基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字示波器用戶圖形界面的實(shí)現(xiàn)

　　隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)復(fù)雜性也在不斷提高。所以在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)用戶圖形化（gui），已經(jīng)成為大勢所趨。目前，嵌入式系統(tǒng)中大多數(shù)的用戶圖形化界面（gui）都是在操作系統(tǒng)（如os、wince、linix）的支持下， 調(diào)用系統(tǒng)的各種api函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。這些操作系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)gui提供了大量的庫函數(shù)，也為編程人員提供了界面設(shè)計(jì)的良好平臺。如利用wince就可以十分方便的設(shè)計(jì)出具有windows風(fēng)格的圖形界面。

　　本文這款數(shù)字示波器是普源精電（rigol）公司推出的ds1000系列，其設(shè)計(jì)完全自主完成，貼近國人使用習(xí)慣。其用戶圖形界面（gui）是在visualdsp++ 4.0 kernel的基礎(chǔ)上開發(fā)的，界面風(fēng)格緊緊與儀器的功能相聯(lián)系。在完成了儀器的波形和菜單等顯示的基礎(chǔ)上，rigol團(tuán)隊(duì)也做了一些通用性的用戶圖形界面，如文件管理器等。當(dāng)然，所設(shè)計(jì)的用戶圖形界面，在功能強(qiáng)大方面是遠(yuǎn)不能與wince等所比擬的，但是對于儀器的使用者來說，已經(jīng)是足夠的方便因?yàn)檫@畢竟是儀器的用戶圖形界面，而不是掌上電腦pda的用戶圖形界面。

　　2 數(shù)字示波器上
的用戶界面實(shí)現(xiàn)原理

　　用戶圖形界面的實(shí)現(xiàn)，需要硬件、軟件上的支持。如圖1所示，通過操作平臺（operation platform）的調(diào)配，調(diào)用顯示程序，顯示程序刷新顯示緩存，再由顯示驅(qū)動程序，將顯示緩存中的內(nèi)容顯示到液晶屏上。下面簡要的介紹一下上圖中主要的幾個(gè)組成部分：

　　2.1 實(shí)現(xiàn)圖形化的硬件原理

　　rigol ds1000系列數(shù)字示波器采用的是320x234分辨率的tft液晶顯示器，通過液晶的驅(qū)動電路，可以使液晶正常顯示，通過幀信號同步、行信號同步、數(shù)據(jù)信號的時(shí)鐘（clock）同步，顯示點(diǎn)陣的數(shù)據(jù)將被從sdram中寫入到液晶顯示器的顯示buffer中，從而顯示出彩色圖像。

　　從圖1可以看出，如果要更新液晶顯示器顯示的內(nèi)容，我們只需更新lcdbuffer中的顯示數(shù)據(jù)就可以了。

　　2.2 實(shí)現(xiàn)用戶圖形界面（gui）的圖形標(biāo)準(zhǔn)庫

　　要在用戶圖形界面上顯示各種的圖形、圖案，除了硬件電路的支持外，還需要強(qiáng)大的軟件支持。而其中（gui）的圖形標(biāo)準(zhǔn)庫為最基礎(chǔ)，而不可或缺的。

　　用戶圖形界面（gui）的圖形標(biāo)準(zhǔn)庫，包括最基本的畫點(diǎn)、畫線、畫矩形、填充矩形、畫圓形、放置bmp的圖案、顯示中、英文等等的函數(shù)，該圖形庫如果功能越強(qiáng)大，就越可以支持復(fù)雜的用戶圖形界面（gui）。

　　2.3 實(shí)現(xiàn)用戶圖形界面（gui）的操作平臺的支持

　　僅僅有了繪制圖形的圖形標(biāo)準(zhǔn)庫，要實(shí)現(xiàn)用戶圖形界面，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。圖形庫是單一畫面不可缺少的，但是要形成有機(jī)的、可操作的用戶圖形界面，還需要后臺有一個(gè)穩(wěn)定、功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)平臺。

　　操作平臺根據(jù)用戶的外界輸入（一般是鍵盤），以及系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)來決定下一步系統(tǒng)的狀態(tài)，從而調(diào)用相應(yīng)的gui界面。如此，便實(shí)現(xiàn)了用戶圖形界面。

　　3 數(shù)字示波器的用戶圖形界面（gui）軟件的設(shè)計(jì)思路

　　3.1 界面種類的劃分

　　對于用戶圖形界面（gui）的設(shè)計(jì)不能簡單、統(tǒng)一的完成，要考慮到用戶在各種情況下的操作界面。根據(jù)這些界面所具備的共同點(diǎn)，我們將這些界面分成如下的種類，同一種類的界面中將具備相同或者相似的功能區(qū)域。每一種界面都會有相應(yīng)的處理程序，也有專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　根據(jù)實(shí)現(xiàn)的不同的功能我們劃分出如下的界面種類：

　　a. 背景網(wǎng)格顯示界面；b.波形顯示界面；b. 幫助文檔瀏覽界面；c.菜單顯示界面；d. 文件管理瀏覽器界面；e. 文件名稱輸入界面；f.前景內(nèi)容顯示界面（包括各種參數(shù)顯示信息，測量信息以及提示信息等）。

