嵌入式系统中数字示波器用户图形界面的实现

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘 要: 在嵌入式系统中实现用户图形化(GUI),已经成为大势所趋。本文简要介绍了应用在RIGOL DS1000系列数字示波器上的用户图形界面的实现。重点分析了用户图形界面(GUI)的设计思路。并简单介绍了软件设计结构和流程。 关键词:用户图形界面(GUI);VisualDSP++ 4.0 Kernel;数据结构 [b]1 引言 [/b] 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。 [b]2 数字示波器上的用户界面实现原理 [/b] 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320X234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。 2.2 实现用户图形界面(GUI)的图形标准库 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。 [b]3 数字示波器的用户图形界面(GUI)软件的设计思路 [/b]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。 根据实现的不同的功能我们划分出如下的界面种类: 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: 3.2 界面区域与外界输入的相互配合响应 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。 [b]4 数字示波器的用户图形界面(GUI)的软件设计流程 [/b] 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。 下图为实现用户图形界面的软件流程图。 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。 为了弥补国内产品在这方面的缺陷,RIGOL开发团队开发出的这款DS1000系列数字示波器除了实现高存储深度,高测量精度等功能之外,更是注重了图形用户界面的设计。继续保持其在技术上的创新和人性化、本土化的优势,新的用户图形界面使得用户能够比以往更加容易测量与分析波形。 随着仪器的功能增多,会对用户图形界面(GUI)提出更高的要求,那么就要求GUI更加系统化、模块化、功能化。所以,在这方面我们还有许多工作要做。 [1]VisualDSP++4.0 Kernal (VDK)User"s Guide , Analog Devices, Inc. 2005 [2]Blackfin系列DSP原理与系统设计 ,陈峰, 电子工业出版社, 2004 [3]数据采集与处理技术,马明建,周长城,西安交通大学出版社,2001 [4]数字电路设计与应用实践教程,王振红,机械工业出版社,2003 [5]军用电子测量仪器应用指南,梅劲松,电子工业出版社,2001 [6]RIGOL《DS5000系列数字示波器技术文件》,内部资料,2004
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