基于海思平台的 Qt 应用项目研发架构设计及描述

在嵌入式开发领域，海思平台凭借其强大的性能和丰富的功能，广泛应用于智能安防、工业自动化、车载终端等多个领域。而 Qt 框架则以其跨平台、高效开发等优势，成为海思平台上应用开发的首选之一。本文将详细介绍基于海思平台的 Qt 应用项目的研发架构设计，并通过 PlantUML 进行详细的描述和说明。

一、架构设计概述

1.1 设计目标

本架构设计旨在为基于海思平台的 Qt 应用项目提供一个清晰、高效且可扩展的框架。通过对各大主要模块的合理规划与设计，充分结合海思平台的硬件特性和 Qt 框架的优势，实现以下目标：

• 高效性能：充分利用海思平台的硬件加速能力，提升图形渲染、数据处理和通信等关键环节的运行效率。

• 稳定可靠：通过模块化设计和松耦合架构，增强系统的稳定性和容错性，降低因单个模块故障导致整个系统崩溃的风险。

• 易于维护：明确各模块的职能和接口，便于开发人员进行代码维护和功能扩展，降低维护成本和时间。

• 灵活扩展：支持多种通信协议、数据存储方式和外部设备接入，满足不同应用场景下的功能需求，如智能安防、工业自动化、车载终端等。

1.2 技术选型

• 硬件平台：海思平台，如 Hi3519DV200、 Hi3516DV300、Hi3520DV400 等，具备强大的视频编解码能力和丰富的外设接口。

• 软件框架：Qt 框架，用于实现跨平台的图形用户界面（GUI）和应用程序逻辑开发。

• 操作系统：Linux，海思平台通常搭配 Linux 系统，提供稳定的操作系统支持和丰富的开发工具。

• 数据库：SQLite（轻量级嵌入式数据库），适用于存储设备配置、日志信息和少量业务数据。

• 通信协议：支持 TCP/IP、UDP、HTTP/HTTPS 协议，用于与外部服务器、设备或其他系统进行通信。

二、架构设计原则

2.1 分层架构

将项目划分为多个层次，每一层负责不同的职能，提高代码的可维护性和重用性：

• UI 层（Presentation Layer）：负责用户界面的显示和用户交互，与用户直接交互，提供友好、直观的用户体验。

• 业务逻辑层（Business Logic Layer）：处理核心业务逻辑，与 UI 层分离，确保业务逻辑的独立性和可维护性。

• 数据访问层（Data Access Layer）：负责与数据库或其他数据源进行交互，处理数据的存取，为业务逻辑层提供数据支持。

• 通信层（Communication Layer）：负责与外部系统的通信，如与服务器、其他设备或传感器进行数据传输。

• 硬件抽象层（Hardware Abstraction Layer）：对海思平台的硬件进行抽象和封装，提供统一的硬件访问接口，便于上层应用开发和硬件设备的替换。

2.2 松耦合

尽量减少各模块之间的依赖，使模块可以独立开发和测试，如使用接口、事件通知等机制实现模块之间的通信和协作。

2.3 一致性

遵循统一的编码规范和设计习惯，如命名规范、注释规范、文件组织结构等，提高团队协作效率和代码的可读性。

三、模块划分及设计

3.1 UI 模块

3.1.1 功能描述

• 主界面（MainWindow）：作为应用程序的主窗口，负责加载和管理各个功能模块的用户界面，包括菜单栏、工具栏、状态栏等。

• 功能模块界面（FeatureWidget）：根据具体的应用场景，划分为多个功能模块界面，如视频监控界面、设备管理界面、日志查看界面等。

• 弹窗与对话框（Dialog）：提供各种弹窗和对话框，如设置对话框、警告提示框、错误提示框等，用于与用户进行交互。

3.1.2 技术实现

• 使用 Qt Designer 设计界面布局，通过 Qt 的 QML 语言实现现代化、响应式的用户界面，充分利用海思平台的硬件加速能力。

• 对于复杂的界面逻辑，可使用 C++ 编写自定义控件，实现复杂的交互功能和数据绑定。

  