　　各界面種類如下圖所示：

　　3.2 界面區(qū)域與外界輸入的相互配合響應(yīng)

　　由以上可知，顯示的圖形雖然形形色色，但是他們都可以抽象成具有共同屬性的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就好比是圖形界面的靈魂，掌握了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就可以讓圖形界面隨之而變。那么如何設(shè)計(jì)、控制、改變這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就成為實(shí)現(xiàn)用戶圖形界面（gui）的關(guān)鍵了。

　　要響應(yīng)外界用戶的輸入，我們需要制定一套機(jī)制運(yùn)行法則，而這套機(jī)制運(yùn)行法則就是狀態(tài)機(jī)（systemstatus machine），也是用戶用以操作儀器的操作平臺（operation platform）。依據(jù)這套運(yùn)行法則，我們的系統(tǒng)根據(jù)外界的輸入來更改各種界面下使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)用戶對圖形界面的操作。當(dāng)然，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，操作平臺（operation platform）不僅僅是改變gui的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還要考慮任務(wù)調(diào)度以及其他任務(wù)模塊中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變。

　　4 數(shù)字示波器的用戶圖形界面（gui）的軟件設(shè)計(jì)流程

　　設(shè)計(jì)出一個(gè)好的用戶圖形界面，是一個(gè)龐大而巨細(xì)的工程。涉及到方方面面的相互之間的關(guān)系，也涉及到實(shí)現(xiàn)過程中的許多細(xì)節(jié)的問題。如何理清這些繁多的變化的關(guān)系，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。rigol團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)使用一些全局變量，來做為各種狀態(tài)、各種模式下的標(biāo)示，用以改變用戶的圖形界面。但是因?yàn)樽兞康谋姸?，?dǎo)致變量之間的搭配的可能性成倍的增加，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移關(guān)系也就會成倍的增加。這對于編程者來說，與其說是在編程，還不如說是在做一道及其龐雜的邏輯組合題。

　　所以，這樣的思路在理論上是可行的，但在實(shí)際中是不可取的。我們應(yīng)該盡量的去其枝葉，找到能夠貫穿整個(gè)系統(tǒng)，標(biāo)示不同的狀態(tài)以及模式的變量或者結(jié)構(gòu)。最終，我們以鍵盤的輸入鍵值為主線，輔以各種的全局變量，來控制系統(tǒng)狀態(tài)的變化。鍵值雖然有許多許多，但是因?yàn)橹挥羞@么一個(gè)變量做為狀態(tài)量，系統(tǒng)狀態(tài)的變化，就可以在掌控之中了。所以，在這個(gè)系統(tǒng)中，鍵值變量key_id成為了主角，用戶界面將圍繞其進(jìn)行改變。

　　鍵值變量key_id要根據(jù)用戶的輸入進(jìn)行改變。在這里我們就不描繪狀態(tài)
變量是如何轉(zhuǎn)移的。我們介紹對于既定的鍵值變量key_id是如何完成用戶圖形界面的輸出的。

　　5 結(jié)語

　　目前，國內(nèi)的數(shù)字示波器，除了測量信號的性能指標(biāo)較低外，在系統(tǒng)的整體性、用戶的可操作性等功能上不及國外產(chǎn)品考慮得周詳。

　　為了彌補(bǔ)國內(nèi)產(chǎn)品在這方面的缺陷，rigol開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的這款ds1000系列數(shù)字示波器除了實(shí)現(xiàn)高存儲深度，高測量精度等功能之外，更是注重了圖形用戶界面的設(shè)計(jì)。繼續(xù)保持其在技術(shù)上的創(chuàng)新和人性化、本土化的優(yōu)勢，新的用戶圖形界面使得用戶能夠比以往更加容易測量與分析波形。隨著儀器的功能增多，會對用戶圖形界面（gui）提出更高的要求，那么就要求gui更加系統(tǒng)化、模塊化、功能化。所以，在這方面我們還有許多工作要做。

　　[1]visualdsp++4.0 kernal （vdk）usersguide, analog devices, inc. 2005

　　[2]blackfin系列dsp原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,陳峰,電子工業(yè)出版社, 2004

　　[3]數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)，馬明建，周長城，西安交通大學(xué)出版社，2001

　　[4]數(shù)字電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐教程，王振紅，機(jī)械工業(yè)出版社，2003

　　[5]軍用電子測量儀器應(yīng)用指南，梅勁松，電子工業(yè)出版社，2001

　　[6]rigol《ds5000系列數(shù)字示波器技術(shù)文件》，內(nèi)部資料，2004