常用设计模式（embeded Qt）

常用设计模式：

1. 观察者模式（Observer Pattern）

   • 应用场景：传感器数据更新、UI状态同步。
   • 实现方式：通过QT的信号槽机制（本质是发布-订阅模式）自动实现。例如：

     connect(sensor, &Sensor::dataUpdated, uiWidget, &UIWidget::updatePlot);
     

2. 策略模式（Strategy Pattern）

   • 应用场景：动态切换动平衡算法（如影响系数法、试重法等）。
   • 实现方式：

     class BalanceAlgorithm { virtual void calculate() = 0; };
     class InfluenceCoefficient : public BalanceAlgorithm { ... };
     class TrialWeight : public BalanceAlgorithm { ... };
     

3. 状态模式（State Pattern）

   • 应用场景：设备状态管理（空闲、校准、测量、错误）。
   • 实现方式：

     class DeviceState { virtual void handle() = 0; };
     class MeasuringState : public DeviceState { ... };
     

4. 工厂模式（Factory Pattern）

   • 应用场景：硬件驱动创建（不同型号传感器适配）。
   • 示例：

     Sensor* SensorFactory::createSensor(SensorType type) {
         switch(type) {
             case TYPE_A: return new LaserSensor();
             case TYPE_B: return new PiezoelectricSensor();
         }
     }
     

5. 适配器模式（Adapter Pattern）

   • 应用场景：兼容不同通信协议（CAN/RS485/BLE）。
   • 示例：将第三方BLE库接口适配为统一硬件抽象层接口。

嵌入式QT系统通常采用分层架构，以下为动平衡仪器的典型架构：

1. 硬件抽象层（HAL）

• 职责：隔离硬件差异
• 组件：

  class DataAcquisition {
  public:
      virtual QVector<double> readVibrationData() = 0;
  };
  
  class CANDataAcquisition : public DataAcquisition { ... };
  

2. 业务逻辑层（Core Service）

• 模块划分：
  • 信号处理模块：FFT分析、滤波算法

    class SignalProcessor {
    public:
        void applyFFT(QVector<double>& timeDomain);
    };
    

  • 动平衡算法模块：实现核心数学计算
  • 数据持久化模块：SQLite存储历史记录

3. 用户界面层（QT UI）

• 实现方式：
  • MVVM模式：通过QAbstractItemModel派生类实现数据绑定
  • 自定义控件：实时频谱图、三维轴心轨迹显示

    class SpectrumPlot : public QCustomPlot { ... };
    

4. 通信层

• 实现要点：

  class DeviceCommunicator : public QObject {
      QSerialPort m_port;
      void sendCommand(QByteArray cmd) {
          m_port.write(cmd);
      }
  };
  

嵌入式QT特有技术要点

1. 实时性保障

   • 使用QThread分离UI线程与数据处理线程
   • 通过优先级控制确保关键任务：

     QThread* dataThread = new QThread;
     dataThread->start(QThread::TimeCriticalPriority);
     

2. 资源优化

   • 禁用QT不必要的模块（如webkit）
   • 使用QVarLengthArray替代动态数组
   • 预分配内存池避免运行时分配

3. 硬件交互

   • 直接寄存器操作（需封装为QT类）：

     class GPIO : public QObject {
         volatile uint32_t* m_reg;
     public:
         void setHigh() { *m_reg |= 0x01; }
     };
     

4. 跨平台适配

   • 使用QT条件编译处理平台差异：

     #ifdef Q_OS_LINUX
         #include <linux/can.h>
     #elif defined(Q_OS_WIN)
         // Windows CAN API
     #endif
     

典型代码结构示例

project/
├── hal/              # 硬件抽象层
│   ├── can_driver.cpp
│   └── sensor_adapter.cpp
├── core/            # 核心算法
│   ├── fft_processor.cpp
│   └── balance_algorithm.cpp
├── ui/              # QT界面
│   ├── mainwindow.cpp
│   └── customplot.cpp
├── communication/   # 通信协议
│   └── modbus_handler.cpp
└── third_party/     # 第三方数学库
    └── eigen/

性能优化技巧

1. 数学计算优化

   • 使用Eigen库模板表达式避免临时对象
   • 启用NEON指令集加速（ARM平台）：

     add_definitions(-mfpu=neon -mfloat-abi=hard)
     

2. 绘图优化

   • 使用OpenGL加速的QOpenGLWidget
   • 采用增量更新代替全量重绘：

     void SpectrumPlot::appendData(double value) {
         m_data.removeFirst();
         m_data.append(value);
         update();  // 局部更新
     }
     

3. 低功耗管理

   • 利用QT电源管理信号：

     connect(qApp, &QGuiApplication::applicationStateChanged, 
             [](Qt::ApplicationState state){
                 if(state == Qt::ApplicationSuspended)
                     enterLowPowerMode();
             });