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
信迈提供RK3399+LINUX QT软硬件及定制方案。
