運(yùn)用Python和PyQT開發(fā)嵌入式ARM的界面
Python是一種跨平臺(tái)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言。是一種面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)類型語言，最初被設(shè)計(jì)用于編寫自動(dòng)化腳本(shell)，隨著版本的不斷更新和語言新功能的添加，越來越多被用于獨(dú)立的、大型項(xiàng)目的開發(fā)
1). 簡介
隨著Python在互聯(lián)網(wǎng)人工智能領(lǐng)域的流行，大家也慢慢感受到Python開發(fā)的便利，本文就基于嵌入式ARM平臺(tái)，介紹使用Python配合PyQT5模塊來開發(fā)圖形化應(yīng)用程序。
本文所演示的ARM平臺(tái)來自于Toradex 基于NXP iMX6 ARM處理器的Apalis iMX6 ARM嵌入式平臺(tái)。
2. 準(zhǔn)備
a). Apalis iMX6Q ARM核心版配合Apalis Evaluation Board載板，連接調(diào)試串口UART1(載板X29)到開發(fā)主機(jī)方便調(diào)試。更多關(guān)于Apalis iMX6配合Apalis Evaluation Board載板的說明請(qǐng)參考Datasheet和開發(fā)上手指南。
b). Apalis iMX6Q 默認(rèn)的Linux BSP是不包含Python，QT等支持的，需要重新編譯。
./ 基于Toradex Linux BSP release V2.8
./ 參考這里搭建Openembedded 編譯環(huán)境，然后適配下面patch，用于使本文測(cè)試需要的 libsoc適配 Python3。
https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/0005-libsoc-python3-support.patch
./ 修改 build/conf/local.conf 文件，增加需要的組件
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#IMAGE_INSTALL_append = " python3 python3-pip python3-libsoc python3-pyqt5 rng-tools "
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./ 適配下面patch，在標(biāo)準(zhǔn)image bb文件中增加QT5的支持
https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/0003-angstrom-qt5-lxde-image.patch
./ 重新編譯image
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$ bitbake -k angstrom-qt5-lxde-image
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./ 新生成的image位于 deploy/images/apalis-imx6/ 目錄，參考這里的說明更新到Apalis iMX6模塊上面
3). Python GPIO中斷測(cè)試程序
a). 首先我們先不包含圖形界面，單獨(dú)通過Python來完成簡單的GPIO中斷測(cè)試程序，本程序通過調(diào)用 libsoc 來完成GPIO控制，關(guān)于libsoc的使用和說明請(qǐng)參考這里。
b). Apalis Evaluation Board載板硬件連接配置如下，X4 GPIO05(MXM3_11)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的GPIO號(hào)碼是170，作為按鍵輸入使用;X4 GPIO06(MXM3_13)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的GPIO號(hào)碼是169，作為輸出驅(qū)動(dòng)LED使用。
X4 GPIO05 <-> X34 SW5
X4 GPIO06 <-> X34 LED1
c). 源代碼請(qǐng)參考如下，分別實(shí)現(xiàn)了阻塞模式和非阻塞模式中斷相應(yīng)，實(shí)現(xiàn)功能就是按鍵交替點(diǎn)亮和關(guān)閉LED燈。
./ 阻塞模式 – https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/gpiotest_block.py
// main 函數(shù)作為主函數(shù)，實(shí)現(xiàn)打開GPIOs，同時(shí)設(shè)定初始化狀態(tài)為高電平輸出;test_interrupt_handler函數(shù)實(shí)現(xiàn)中斷相應(yīng)，采用 gpio_in.wait_for_interrupt 為阻塞式中斷，捕獲中斷才會(huì)繼續(xù)進(jìn)行，捕獲中斷后做了簡單的防誤觸處理。
./ 非阻塞模式 – https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/gpiotest_nonblock.py
// main 函數(shù)作為主函數(shù)，實(shí)現(xiàn)打開GPIOs，同時(shí)設(shè)定初始化狀態(tài)為高電平輸出;另外，在main函數(shù)里面采用gpio_in.start_interrupt_handler來使能中斷相應(yīng)，為非阻塞式;在main函數(shù)最后通過while來接收鍵盤輸入實(shí)現(xiàn)退出應(yīng)用;gpio_in.wait_for_interrupt依然作為中斷處理函數(shù)相應(yīng)中斷并驅(qū)動(dòng)LED狀態(tài)改變。
d). 將Python代碼直接復(fù)制到Apalis iMX6上面測(cè)試運(yùn)行結(jié)果如下：
./ 阻塞模式下，最后是通過Ctrl-C強(qiáng)制退出程序
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root@apalis-imx6:~# ./gpiotest_block.py
The LED initial status is ON
