>

<widget class=”QDialog”

name=”frmExample2W” >

<rect>

</rect>

</property>

<string>Example2W – COM1</string>

</property>

Stworzenie obiektu formy i jego

uwidocznienie odbywa się w funkcji

main() , zaimplementowanej w pliku

main.cpp , który pokazano na list. 20 .

List. 21. Konstruktor klasy Example-

2WFrm

Example2WFrm::Example2WFrm(QDialog

*parent)

: QDialog(parent)

{

ui.setupUi(this);

//Create members

pComm = new CCommInterface();

timerBreakTime = new

QTimer(this);

//Set text codec for tr()

function

QTextCodec::setCodecForTr(QTextCo

dec::codecForName(„ISO8859–2”));

//Connect signals and slots

connect(timerBreakTime,

SIGNAL(timeout()), this, SLOT(timer

BreakTimeOverﬂow()));

connect(ui.pbtnSendQuery,

SIGNAL(clicked()), this, SLOT(click

edSendQuery()));

}

List. 20. Funkcja main()

#include <QtGui/QApplication>

#include „Example2WFrm.h”

int main(int argc, char *argv[])

{

QApplication app(argc, argv);

Example2WFrm frmEx;

frmEx.show();

return app.exec();

}

Sygnały i sloty

Wiemy już, jak zbudować formę

aplikacji opartej na oknie dialogowym

i jak ją pokazać użytkownikowi. Pozo-

stało odpowiedzieć na pytanie, w ja-

ki sposób można tę aplikację ożywić,

czyli dodać funkcje obsługi zdarzeń,

takich jak na przykład kliknięcie kla-

wiszem myszki na przycisku. Otóż,

w przypadku biblioteki Qt, odbywa

się to za pośrednictwem mechani-

zmu sygnałów i slotów . Mechanizm

sygnałów i slotów polega na tym, że

określone zdarzenie dotyczące danego

widgeta (np. kliknięcie myszką) po-

woduje wyemitowanie przezeń sygna-

łu, zależnego od tego, jakie zdarzenie

miało miejsce. Każdy widget lub for-

ma (ogólnie: każda klasa wywodząca

się od klasy QObject) może emitować

sygnały oraz posiadać specjalne meto-

dy zwane slotami. Sloty to po prostu

funkcje wywoływane w odpowiedzi na

określone sygnały, które to sygnały

są z kolei funkcjami wywoływanymi

w przypadku wystąpienia odpowiada-

jących im zdarzeń. Aby dany slot był

wywoływany w odpowiedzi na dany

sygnał, należy go z tym sygnałem po-

łączyć za pomocą specjalnej funkcji

connect() . Zasadę tę ilustruje rys. 5 .

Nie każdy slot da się połączyć z da-

nym sygnałem. Połączenie jest

możliwe, gdy lista argumen-

tów slotu jest podzbiorem li-

sty argumentów sygnału. Slot,

połączony z danym sygnałem,

wywoływany jest z tymi sa-

mymi argumentami, z którymi

wywoływany jest sygnał (lub

ich podzbiorem właściwym

dla listy argumentów slotu).

Jeden slot może być połączo-

ny z dowolną liczbą sygnałów,

a jeden sygnał może być połą-

czony z dowolną liczbą slotów.

Biblioteka Qt zapewnia dużą

liczbę predeﬁniowanych sygna-

łów i slotów, oprócz tego każ-

dy jej użytkownik może two-

rzyć własne.

którego szkielet przedstawiono na

list. 18 . Plik ten zawiera deﬁnicję

klasy pomocniczej o nazwie Ui_frmE-

xample2W, której pola stanowią de-

klaracje poszczególnych widgetów i in-

nych elementów interfejsu graﬁcznego.

Klasa ta jest dziedziczona przez klasę

frmExample2W, umieszczoną w prze-

strzeni nazw Ui. Sposób jej wykorzy-

stania we właściwym pliku nagłów-

kowym formy zdradza list. 19 . Klasą

formy aplikacji Example2W jest klasa

Example2WFrm, będąca potomkiem

klasy okna dialogowego QDialog . Kla-

sa Example2WFrm posiada prywatne

pole o następującej deﬁnicji:

Ui::frmExample2W ui;

Dzięki temu, wszystkie elementy

Graﬁcznego Interfejsu Użytkownika,

stworzonego za pomocą programu QT

Designer , są po prostu jednym z pól

klasy formy. Można się do nich od-

woływać w ciele tej klasy za pomocą

formuły:

ui.nazwa_elementu_gui

Spójrzmy ponownie na list. 19.

Klasa Example2WFrm posiada dwa

sloty, wymienione w sekcji private

slots . Są nimi funkcje, jakie mają

być wywoływane w odpowiedzi

na kliknięcie przycisku Send oraz

przepełnienie timera timerBreakTi-

me , będącego polem tej klasy. Na

list. 21 przedstawiono konstruktor

klasy Example2WFrm. Jak widać,

w konstruktorze sloty łączone są

z odpowiednimi sygnałami. Ta pro-

sta operacja wystarcza, aby zreali-

zować mechanizm reagowania apli-

kacji na wybrane zdarzenia.

Ciąg dalszy opisu tworzenia apli-

kacji testowej działającej w systemie

Windows przedstawimy w następnej

części kursu.

Arkadiusz Antoniak, EP

arkadiusz.antoniak@ep.com.pl

www.antoniak.ep.com.pl

List. 18. Szkielet pliku źródłowego

ui_Example2WFrm.h, określającego

interfejs graficzny formy

class Ui_frmExample2W

{

//Deklaracje pol i metod klasy

};

namespace Ui {

class frmExample2W: public

Ui_frmExample2W {};

} // namespace Ui

Linki internetowe:

ftp://ftp.trolltech.com/qt/source/

http://www.mingw.org/

http://www.codeblocks.org/

List. 19. Właściwy plik nagłówkowy

formy Example2WFrm.h

#include „ui_Example2WFrm.h”

#include „CommInterface.h”

#include <QtCore/QTimer>

class Example2WFrm : public QDialog

{

Q_OBJECT

public:

Example2WFrm(QDialog *parent = 0);

~Example2WFrm();

private slots:

void timerBreakTimeOverﬂow(void);

void clickedSendQuery(void);

private:

QTimer *timerBreakTime;

CCommInterface *pComm;

Ui::frmExample2W ui;

};

Rys. 5. Mechanizm sygnałów i slotów

Elektronika Praktyczna 6/2007

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: