原创 新型图形人机接口硬件系统和软件架构设计

人机接口是使用者与机器之间互相传递信息的媒介。传统人机接口设计中，操作者与机器的对话方式比较单一、实现功能比较简单；一般采用按键操作，用户操作比较复杂。传统人机接口设计中，软件架构比较简单，功能划分比较模糊，程序的可读性与维护性较差。本文介绍的人机接口与传统的人机接口相比有以下几个优点：首先采用菜单显示，简化用户操作流程；其次采用了合理的软件架构，功能模块划分明确，提高了程序的可读性与可维护性。

人机接口硬件系统构成

本文介绍的人机接口主要为SEED_MMI5402系统服务。SEED_MMI5402系统可提供多路数字信号源，并与其它子卡进行通讯，控制多种外设。根据系统要求，操作者必须能够通过人机接口控制信号源，及完成其它相应的控制任务。

为节约成本、简化设计，该人机接口不采用单独的主控芯片，其功能由SEED_MMI5402系统的主控芯片TMS320VC5402完成。因SEED_MMI5402系统需控制多个外设，且液晶屏的显示控制线较多，为保证系统的功能实现，液晶屏的显示控制由TMS320VC5402通过CPLD实现。

该人机接口中使用的显示模块是240x120点阵液晶屏(其控制芯片是T6963C)。T6963C是点阵式液晶屏图形显示控制器，显示方式有图形方式、文本方式以及图形和文本合成方式，还可实现文本方式下的特征显示以及图形拷贝操作等。T6963C的字符字体由硬件设置，在该人机接口系统中，固定使用8x8字体。

该人机接口中使用的键盘其功能与布局与计算机小键盘相似，在此将做不介绍。

图形人机接口软件架构

该图形人机接口设计的目标是实现中文窗口界面，用户可以在菜单方式下进行操作。该图形人机接口提供多级界面操作，操作者可以通过键盘选择不同的窗口，进行参数输入、程序的运行选择，并可通过液晶屏查看相应运行结果。图形人机接口的程序流程图如图2所示。

根据需求分析，该图形人机接口的软件由以下几个模块构成：

1. 键值处理模块

本模块功能是获取键值，并根据按键类型调用不同处理函数。图3是键值处理模块的流程图。

2. 菜单显示模块

因为该图形人机接口的菜单选项比较多，各级子菜单的显示只能通过覆盖上级菜单实现，不能通过下拉菜单实现。为了能较好实现各级菜单的切换，应该确定本系统需要多少个界面，每个界面有多少个菜单选项，并画出各菜单选项之间的关系图。

分析菜单操作示意图(图4)，可知该图形人机接口菜单由以下两类菜单构成：

a. 标题菜单类：每级菜单的索引；

b. 项目菜单类：每级菜单的菜单选项。

图1：人机接口硬件构成框图

图2：图形人机接口的程序流程图

图3：键值处理模块的流程图

图4：菜单操作示意图

在进行界面显示处理时，不仅要知道各菜单项的逻辑关系，还要知道菜单项的功能(用户选中该菜单选项时，处理器对应的函数操作)。根据分析，该图形人机接口的菜单功能分为以下几类：

a. 跳转菜单类：下级子菜单入口，用户选中该菜单选项时，液晶屏进入其下级子菜单的显示与操作；

b. 命令菜单类：操作函数入口，用户选中该菜单选项时，通知处理器进入相应的处理程序；

c. 选择菜单类：参数或命令选项的输出显示，用户选中该菜单选项时，可根据液晶屏的显示进行相应的输入选择；

d. 编辑菜单类：对话菜单类的入口，用户选中该菜单选项时，进入对话菜单类的显示，同时保留当前参数值；

e. 对话菜单类：参数的输入输出显示，在当前菜单下，用户可根据需求对运行参数进行修改。

为更好体现各个菜单之间的变迁，该图形人机接口中使用到的菜单项按使用顺序进行编号。该图形人机接口设计了一个结构体，所有菜单项按菜单使用序号顺次存放在该结构体的中，这样所有的菜单选项组成一个树状结构，每一个菜单项都是树上的枝、叶。结构属性描述如下：

struct GUITREE_Node

{

菜单种类域：该菜单的功能描述

菜单位置描述域：该菜单的与其它菜单项的关系

菜单状态描述域：该菜单的状态信息

菜单输入显示域：该菜单允许的参数输入范围信息

菜单选项显示域：该菜单对应的参数或命令选项信息

菜单操作函数域：该菜单所对应操作函数的信息

菜单名显示域：该菜单名显示信息由该域控制

}

3. 运行函数接口模块

用户操作与处理器运行程序的连接由此模块实现。操作者根据液晶屏的显示，通过按键输入参数或选择不同操作命令，运行函数接口模块将这些信息传递给处理器；当处理器处理完成相应的用户操作后，调用运行函数接口模块将结果通过液晶屏显示反馈给用户。运行函数接口模块的流程图见图5。

图5：运行函数接口模块的流程图

本文小结

本文主要从软件架构的角度出发，提出了一种解决人机交互问题的方法。通过定义合理数据结构实现了简洁中文窗口菜单操作。文中的方法具有非常好的灵活性和良好的可维护性，可在需要的时候方便地修改原有窗口或者加入新的窗口，而不至于影响系统软件原有的结构。

作者：赵荣霞

硬件工程师

北京合众达电子技术有限责任公司