新型圖形人機接口硬件系統(tǒng)和軟件架構(gòu)設(shè)計

人機接口是使用者與機器之間互相傳遞信息的媒介。傳統(tǒng)人機接口設(shè)計中，操作者與機器的對話方式比較單一、實現(xiàn)功能比較簡單；一般采用按鍵操作，用戶操作比較復(fù)雜。傳統(tǒng)人機接口設(shè)計中，軟件架構(gòu)比較簡單，功能劃分比較模糊，程序的可讀性與維護性較差。本文介紹的人機接口與傳統(tǒng)的人機接口相比有以下幾個優(yōu)點：首先采用菜單顯示，簡化用戶操作流程；其次采用了合理的軟件架構(gòu)，功能模塊劃分明確，提高了程序的可讀性與可維護性。

人機接口硬件系統(tǒng)構(gòu)成

本文介紹的人機接口主要為SEED_MMI5402系統(tǒng)服務(wù)。SEED_MMI5402系統(tǒng)可提供多路數(shù)字信號源，并與其它子卡進行通訊，控制多種外設(shè)。根據(jù)系統(tǒng)要求，操作者必須能夠通過人機接口控制信號源，及完成其它相應(yīng)的控制任務(wù)。

為節(jié)約成本、簡化設(shè)計，該人機接口不采用單獨的主控芯片，其功能由SEED_MMI5402系統(tǒng)的主控芯片TMS320VC5402完成。因SEED_MMI5402系統(tǒng)需控制多個外設(shè)，且液晶屏的顯示控制線較多，為保證系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，液晶屏的顯示控制由TMS320VC5402通過CPLD實現(xiàn)。

該人機接口中使用的顯示模塊是240x120點陣液晶屏(其控制芯片是T6963C)。T6963C是點陣式液晶屏圖形顯示控制器，顯示方式有圖形方式、文本方式以及圖形和文本合成方式，還可實現(xiàn)文本方式下的特征顯示以及圖形拷貝操作等。T6963C的字符字體由硬件設(shè)置，在該人機接口系統(tǒng)中，固定使用8x8字體。

該人機接口中使用的鍵盤其功能與布局與計算機小鍵盤相似，在此將做不介紹。

圖形人機接口軟件架構(gòu)

該圖形人機接口設(shè)計的目標(biāo)是實現(xiàn)中文窗口界面，用戶可以在菜單方式下進行操作。該圖形人機接口提供多級界面操作，操作者可以通過鍵盤選擇不同的窗口，進行參數(shù)輸入、程序的運行選擇，并可通過液晶屏查看相應(yīng)運行結(jié)果。圖形人機接口的程序流程圖如圖2所示。

根據(jù)需求分析，該圖形人機接口的軟件由以下幾個模塊構(gòu)成：

1. 鍵值處理模塊

本模塊功能是獲取鍵值，并根據(jù)按鍵類型調(diào)用不同處理函數(shù)。圖3是鍵值處理模塊的流程圖。

2. 菜單顯示模塊

因為該圖形人機接口的菜單選項比較多，各級子菜單的顯示只能通過覆蓋上級菜單實現(xiàn)，不能通過下拉菜單實現(xiàn)。為了能較好實現(xiàn)各級菜單的切換，應(yīng)該確定本系統(tǒng)需要多少個界面，每個界面有多少個菜單選項，并畫出各菜單選項之間的關(guān)系圖。

分析菜單操作示意圖(圖4)，可知該圖形人機接口菜單由以下兩類菜單構(gòu)成：

a. 標(biāo)題菜單類：每級菜單的索引；

b. 項目菜單類：每級菜單的菜單選項。

圖1：人機接口硬件構(gòu)成框圖

圖2：圖形人機接口的程序流程圖

圖3：鍵值處理模塊的流程圖

圖4：菜單操作示意圖

在進行界面顯示處理時，不僅要知道各菜單項的邏輯關(guān)系，還要知道菜單項的功能(用戶選中該菜單選項時，處理器對應(yīng)的函數(shù)操作)。根據(jù)分析，該圖形人機接口的菜單功能分為以下幾類：

a. 跳轉(zhuǎn)菜單類：下級子菜單入口，用戶選中該菜單選項時，液晶屏進入其下級子菜單的顯示與操作；

b. 命令菜單類：操作函數(shù)入口，用戶選中該菜單選項時，通知處理器進入相應(yīng)的處理程序；

c. 選擇菜單類：參數(shù)或命令選項的輸出顯示，用戶選中該菜單選項時，可根據(jù)液晶屏的顯示進行相應(yīng)的輸入選擇；

d. 編輯菜單類：對話菜單類的入口，用戶選中該菜單選項時，進入對話菜單類的顯示，同時保留當(dāng)前參數(shù)值；

e. 對話菜單類：參數(shù)的輸入輸出顯示，在當(dāng)前菜單下，用戶可根據(jù)需求對運行參數(shù)進行修改。

為更好體現(xiàn)各個菜單之間的變遷，該圖形人機接口中使用到的菜單項按使用順序進行編號。該圖形人機接口設(shè)計了一個結(jié)構(gòu)體，所有菜單項按菜單使用序號順次存放在該結(jié)構(gòu)體的中，這樣所有的菜單選項組成一個樹狀結(jié)構(gòu)，每一個菜單項都是樹上的枝、葉。結(jié)構(gòu)屬性描述如下：

struct GUITREE_Node

{

菜單種類域：該菜單的功能描述

菜單位置描述域：該菜單的與其它菜單項的關(guān)系

菜單狀態(tài)描述域：該菜單的狀態(tài)信息

菜單輸入顯示域：該菜單允許的參數(shù)輸入范圍信息

菜單選項顯示域：該菜單對應(yīng)的參數(shù)或命令選項信息

菜單操作函數(shù)域：該菜單所對應(yīng)操作函數(shù)的信息

菜單名顯示域：該菜單名顯示信息由該域控制

}

3. 運行函數(shù)接口模塊

用戶操作與處理器運行程序的連接由此模塊實現(xiàn)。操作者根據(jù)液晶屏的顯示，通過按鍵輸入?yún)?shù)或選擇不同操作命令，運行函數(shù)接口模塊將這些信息傳遞給處理器；當(dāng)處理器處理完成相應(yīng)的用戶操作后，調(diào)用運行函數(shù)接口模塊將結(jié)果通過液晶屏顯示反饋給用戶。運行函數(shù)接口模塊的流程圖見圖5。

圖5：運行函數(shù)接口模塊的流程圖

本文小結(jié)

本文主要從軟件架構(gòu)的角度出發(fā)，提出了一種解決人機交互問題的方法。通過定義合理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了簡潔中文窗口菜單操作。文中的方法具有非常好的靈活性和良好的可維護性，可在需要的時候方便地修改原有窗口或者加入新的窗口，而不至于影響系統(tǒng)軟件原有的結(jié)構(gòu)。

作者：趙榮霞 ，硬件工程師 ，北京合眾達電子技術(shù)有限責(zé)任公司