The LED turns OFF
interrupt times is 1
The LED turns ON
interrupt times is 2
^Clibsoc-gpio-debug: Interrupted system call
Traceback (most recent call last):
File "./gpiotest_block.py", line 54, in
main(gpio_input_id, gpio_output_id)
File "./gpiotest_block.py", line 45, in main
test_interrupt_handler(gpio_in, gpio_out)
File "./gpiotest_block.py", line 12, in test_interrupt_handler
gpio_in.wait_for_interrupt(-1)
File "/usr/lib/python3.5/site-packages/libsoc/gpio.py", line 118, in wait_for_interrupt
if api.libsoc_gpio_wait_interrupt(self._gpio, timeout) != 0:
KeyboardInterrupt
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./ 非阻塞模式下
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root@apalis-imx6:~# ./gpiotest_nonblock.py
The LED initial status is ON
please enter 'Q' to quit
The LED turns OFF
The LED turns ON
The LED turns OFF
Q
Do you really want to quit? yes or no
yes
root@apalis-imx6:~#
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4). 使用PyQt5實(shí)現(xiàn)圖形化界面GPIO中斷程序
a). 硬件配置和連接和上面的測(cè)試場(chǎng)景一致。
b). 為了方便開發(fā)PyQt5界面，首先通過Qtcreator創(chuàng)建如下QWidget項(xiàng)目UI界面
// LED Status 右邊的 QFrame 方框以及QLable用于顯示LED當(dāng)前的狀態(tài)
// ‘Turn ON’和’Turn OFF’ 兩個(gè)PushButton用于通過界面控制LED狀態(tài)，’Exit’ PushButton用于退出程序
./ 最終的UI源代碼參考如下，將對(duì)應(yīng)的mainwindow.ui文件復(fù)制到Apalis iMX6 Python應(yīng)用相同路徑下
https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/mainwindow.ui
c). 程序源代碼參考如下：
https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/gpiotest_pyqt5.py
說明如下：
./ class ApplicationWindow 用于實(shí)現(xiàn)Qt5界面以及相關(guān)按鍵操作：
// 首先通過 loadUi 函數(shù)來加載之前制作好的UI文件 mainwindow.ui，然后初始化界面顯示，連接各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的處理程序
// 最后開啟一個(gè)新的Qthread線程self.thread，用于處理外部GPIO按鍵中斷相應(yīng)，連接新線程反饋信號(hào)的處理程序，最后啟動(dòng)新線程
// LedStatusChange 函數(shù)為處理新線程反饋回來的LED狀態(tài)變化信號(hào)而同步改變界面顯示狀態(tài)的函數(shù)
// Button_On_clicked 和 Button_Off_clicked 函數(shù)用于根據(jù)界面按鍵的點(diǎn)擊來對(duì)應(yīng)改變LED GPIO輸出以及界面顯示的函數(shù)
// Button_Exit_clicked 和 closeEvent 函數(shù)用于處理退出程序包括子線程的退出等相關(guān)的函數(shù)
./ class gpioInterrupt 為用于處理GPIO中斷同時(shí)對(duì)于改變LED GPIO輸出以及將LED狀態(tài)變化反饋給界面主程序
// 首先定義反饋信號(hào)，并初始化所需要使用的GPIO引腳
// run 函數(shù)部分基本就是上面第3章節(jié)的阻塞模式Python應(yīng)用的代碼，這里就不做贅述了
d). 測(cè)試運(yùn)行結(jié)果如下：
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root@apalis-imx6:~# ./gpiotest_pyqt5.py
The LED initial status is ON
set LOW
set HIGH
The LED turns OFF
button clicked for setting LOW
The LED turns ON
button clicked for setting HIGH
root@apalis-imx6:~#
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5). 總結(jié)
如上述示例，使用Python和PyQt5非常方便了創(chuàng)建一個(gè)嵌入式界面應(yīng)用程序示例，相對(duì)于傳統(tǒng)C語言開機(jī)要配置交叉編譯環(huán)境，整個(gè)流程更加快捷方便，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)比較簡單的控制的時(shí)候其運(yùn)行效率也是可以接受的，另外Python還可以集成大量的組件方便開發(fā)，就更加簡化了比如設(shè)計(jì)機(jī)器視覺、人工智能等領(lǐng)域的嵌入式應(yīng)用開發(fā)流程。
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