嵌入式系统的人机界面原型设计策略

       构建一个 人机界面 原型能够帮助设计工程师在设计早期理解接口对设计的要求和接口的可用性。下面将探讨一种当目标硬件还远未实现时，在PC机上构建人机界面原型的方法。构建这类原型的主要目的有二。

       1. 使同一个设计组中的其他成员能够看到该设备的工作过程。当我们在纸上设计一台交互式设备时，要判断设计中所描述的交互性能否实际实现，需要很大的想象力。而如果构建一个工作原型，就会使情况清晰许多，并且允许更多的旁观者来评论正在计划中的接口设计得怎样。很多时候，用接口原型进行试验，还能帮助设计工程师决定真正设计出的硬件需要多少按钮、多少LED、多少数字显示器或文本显示器。

       2. 当硬件没有工作时，利用接口原型来为人机界面编写软件。为达到这一目的，出现在PC显示器上的接口原型必须采用C、C++或者其它适用于 嵌入式 开发的语言来控制

www.55dianzi.com

       如果前面板是由一个工业设计小组设计的，那么就会有整个显示图像可供利用。或者如果物理原型已经存在，那么一幅该物理原型的数字相片就可以用来作为背景。

       我采用图像目标(在CPB内也叫作Timage)来显示大多数物理元件。因为采用了图像目标就可以引入位图，然后进行显示。例如可以引入一个发光二极管的图像。在该应用中，显示了一个包含5个按钮和4个LED的接口原图，如图1所示。背景图像中LED处于关断状态。一旦软件决定其中的一个LED应打开，那么这个发光LED图像的可见属性就被设为真，于是点亮的LED的图像就覆盖了不亮的LED图像。

       有了这种简单的重叠多幅图像的诀窍，我们就可以仿真一个物理显示屏的 其它部分。例如，假设我们采用CPB IDE来创建一个包含单词“ALARM”的标注，并将这一元素命名为AlarmInDICator，那么我们就可以编写一个函数来控制它：

       void setAlarmState(Boolean state)
       {
       PanelForm->AlarmIndICator
       ->Visible = state;
       }

       面板表格中包含了我们仿真时所用到的所有图形对象。Alarm-Indicator就是我们将一个标签放到面板表格上之后为其分配的名字。当我们将该标签通过拖拽到表格窗口中的方式加入该表格时，它就成为了该表格的一个数据成员。

       在CPB中，显示屏上的一个元素的所有属性都可以作为表征该元素的类的公共数据成员。因此，Visible属性只需进行一个简单的分配操作就能改变。公共数据成员可以在程序中的任何地方通过分配而改变。在CPB中，各属性也有其特殊状态，允许在IDE中通过该状态改变属性。开发者可以点击一个标注，并在属性窗口设置Visible属性。显示的颜色和字体也可以通过类似的方法改变。

       现在来看一个setAlarmState()程序，该程序用于驱动基于CPB的仿真。以下代码为CPB专用代码，在最终的目标上无法运行。不用多久，我们将不得不为目标接口编写该函数的另一个版本，形式如下：

       void setAlarmState(Boolean state)
       {
       if (state)
       {
       ledRegister |= 0x02;
       }
       else
       {

www.55dianzi.com

       代码的组织

       如果我们已经编写了两个版本的setAlarm-State()函数，那么我们必须保证一次只编译其中的一个。要达到这一目的，一种方法是一直采用CPB代码，直到目标硬件设计好之后，再用目标专用的代码代替其中所有CPB专用的代码。如果我们这样做，那么在我们开始目标硬件的开发工作之后，就无法再运行仿真了。读者可能认为这不是什么问题，但事实上，即使硬件设计好之后，仿真也是有用的。

       例如，仿真中基于PC的调试环境往往就比目标硬件的开发环境要好。因为目标硬件的下载速度可能较慢，或者每次修改软件都必须重新烧录一块一次性可编程芯片。而且目标硬件的调试环境中可能也不支持单步调试和断点调试。即使目标硬件的调试环境较好，相对而言，PC仿真还是有其它优势。开发者可以将.exe文件通过电子邮件发送给不在同一工作地点的工作伙伴，以获得他们的反 馈信息。

