0 引言
嵌入式設(shè)備的飛速發(fā)展大大豐富了人們的生活,，無論在工業(yè)控制、儀器儀表,、通信設(shè)備或是娛樂工具等各個方面都有嵌入式微處理器在工作,，然而，人們要想實現(xiàn)對這些設(shè)備的控制就必須通過用戶界面(User Interface,，UI),，所以人們越來越關(guān)注UI界面的可用性和用戶使用效率的提高。目前,，嵌入式設(shè)備開發(fā)中的UI設(shè)計多數(shù)采用按鍵控制簡單的上下翻頁或滾屏操作,，缺少層次性，本設(shè)計將在S3C44BOX微控制器上植入μCOS系統(tǒng),，采用預(yù)定義的方式,，實現(xiàn)一種多層次、可移植性強的預(yù)定義UI交互,。

1 電能計量終端系統(tǒng)簡介
為實現(xiàn)配電自動化,，需要使用電能計量終端來對多種電源的接入進行監(jiān)控，包括直流電和單相,、三相交流電,。圖1為電能計量終端的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。它以S3C44BOX微控制器為核心,，配有通信電路,、LCD顯示電路、按鍵、RS 232和RS 485通信接口以及直流電和單相,、三相交流電測量電路,。

電能計量終端除了具有普通智能儀表所具有的測量功能、數(shù)據(jù)處理功能和通信功能外,，還為用戶提供了友好的UI,。通過UI交互，用戶可靈活地切換和查看以下信息：供電電流,、供電電壓,、累計供電量、有功功率,、停電時間／來電時間,、交流負載的總功率因數(shù)、缺相告警及
電壓值超標(biāo)告警等,。另外,，還設(shè)有掉電保護和防雷功能。

2 UI交互電路
圖2為電能計量終端的UI交互電路框圖,，電路中有1個128×64點陣的LCD顯示器(QC12864B)和6個按鍵,。LCD顯示器每行能顯示16個英文或8個中文符號，共4行,。微控制器通過IO來控制LCD的顯示,。因為LCD外部接口信號需要5 V的驅(qū)動電平，而微控制器的IO管腳輸出只有3．3 V,，不能直接控制,，在此使用74LVx245電平轉(zhuǎn)換芯片來驅(qū)動LCD。6個按鍵分別為上(up),、下(down),、左(left)、右(right),、確定(enter)和取消(esc)鍵,，微控制器通過掃描按鍵IO，可得到各個鍵值,。為節(jié)省中斷開銷,，6個按鍵通過與門連接到微控制器的同一個外部中斷上。利用這6個按鍵,，用戶可以在菜單窗口和監(jiān)控界面之間隨意切換,。

3 預(yù)定義UI交互設(shè)計
UI的設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)中文窗口界面,，用戶可以在菜單方式下進行交互,。窗口分為2類：對話框和菜單，也包括兩者的混合。對話框用于參數(shù)的輸入輸出顯示,；菜單用于響應(yīng)用戶的選擇,，根據(jù)用戶的選擇運行程序。預(yù)定義的UI,。簡單的說,，就是預(yù)定義一個菜單數(shù)組，由程序解析菜單定義形式,。改變菜單數(shù)組中對應(yīng)項的內(nèi)容,，就能設(shè)定菜單顯示的坐標(biāo)、尺寸和內(nèi)容等等性能參數(shù),，而無需修改解析函數(shù),，因此具有很高的可移植性。

3．1 操作界面
根據(jù)電能計量終端的監(jiān)控內(nèi)容,，設(shè)計菜單窗口和各菜單項對應(yīng)的監(jiān)控界面,。設(shè)備上電后，將顯示版本號,，接著進入菜單窗口,。菜單窗口有4行，其中前2行顯示菜單項,，后2行顯示實時時間,。菜單項共有4個，分別為交流電(包括市電和油電),、風(fēng)電和光電參數(shù),。通過上下按鍵在主窗口的前兩行進行菜單項切換。菜單窗口設(shè)計如圖3所示,。

在選擇的菜單項上點擊enter鍵進入該菜單項對應(yīng)的監(jiān)控界面,，監(jiān)控內(nèi)容分屏顯示。交流電子菜單分7屏來顯示交流電接入類型(市電／油電),、交流電壓,、交流電量、有功功率,、市電／油電停電時間,、市電／油電來電時間、功率因數(shù)等,，圖4(a)為其中一屏,；光電／風(fēng)電子菜單分2屏來顯示光電／風(fēng)電電壓、光電／風(fēng)電電流,、光電／風(fēng)電電量,、光電／風(fēng)電功率等,，圖4(b)為其中一屏。用戶可通過up,，down鍵和esc鍵來切屏和返回至菜單窗口,。