3.2 业务逻辑模块

3.2.1 功能描述

• 视频管理（VideoManager）：负责视频的采集、编码、解码和传输，与硬件层进行交互，获取摄像头数据，并进行初步处理。

• 设备控制（DeviceController）：实现对设备的远程控制功能，如云台控制、镜头聚焦、设备重启等。

• 数据处理（DataProcessor）：对采集到的视频数据、传感器数据等进行分析和处理，提取关键信息，为业务逻辑提供数据支持。

• 系统设置（SystemConfig）：提供系统的配置参数管理功能，包括视频编码参数、网络配置、设备参数等。

3.2.2 技术实现

• 使用 C++ 实现业务逻辑模块的核心功能，通过海思 SDK 提供的 API 与硬件层进行通信和交互。

• 设计合理的数据结构和算法，对采集到的数据进行实时分析和处理，提高系统的响应速度和准确性。

• 为每个功能模块设计接口，便于其他模块进行调用和集成。

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 3.3 数据访问模块 

3.3.1 功能描述

• 数据库管理（DatabaseManager）：负责与 SQLite 数据库进行交互，实现数据的存储、查询、更新和删除等操作。

• 日志管理（LogManager）：记录系统的运行日志、错误信息和操作记录，便于系统维护和故障排查。

• 配置存储（ConfigStorage）：存储系统的配置参数，如网络配置、设备配置、用户设置等。

 3.3.2 技术实现 

• 使用 Qt 的 QSql 模块与 SQLite 数据库进行交互，设计合理的数据库表结构，确保数据的安全性和完整性。

• 日志管理采用异步写入的方式，避免对系统主流程造成阻塞，提高系统的性能和稳定性。

• 配置存储采用 XML 或 JSON 格式，便于配置文件的读取和解析。

  

 3.4 通信模块 

3.4.1 功能描述

• 网络通信（NetworkCommunication）：实现与外部服务器、设备或其他系统之间的网络通信，支持 TCP/IP、UDP、HTTP/HTTPS 协议。

• 串口通信（SerialCommunication）：用于与外部串口设备进行通信，如 RFID 读卡器、传感器等。

 3.4.2 技术实现 

• 使用 Qt 的 QtNetwork 模块实现 TCP/IP 和 UDP 网络通信，支持多线程和非阻塞通信模式。

• 串口通信采用 QtSerialPort 模块，实现与串口设备的高效通信。

• 远程服务可使用 QtWebSockets 或 QtSoap 模块，根据实际需求选择合适的通信协议和数据格式。

3.5 独立模块

3.5.1 初始化配置模块

• 功能描述：

  • 系统初始化（SystemInitialization）：在系统启动时，初始化硬件资源、网络连接和数据库等。

  • 设备自检（DeviceSelfCheck）：对硬件设备进行全面的自检，检测设备是否正常运行。

• 技术实现：

  • 使用 Qt 的单例模式实现系统初始化类，确保初始化过程的唯一性和线程安全性。

  • 设备自检通过调用硬件 SDK 提供的 API，对摄像头、传感器、网络接口等设备进行逐个检查，并记录自检结果。

3.5.2 更新模块

• 功能描述：

  • 软件更新（SoftwareUpdate）：从服务器下载最新的软件版本，并进行更新安装。

  • 固件更新（FirmwareUpdate）：对设备的固件进行升级，提高设备的性能和稳定性。

• 技术实现：

  • 软件更新通过 HTTP 或 FTP 协议从指定的服务器下载更新包，验证更新包的完整性后，进行安装和重启系统。

  • 固件更新采用海思平台提供的固件升级工具和 API，实现对设备固件的安全升级。

四、架构设计优势

通过上述架构设计，可以充分利用海思平台的硬件性能和 Qt 框架的开发优势，实现高效、稳定、可维护的应用程序：

• 高效性能： UI 模块采用 QML 和硬件加速技术，确保图形界面的流畅性；业务逻辑模块直接与硬件 SDK 进行交互，充分发挥海思平台的视频编解码和图像处理能力。

• 稳定可靠： 模块化设计和松耦合架构使得系统各个部分相对独立，当某个模块出现故障时，可以迅速定位问题并进行修复，降低对整个系统的影响。

• 易于维护： 明确的模块划分和接口定义，使得开发人员可以专注于特定模块的开发和维护，降低了学习成本和维护难度。

• 灵活扩展： 支持多种通信协议和数据存储方式，方便集成新的功能模块和第三方设备；独立的更新模块可以方便地对系统进行升级和维护。

五、总体架构图