如何實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的人機(jī)界面交互性設(shè)計

1 、引言

用戶界面設(shè)計是屏幕產(chǎn)品的重要組成部分，它為人機(jī)交互構(gòu)建了一個溝通環(huán)境。其中交互性設(shè) 計是用戶界面設(shè)計中的重要內(nèi)容之一。交互設(shè)計的目的是讓用戶能夠簡單方便地使用產(chǎn)品，任何產(chǎn) 品功能的實現(xiàn)都是通過人機(jī)交互完成的?，F(xiàn)以單片機(jī)為核心的嵌入式應(yīng)用中界面交互性設(shè)計為例具 體介紹其實現(xiàn)方法。

2 、總體設(shè)計方案

總體設(shè)計方案如圖 1 所示。

圖 1 總體設(shè)計圖

以單片機(jī)為核心的下位機(jī)主要是負(fù)責(zé)采集處理數(shù)據(jù)信息，在接到上位機(jī)的數(shù)據(jù)請求的時候發(fā)送 數(shù)據(jù)給上位機(jī)。編寫上位機(jī)端的串口通信程序，用于處理串口信息并且把處理過后的消息發(fā)送給 Virtools。在Virtools 中設(shè)計消息解釋執(zhí)行行為模組，將解釋出的相應(yīng)動作信息發(fā)送給界面控制程序， 最后由其完成屏幕的輸出。同時協(xié)調(diào)Virtools 中各行為模組的工作，使之達(dá)到良好的演示效果。

3 、串口通信設(shè)計與實現(xiàn)

串口通信是指外設(shè)和計算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種 通信方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少。本文的串口通信設(shè)計包括下位機(jī)端的串口通信模塊和上 位機(jī)端的串口通信模塊。

3.1 下位機(jī)的串口通信模塊

下位機(jī)的串口通信模塊通過串口完成與上位機(jī)的通信，在接到上位機(jī)數(shù)據(jù)請求后將采集的數(shù)據(jù) 信息發(fā)送給上位機(jī)。 在設(shè)計中首先設(shè)定定時器 T1 為串口波特率發(fā)生器，設(shè)定波特率為19200bps；上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù) 請求后觸發(fā)下位機(jī)串口中斷，為了能夠快速的響應(yīng)上位機(jī)的請求，減少上位機(jī)的等待，將串口中斷 的優(yōu)先級設(shè)置為最高；下位機(jī)會優(yōu)先調(diào)用通信模塊響應(yīng)該中斷，通信模塊首先判斷請求消息是否正 確，在確定是正確的請求消息后，從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)，封裝成一條消息M 消息碼R（如M01R）， 通過串口發(fā)送給上位機(jī)。通信模塊具備一定過濾及容錯能力。

下面重點介紹一下串口通信模塊的處理方式。

串口通信模塊采用中斷處理方式，每完整地接收到一個字符或發(fā)送完一個字符都會觸發(fā)該中斷， 進(jìn)入到相應(yīng)的中斷處理函數(shù)中。中斷處理函數(shù)涉及到接收和發(fā)送兩個部分，因此在中斷處理函數(shù)開 始的部分就判斷是接收引發(fā)的中斷，還是發(fā)送引發(fā)的中斷。如果是接收中斷，在接收中斷中每接收 一個字符都要判斷，確定是否為上位機(jī)發(fā)送過來的請求消息，如果不是放棄當(dāng)前接收到的內(nèi)容，從 頭開始接收；如果是，則響應(yīng)上位機(jī)的數(shù)據(jù)請求，將接收態(tài)改為發(fā)送態(tài)，然后向上位機(jī)發(fā)送通信緩 沖區(qū)中的第一個字符，每發(fā)送一個字符會產(chǎn)生中斷，在下次中斷中再發(fā)送下一字符，按此過程直到 發(fā)送完畢。

3.2 上位機(jī)的串口通信模塊

上位機(jī)的串口通信模塊通過串口向下位機(jī)發(fā)送請求信息，處理下位機(jī)返回的數(shù)據(jù)信息，并將其 發(fā)送給處理這些信息的行為模組。這一過程是循環(huán)執(zhí)行的。該程序是與下位機(jī)協(xié)同工作的唯一接口， 是聯(lián)系界面和下位機(jī)的橋梁。它的處理流程如圖2 所示。

圖 2 上位機(jī)串口通信模塊處理流程圖

上位機(jī)的串口通信程序是通過調(diào)用 Windows 提供的有關(guān)串口操作的API 函數(shù)完成的。首先創(chuàng)建 了基礎(chǔ)串口類_base_com，在其中實現(xiàn)基本信息配置、打開、關(guān)閉串口等基礎(chǔ)功能。為了實現(xiàn)異步發(fā) 送和異步接收，在_base_com 類的基礎(chǔ)上派生出異步串口通信類_sync_com 完成異步的數(shù)據(jù)傳輸。

基類_base_com 的聲明如下。

class _base_com //虛基類基本串口接口

{

protected：

volatile int _port; //串口號

volatile HANDLE _com_handle;//串口句柄

DCB _dcb; //波特率，停止位，等

int _in_buf， _out_buf; // 緩沖區(qū)

