基于Linux和MiniGUI的某型指控終端人機(jī)接口設(shè)計(jì)

0 引言

　　隨著武器裝備信息化程度的提高，各種嵌入式信息裝備得到了廣泛應(yīng)用。作為未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)主要作戰(zhàn)平臺(tái)的各種戰(zhàn)斗車輛，其車載指揮控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)得到了廣泛重視。

　　一個(gè)車載指控平臺(tái)的功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：監(jiān)控、顯示車輛的技術(shù)狀態(tài)；車際間的指控、通信；車輛的定位、導(dǎo)航；各種文電處理等。本文將介紹一個(gè)基于ARM和MiniGUI的車載指控系統(tǒng)人機(jī)接口部分的設(shè)計(jì)，這個(gè)系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)了上述車載指控平臺(tái)的主要功能。

　　1 軟硬件的選型

　　　　系統(tǒng)軟件可以有很多選擇，因?yàn)樵撔酒瑑?nèi)置MMU，因此可以支持Windows CE，Linux，Palm OS和VxWorks等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。車載指控平臺(tái)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，因此這里選擇嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)。嵌入式Linux具有源碼開(kāi)放、成本低、應(yīng)用軟件豐富等特點(diǎn)，因此Linux和ARM是許多低成本的應(yīng)用中首選的組合。

受車輛內(nèi)部空間的限制，指揮控制終端必須做到小型化，嵌入式。ARM作為一種已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到非常廣泛應(yīng)用的架構(gòu)，這里采用它是一個(gè)很好的選擇。該課題選擇在國(guó)內(nèi)有著較廣泛市場(chǎng)的SAMSUNG公司的S3C2410芯片作為CPU。S3C2410芯片主要應(yīng)用于手持設(shè)備或者其他對(duì)功耗、成本、性能有較高要求的場(chǎng)合。為了降低整機(jī)成本，該芯片內(nèi)置了各16 KB的指令和數(shù)據(jù)緩存、MMU、UART、ADC、LCD控制器，I2C總線接口、IIS總線接口、USB主從設(shè)備支持、觸摸屏接口等，這種設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的集成度，也給系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了極大的便利。

　　作為指控終端，必然對(duì)用戶圖形界面有特殊的要求，該項(xiàng)目選擇飛漫公司的MiniGUI作為圖形引擎。MiniGUI是一個(gè)專門(mén)面向嵌入式系統(tǒng)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，它為應(yīng)用程序定義了一組輕量級(jí)的窗口和圖形設(shè)備接口。利用這些接口，每個(gè)應(yīng)用程序可以建立多個(gè)窗口并在這些窗口中創(chuàng)建各種控件。在軟件體系中，它介于內(nèi)核和應(yīng)用程序之間，在此將利用MiniGUI來(lái)完成用戶圖形界面的編程。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　ARMS3C2410芯片的應(yīng)用電路有許多成熟的設(shè)計(jì)范例；在設(shè)計(jì)階段，市面上也有很多的開(kāi)發(fā)板可供選用。該項(xiàng)目選用杭州立宇泰公司的ARM SYS2410開(kāi)發(fā)板作為開(kāi)發(fā)的硬件平臺(tái)。

　　　該開(kāi)發(fā)板采取核心板和擴(kuò)展板分離的結(jié)構(gòu)，提供了大部分的外設(shè)接口電路，并且有200個(gè)引出腳，引出了CPU上的大部分I／0端口，這樣做為后續(xù)的開(kāi)發(fā)工作提供了便利。

　　2．1 鍵盤(pán)矩陣電路

　　該項(xiàng)目的指揮控制終端功能可以分為6項(xiàng)。每項(xiàng)選中后，為便于輸入或選擇子條目，增加10個(gè)數(shù)字鍵，另外還需要確定鍵、取消鍵，再加上6個(gè)功能鍵，一共是24個(gè)鍵。因?yàn)殒I的數(shù)目較多，將這些鍵設(shè)計(jì)成一個(gè)行列式鍵盤(pán)矩陣(見(jiàn)圖1)。

　　結(jié)合開(kāi)發(fā)板的電路結(jié)構(gòu)，鍵盤(pán)矩陣的列輸入端口使用GPE5～GPElO六個(gè)通用I／0口線，行輸出端口采用GPEll～GPEl4四個(gè)通用I／0口線，在行線和列線的交點(diǎn)接入按鍵開(kāi)關(guān)。

　　鍵盤(pán)掃描的原理是，按照有規(guī)律的時(shí)間間隔察看鍵盤(pán)矩陣，以確定是否有鍵按下。鍵盤(pán)掃描可以采取專用芯片，也可以采用軟件方法實(shí)現(xiàn)，該項(xiàng)目采用軟件方法。

　　2．2 顯示驅(qū)動(dòng)電路

　　指揮控制終端輸入／輸出設(shè)備的第二個(gè)重點(diǎn)就是顯示設(shè)備。ARM芯片內(nèi)置有LCD控制器，可以方便地實(shí)現(xiàn)顯示功能。但是ARM LCD控制器支持的是TTL電平的RGB分量顯示，而目前市場(chǎng)上較大尺寸的工控液晶屏大多是LVDS電平接口，因此需要接口電路。

　　另一種解決方案是將ARM開(kāi)發(fā)板TTL電平的RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換成VGA信號(hào)，這樣顯示器的選擇更加隨意，而且降低了成本。RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換成VGA信號(hào)可采用專用的AD芯片，如ADV7120，ADV7123等。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)需要完成兩個(gè)方面的工作：一是驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)；二是GUI編程。

　　3．1 鍵盤(pán)矩陣驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)

　　開(kāi)發(fā)板對(duì)自己所提供的硬件一般都提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，自行開(kāi)發(fā)的外設(shè)電路一般需要自己編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是Linux內(nèi)核的重要部分，操作系統(tǒng)只有通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序才能夠控制外設(shè)的硬件行為。