嵌入式 ARM 平臺使用Python和PyQT開發界面應用程序

• 關鍵詞： arm python pyqt
• 摘要：隨著Python在互聯網人工智能領域的流行，大家也慢慢感受到Python開發的便利，本文就基于嵌入式ARM平臺，介紹使用Python配合PyQT5模塊來開發圖形化應用程序。

1). 簡介

隨著Python在互聯網人工智能領域的流行，大家也慢慢感受到Python開發的便利，本文就基于嵌入式ARM平臺，介紹使用Python配合PyQT5模塊來開發圖形化應用程序。

本文所演示的ARM平臺來自于Toradex 基于NXP iMX6 ARM處理器的Apalis iMX6 ARM嵌入式平臺。  

2. 準備

a). Apalis iMX6Q ARM核心版配合Apalis Evaluation Board載板，連接調試串口UART1（載板X29）到開發主機方便調試。更多關于Apalis iMX6配合Apalis Evaluation Board載板的說明請參考Datasheet和開發上手指南。

b). Apalis iMX6Q 默認的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 編譯環境，然后適配下面patch，用于使本文測試需要的 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，在標準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中斷測試程序

a). 首先我們先不包含圖形界面，單獨通過Python來完成簡單的GPIO中斷測試程序，本程序通過調用 libsoc 來完成GPIO控制，關于libsoc的使用和說明請參考這里。

b). Apalis Evaluation Board載板硬件連接配置如下，X4 GPIO05(MXM3_11)對應系統中的GPIO號碼是170，作為按鍵輸入使用；X4 GPIO06(MXM3_13)對應系統中的GPIO號碼是169，作為輸出驅動LED使用。

X4 GPIO05 <-> X34 SW5

X4 GPIO06 <-> X34 LED1

c). 源代碼請參考如下，分別實現了阻塞模式和非阻塞模式中斷相應，實現功能就是按鍵交替點亮和關閉LED燈。

./ 阻塞模式 – https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/gpiotest_block.py

// main 函數作為主函數，實現打開GPIOs，同時設定初始化狀態為高電平輸出；test_interrupt_handler函數實現中斷相應，采用 gpio_in.wait_for_interrupt 為阻塞式中斷，捕獲中斷才會繼續進行，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 函數作為主函數，實現打開GPIOs，同時設定初始化狀態為高電平輸出；另外，在main函數里面采用gpio_in.start_interrupt_handler來使能中斷相應，為非阻塞式；在main函數最后通過while來接收鍵盤輸入實現退出應用；gpio_in.wait_for_interrupt依然作為中斷處理函數相應中斷并驅動LED狀態改變。

d). 將Python代碼直接復制到Apalis iMX6上面測試運行結果如下：

./ 阻塞模式下，最后是通過Ctrl-C強制退出程序

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[email protected]:~# ./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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[email protected]:~# ./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

[email protected]:~#

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4). 使用PyQt5實現圖形化界面GPIO中斷程序

a). 硬件配置和連接和上面的測試場景一致。

b). 為了方便開發PyQt5界面，首先通過Qtcreator創建如下QWidget項目UI界面

// LED Status 右邊的 QFrame 方框以及QLable用于顯示LED當前的狀態

// ‘Turn ON’和’Turn OFF’ 兩個PushButton用于通過界面控制LED狀態，’Exit’ PushButton用于退出程序

./ 最終的UI源代碼參考如下，將對應的mainwindow.ui文件復制到Apalis iMX6 Python應用相同路徑下

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 用于實現Qt5界面以及相關按鍵操作：

// 首先通過 loadUi 函數來加載之前制作好的UI文件 mainwindow.ui，然后初始化界面顯示，連接各個按鍵對應的處理程序

// 最后開啟一個新的Qthread線程self.thread，用于處理外部GPIO按鍵中斷相應，連接新線程反饋信號的處理程序，最后啟動新線程

// LedStatusChange 函數為處理新線程反饋回來的LED狀態變化信號而同步改變界面顯示狀態的函數

// Button_On_clicked 和 Button_Off_clicked 函數用于根據界面按鍵的點擊來對應改變LED GPIO輸出以及界面顯示的函數

// Button_Exit_clicked 和 closeEvent 函數用于處理退出程序包括子線程的退出等相關的函數

./ class gpioInterrupt 為用于處理GPIO中斷同時對于改變LED GPIO輸出以及將LED狀態變化反饋給界面主程序

// 首先定義反饋信號，并初始化所需要使用的GPIO引腳

// run 函數部分基本就是上面第3章節的阻塞模式Python應用的代碼，這里就不做贅述了

d). 測試運行結果如下：

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[email protected]:~# ./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

[email protected]:~#

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5). 總結

如上述示例，使用Python和PyQt5非常方便了創建一個嵌入式界面應用程序示例，相對于傳統C語言開機要配置交叉編譯環境，整個流程更加快捷方便，同時在實現比較簡單的控制的時候其運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，就更加簡化了比如設計機器視覺、人工智能等領域的嵌入式應用開發流程。