随着嵌入式系统应用领域的不断扩大,系统复杂性也在不断提高。所以在嵌入式系统中实现用户图形化(gui),已经成为大势所趋。目前,嵌入式系统中大多数的用户图形化界面(gui)都是在操作系统(如os、wince、linix)的支持下, 调用系统的各种api函数实现的。这些操作系统为实现gui提供了大量的库函数,也为编程人员提供了界面设计的良好平台。如利用wince就可以十分方便的设计出具有windows风格的图形界面。
本文这款数字示波器是普源精电(rigol)公司推出的DS1000系列,其设计完全自主完成,贴近国人使用习惯。其用户图形界面(gui)是在visualdsp++ 4.0 kernel的基础上开发的,界面风格紧紧与仪器的功能相联系。在完成了仪器的波形和菜单等显示的基础上,rigol团队也做了一些通用性的用户图形界面,如文件管理器等。当然,所设计的用户图形界面,在功能强大方面是远不能与wince等所比拟的,但是对于仪器的使用者来说,已经是足够的方便因为这毕竟是仪器的用户图形界面,而不是掌上电脑pda的用户图形界面。
2 数字示波器上的用户界面实现原理
用户图形界面的实现,需要硬件、软件上的支持。如图1所示,通过操作平台(operation platform)的调配,调用显示程序,显示程序刷新显示缓存,再由显示驱动程序,将显示缓存中的内容显示到液晶屏上。下面简要的介绍一下上图中主要的几个组成部分:
2.1 实现图形化的硬件原理
rigol DS1000系列数字示波器采用的是320234分辨率的tft液晶显示器,通过液晶的驱动电路,可以使液晶正常显示,通过帧信号同步、行信号同步、数据信号的时钟(clock)同步,显示点阵的数据将被从sdram中写入到液晶显示器的显示buffer中,从而显示出彩色图像。
从图1可以看出,如果要更新液晶显示器显示的内容,我们只需更新lcdbuffer中的显示数据就可以了。
要在用户图形界面上显示各种的图形、图案,除了硬件电路的支持外,还需要强大的软件支持。而其中(gui)的图形标准库为最基础,而不可或缺的。
用户图形界面(gui)的图形标准库,包括最基本的画点、画线、画矩形、填充矩形、画圆形、放置bmp的图案、显示中、英文等等的函数,该图形库如果功能越强大,就越可以支持复杂的用户图形界面(gui)。
2.3 实现用户图形界面(gui)的操作平台的支持
仅仅有了绘制图形的图形标准库,要实现用户图形界面,还是远远不够。图形库是单一画面不可缺少的,但是要形成有机的、可操作的用户图形界面,还需要后台有一个稳定、功能强大的操作系统平台。
操作平台根据用户的外界输入(一般是键盘),以及系统当前的状态来决定下一步系统的状态,从而调用相应的gui界面。如此,便实现了用户图形界面。
3 数字示波器的用户图形界面(gui)软件的设计思路
3.1 界面种类的划分
对于用户图形界面(gui)的设计不能简单、统一的完成,要考虑到用户在各种情况下的操作界面。根据这些界面所具备的共同点,我们将这些界面分成如下的种类,同一种类的界面中将具备相同或者相似的功能区域。每一种界面都会有相应的处理程序,也有专门的数据结构。
a. 背景网格显示界面;b.波形显示界面;b. 帮助文档浏览界面;c.菜单显示界面;d. 文件管理浏览器界面;e. 文件名称输入界面;f.前景内容显示界面(包括各种参数显示信息,测量信息以及提示信息等)。
各界面种类如下图所示:
由以上可知,显示的图形虽然形形色色,但是他们都可以抽象成具有共同属性的某种数据结构。数据结构就好比是图形界面的灵魂,掌握了数据结构,就可以让图形界面随之而变。那么如何设计、控制、改变这些数据结构就成为实现用户图形界面(gui)的关键了。
要响应外界用户的输入,我们需要制定一套机制运行法则,而这套机制运行法则就是状态机(system status machine),也是用户用以操作仪器的操作平台(operation platform)。依据这套运行法则,我们的系统根据外界的输入来更改各种界面下使用的数据结构,从而实现用户对图形界面的操作。当然,在实际的设计中,操作平台(operation platform)不仅仅是改变gui的数据结构,还要考虑任务调度以及其他任务模块中的数据结构的改变。
4 数字示波器的用户图形界面(gui)的软件设计流程
设计出一个好的用户图形界面,是一个庞大而巨细的工程。涉及到方方面面的相互之间的关系,也涉及到实现过程中的许多细节的问题。如何理清这些繁多的变化的关系,是设计的关键。rigol团队曾经使用一些全局变量,来做为各种状态、各种模式下的标示,用以改变用户的图形界面。但是因为变量的众多,导致变量之间的搭配的可能性成倍的增加,状态的转移关系也就会成倍的增加。这对于编程者来说,与其说是在编程,还不如说是在做一道及其庞杂的逻辑组合题。
所以,这样的思路在理论上是可行的,但在实际中是不可取的。我们应该尽量的去其枝叶,找到能够贯穿整个系统,标示不同的状态以及模式的变量或者结构。最终,我们以键盘的输入键值为主线,辅以各种的全局变量,来控制系统状态的变化。键值虽然有许多许多,但是因为只有这么一个变量做为状态量,系统状态的变化,就可以在掌控之中了。所以,在这个系统中,键值变量key_id成为了主角,用户界面将围绕其进行改变。
键值变量key_id要根据用户的输入进行改变。在这里我们就不描绘状态
变量是如何转移的。我们介绍对于既定的键值变量key_id是如何完成用户图形界面的输出的。
5 结语
目前,国内的数字示波器,除了测量信号的性能指标较低外,在系统的整体性、用户的可操作性等功能上不及国外产品考虑得周详。
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