       一旦开发者决定要在整个项目的开发周期中同时保留两个版本的函数，那么分隔它们就很容易。在CPB中的Project/Options下，可以定义宏。我通常会定义USING_CPB，然后在我的源代码中，利用一个#ifdef来区分不同的函数版本。另一种区分函数版本的方法就是将目标代码和仿真代码存放在不同的文件中，但让二者共享同一个头文件，以保证二者采用同样一组函数标记。

       CPB环境是基于C++的一种环境，但许多 嵌入式 目标几乎都不支持C。这时，开发者只能采用共享代码中由交叉编译器所支持的C++子集，这其实并没有想象中的困难。解决该问题的方法之一就是针对嵌入式目标来编译代码，即使当前并没有硬件可以运行这些代码。这时那些在PC机上可用的而在目标硬件上则可能属于非法的特性就显得突出起来。例如，有些较小型的处理器就不支持递归。同时，在嵌入式编译器上检查软件，还能快速地在程序中标出那些偶然被包含进目标可执行文件中的CPB专用代码。我本人就发觉这种方法在跟踪软件的大小时非常有用，因为CPB库过于庞大，会完全扭曲程序的大小，所以PC机中进行编译时给出的软件大小并不真实。

       这里采用了三种类型的代码。其中有些属于CPB专用代码，只能在PC机上编译；有些属于目标专用代码，只能在目标上编译；而其它的则属于公共代码，应该既能在PC机平台上运行，也能在目标平台上运行。在理想情况下，每个源文件应该都只包含一种类型的代码。设计工程师的IDE或makefile应允许其选择在每次创建可执行文件时需要包含哪些文件。

       建议在命名文件时，将所有CPB专用的文件命名为.cpp文件，所有目标专用的文件和共享文件均取.c为扩展名。那么在目标环境中编译时，就只需编译扩展名为.c的文件，而不编译扩展名为.cpp的文件。

       如果设计工程师遵循以上风格，那么在CPB环境中编译时还会遇到一个问题。CPB环境将.c文件假设为C代码编写的文件，而将.cpp文件假设为C++代码编写的文件。当从一个文件到另一个文件发生调用时，将会因 C++产生破损函数名的方式不同而产生链接错误。我们可以通过采用“extern C”构造来回避这个问题。但这样有点麻烦，尤其当调用发生在从C到C++或从C++到C时。可以为Borland编译器设置一个标志，告诉它，不论文件名的后缀是什么，均将其作为C++文件来编译。遗憾的是IDE中没有这样的标志。于是我们只能手工编辑项目配置文件来实现这一功能。

www.55dianzi.com

       代码举例

       读者可以在 www.panelSOFt.com/cpb 处找到一个可执行文件five.exe，文件中包含一行5个按钮和一组LED。按下前4个按钮中的任何一个都会打开相应的一个LED。第5个按钮是RESET(复位)按钮，按下该按钮会关断所有LED。 当然，在构造这样一个项目时，并不需要进行仿真。但该例旨在说明，只要具备初始的接口界面图象，那么仿真时，只需稍作努力就可得到与真实设备看起来相似的运行结果。同时，该例还说明，key.c模块中包含的代码既可在目标环境中运行，也可在仿真环境中运行，而且该代码不会因目标环境和仿真环境这两种平台之间的差异而需要任何条件代码才能运行。用于构造该应用的所有源代码和初始位图均可从该站点下载。

       建立类似的仿真需要设计工程师具备一定的C++知识，学习CPB开发环境也需要一定的过程，当设计工程师从未用过这种面向对象的事件驱动环境时尤其如此。然而只要建立起一个仿真，那么其它工作只需按相同的步骤进行即可。设计工程师如果曾编写过基于PC的程序，而且程序中用到了GUI，那么这一经验会有助于对CPB的学习。我过去就曾利用这样一个程序来完成过一个简单的下载应用，实现与 嵌入式 目标的串行通信。

本文关键字：嵌入式  人机界面  嵌入式系统-技术，单片机-工控设备 - 嵌入式系统-技术