基于ARM和FPGA的靶场破片测速系统的设计

为了便于交互，系统配置了一块5.7英寸带触摸屏的LCD显示屏作为显示控制设备，并且提供了USB口实现与主机通信。

通过试验测试，本系统能够充分发挥ARM的强大处理能力和FPGA的并行处理能力，成功达到试验目的。

2系统软件设计

系统软件结构图如图3所示。

图3 系统软件结构图

在设计具体应用程序前首先要对操作系统进行裁减。嵌入式Linux内核，是一种完全开源、功能强大的操作系统内核，与时下流行的Wi-nce等嵌入式操作系统相比，其优点之一就在于内核的可裁减性，使用者完全能够根据自己的需要对内核进行裁减，删减去不必要的功能，完成自定义设计。本文经过裁减后的内核大小仅有1.2 MB，大大减少了对系统存储空间的占用。

GUI为用户提供了与应用系统交互的可视化通道，在嵌入式软件系统中占据重要地位。针对嵌入式设备资源有限的特点，嵌入式GUI要求提供这样一种交互接口，即它占用资源少且反应迅速，具备高度的可移植性和可裁减性。目前国内主流的嵌入式GUI系统有MINIGUI，MICRO WINDOW，Qt/Embedded等几种，各有优缺点。综合比较各种GUI系统的优劣，从GUI系统的封装性、可移植性和系统设计的便捷性考虑，最终选取Qt/Embedded进行GUI的设计。

Qt/Embedded（以下简称Qt/E）是由着名的Trolltech公司专门针对pda等嵌入式移动手持设备开发的开放源码的一套应用程序包和开发库，具有可视化强，界面美观，类库完善丰富，封装性好的优点。与其他嵌入式GUI系统相比，Qt/E开发方便，尤其是Qt/E提供了一种类型安全的基于signal和slot的真正组件化编程机制，简化了编写过程，有助于开发人员把握核心功能，使程序编写更加灵活；Qt/E程序可移植性强，具有极好的跨平台特性，完全可以“一处编写，处处编译”。许多基于计算机Qt的X Window程序在交叉编译后都可以非常方便地移植为Qt/E版本，这样完全可以在主机上完成程序开发，查看效果后经交叉编译直接在嵌入式设备上运行，大大简化了开发流程，节约了开发时间。

3 嵌入式GUI程序实现

3.1 Qt/E具体程序设计

系统在试验前需要根据现场情况进行参数设置，尤为重要的是完成标靶的分组设置：在同一方向上的两个或多个标靶分为一组，靶间距事先确定，同一破片将先后通过同组标靶，产生触发信号，控制对应通道计数器的计数起停。破片测速完成后，FPGA获得的通道触发计数值除以FPGA计数频率即为通道的触发时刻值。用同一标靶组内两个相邻标靶之间的间距除以相邻标靶之间触发时刻值的差值，即可得到破片在两个标靶之间的平均飞行速度。每个标靶组可测得一组破片穿过本标靶组时的速度值，通过进一步的计算，可获得破片的速度分布、速度降等参数。

根据系统测速过程，系统软件的工作流程如图4所示。

图4 系统软件流程图

按照系统应用要求，将GUI设计分为：参数设置模块、系统测试模块、结果查看模块和存储管理模块四个模块。参数设置模块负责对破片测速系统所需要的各种参数进行设置，主要包括标靶分组、标靶间距、标靶类型、最长计数时间。在设置过程中，GUI自动对所设置的参数进行检测，如果参数设置不正确，将产生错误提示。系统测试模块负责在试验前对整个系统进行测试。通过人为给出触发信号可在LCD上可视化的查看系统是否正常工作，通道可否正常触发，FPGA可否正常计数等。结果查看模块负责对测试结果进行显示。在试验完成，获得测试数据后，经过运算，就可以表格和分布图两种方式给出破片的触发时刻值和速度值，快速直观。存储管理模块负责系统参数及测试数据的保存和

读取，以进行试验数据的进一步分析。系统拥有脱机设置功能，即可在试验前未连接标靶的情况下，脱机进行参数设置，设置完毕后可保存所有设置参数。试验时，只要选择保存的参数就可直接载入脱机设置的参数，极大增强了系统工作的灵活性。