COMMTIMEOUTS _co; // 超時時間

//虛函數(shù)，用于不同方式的串口打開

virtual bool open_port（） = 0;

void init（）; //初始化

public：

_base_com（）

{

init（）;

}

virtual ~_base_com（）;

/*基本參數(shù)設(shè)置*/

//設(shè)置串口參數(shù)：波特率，停止位，等

inline bool set_para（）;

//支持設(shè)置字符串 “9600， 8， n， 1”

bool set_dcb（char *set_str）;

//設(shè)置內(nèi)置結(jié)構(gòu)串口參數(shù)：波特率，停止位

bool set_dcb（int BaudRate， int ByteSize = 8， int Parity = NOPARITY， int StopBits =

ONESTOPBIT）;

//設(shè)置緩沖區(qū)大小

inline bool set_buf（int in_buf， int out_buf）;

//打開串口缺省 9600， 8， n， 1

inline bool open（int port）;

//打開串口缺省 baud_rate， 8， n， 1

inline bool open（int port， int baud_rate）;

//打開串口

inline bool open（int port， char *set_str）;

//關(guān)閉串口

inline virtual void close（）;

//判斷串口是或打開

inline bool is_open（）;

//獲得串口句炳

HANDLE get_handle（）;

};

異步串口通信類_sync_com 的聲明如下。

class _sync_com ： public _base_com

{

protected：

//打開串口

virtual bool open_port（）;

public：

_sync_com（）;

//同步讀

int read（char *buf， int buf_len）;

//同步寫

int write（char *buf， int buf_len）

//同步寫

inline int write（char *buf）

{

assert（buf）;

return write（buf， strlen（buf））;

}

};

4 、Virtools 中行為模組的設(shè)計與實現(xiàn)

下位機(jī)通過串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，經(jīng)過上位機(jī)串口通信程序轉(zhuǎn)換成 Virtools 可以識別的消息，然后 交由Virtools 中的行為模組進(jìn)行處理，從而達(dá)到利用外部采集數(shù)據(jù)控制界面顯示的目的。

4.1Virtools 消息發(fā)送行為模組

Virtools 消息發(fā)送行為模組對串口通信模塊處理得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重新封裝，然后發(fā)送給消息 解釋執(zhí)行行為模組。消息發(fā)送行為模組是使用Virtools 提供的開發(fā)工具包中相關(guān)類的方法實現(xiàn)對信 息的重新封裝。具體實現(xiàn)如下：

CKBeObject *beo = beh-》GetTarget（）; //獲取消息發(fā)送目標(biāo)

if（！beo）

return CKBR_OWNERERROR;

int *tab = （int *）beh-》GetLocalParameterReadDataPtr（0）; //獲得本地變量操作句柄

CKMessageManager *mm = BehContext.MessageManager; //消息管理對象

int temp = GetMessage（BehContext） - ‘0’; //調(diào)用串口通信模塊讀取串口消息

mm-》SendMessageSingle（tab［temp］，beo）; //調(diào)用消息發(fā)送函數(shù)發(fā)送已經(jīng)封裝好的動作消息

activeOutput_0 = TRUE;

4.2 消息解釋執(zhí)行行為模組

消息解釋執(zhí)行行為模組首先從當(dāng)前的消息列表中獲取消息類型，根據(jù)消息類型屬性中指定的特 定消息類型來判斷當(dāng)前到達(dá)的消息是否為該特定消息，并根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)用不同的處理模塊。具體 的處理流程如圖3 所示。

圖 3 消息解釋執(zhí)行行為模組流程圖

利用 Virtools 中行為模組的回調(diào)機(jī)制，循環(huán)調(diào)用該行為模組。在界面切換時檢測一下消息，判 斷是否與屬性中設(shè)定的動作消息一致。如果一致，則向動作控制行為模組發(fā)送激活消息。

4.3 動作控制行為模組

動作控制行為模組主要使用 Virtools 自帶的行為模組，像按鍵響應(yīng)行為模組、腳本的控制行為 模組等。另外為了控制外部媒體文件的播放，還利用了Virtools 中加載資源文件、播放資源文件的 行為模組。

動作控制行為模組接收到消息解釋執(zhí)行行為模組發(fā)送的激活信息，就會調(diào)用相應(yīng)的行為模組完 成界面的輸出。

5 、結(jié)論

本文從工程應(yīng)用的角度，給出了基于 Virtools 和串口通信的界面交互性的設(shè)計方法，并給出關(guān)鍵部分的設(shè)計思路和方法。該設(shè)計方法具有一定的通用性，可應(yīng)用于其它需要用戶界面交互設(shè)計的 應(yīng)用系統(tǒng)中。

本文作者創(chuàng)新點：串口通信下，采集下位機(jī)（單片機(jī)）傳遞的信息，運用 Virtools 的行為模組 進(jìn)行實時處理，實現(xiàn)了人機(jī)界面的交互。這一設(shè)計也為其他人機(jī)界面交互性的實現(xiàn)提供了一種新的 思路。

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