3．2 預(yù)定義菜單設(shè)計
μCOS是一個源碼公開、可移植,、可固化,、可裁剪、搶占式,、支持多任務(wù)的實時操作系統(tǒng),，運行于沒有MMU的嵌入式微處理器上，采用可剝奪型內(nèi)核進行任務(wù)調(diào)度,，實時性好,，小巧且移植方便，適合工業(yè)控制領(lǐng)域使用,。在μCOS中,，設(shè)置一個UI任務(wù)，完成響應(yīng)用戶的鍵盤輸入,、選擇菜單和根據(jù)用戶選擇的菜單執(zhí)行相應(yīng)操作,。菜單設(shè)計成多層次形式。菜單設(shè)計采用預(yù)定義的集中描述,，由程序解析菜單定義形式,。可響應(yīng)的按鍵集也以數(shù)組的形式在菜單數(shù)組中定義,。鍵盤服務(wù)設(shè)計成中斷級任務(wù),，通過專用的消息隊列發(fā)送鍵值到UI任務(wù)，實現(xiàn)實時信息顯示,。
預(yù)定義的菜單由3部分控制：
①菜單顯示區(qū)域坐標(biāo),。用來定義菜單顯示區(qū)域左上角字符坐標(biāo)(符號常量MENU_AREA_LT_X，MENU_AREA_LT_Y,，)和右下角字符坐標(biāo)(符號常量MENU_AREA_RB_X,，MENU_AREA_RB_Y)，顯示的菜單要限制在這個區(qū)域中,。
②菜單定義,。設(shè)計一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組，數(shù)組中的每個結(jié)構(gòu)體描述一個菜單項的各項設(shè)置,，這個結(jié)構(gòu)體數(shù)組稱為“菜單定義結(jié)構(gòu)體數(shù)組”(Menu Deftne Structure,，MDS)，在C代碼中命名為Menu_Define[],。
③當(dāng)前有效菜單項指針,。定義一個整型變量,，稱為“菜單指針”(Menu Pointer，MP),，MP的值與MDS的數(shù)組下標(biāo)相對應(yīng),，指明了當(dāng)前有效的菜單項,。菜單定義采用枚舉類型標(biāo)識,，以提高代碼的可讀性。

一個預(yù)定義的菜單由若干個菜單項組成,，每個菜單項可以顯示主顯示內(nèi)容和副顯示內(nèi)容兩部分,。程序運行后，主顯示內(nèi)容一旦定義則不改變,，副顯示內(nèi)容是可變的,。如圖4(b)中，風(fēng)電電壓,、風(fēng)電電流是主顯示內(nèi)容,，而其對應(yīng)的電壓、電流值是副顯示內(nèi)容,。MDS是一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組,，數(shù)組中每個元素(即每個“菜單項”)的結(jié)構(gòu)如表1所示。

可響應(yīng)按鍵集也是一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組,，每個元素對應(yīng)一個可以響應(yīng)的按鍵,，Key_Collection_Iterm定義如下：

部分菜單定義結(jié)構(gòu)體數(shù)組成員說明：
i16uMenu_ID：菜單的標(biāo)識符，如果在某菜單上發(fā)生了“RT_ACT”(執(zhí)行)動作,，則菜單任務(wù)根據(jù)菜單標(biāo)識符執(zhí)行相應(yīng)的功能,。
I16uAccessory_Type：副顯示值類型，指明副顯示內(nèi)容的來源類型,，包括常見的變量類型(char,，char*，INT16U,，INT16,，INT32U，INT32,，float,，double)。
I16uResponse_Type：按鍵響應(yīng)動作類型,，指明對當(dāng)前按鍵的響應(yīng)動作,，包括：當(dāng)前有效菜單項改變?yōu)樯吓R菜單項；當(dāng)前有效菜單項改變?yōu)橄屡R菜單項,；當(dāng)前有效菜單項改變?yōu)橛遗R菜單項,；當(dāng)前有效菜單項改變?yōu)樽笈R菜單項,；當(dāng)前有效菜單項改變?yōu)楦覆藛雾棧划?dāng)前有效菜單項改變?yōu)樽硬藛雾?。依?jù)當(dāng)前有效菜單項ID執(zhí)行相應(yīng)操作,，對應(yīng)的枚舉類型定義如下：

3．3 預(yù)定義UI交互軟件流程
預(yù)定義的菜單設(shè)計針對的是多層次的菜單設(shè)計，可以輕松實現(xiàn)多層次菜單顯示,。根據(jù)操作界面設(shè)計各個菜單項,，即：在預(yù)定義的菜單項結(jié)構(gòu)體中定義菜單項的標(biāo)識符、坐標(biāo),、上下臨菜單項標(biāo)識符,、父子菜單標(biāo)識符和可響應(yīng)按鍵集等等。用戶在當(dāng)前有效菜單項上點擊按鍵,，系統(tǒng)根據(jù)動作ID散轉(zhuǎn),，在可響應(yīng)按鍵集中找出相應(yīng)的響應(yīng)動作，圖5為按鍵響應(yīng)動作類型散轉(zhuǎn)流程圖,。

各按鍵通過相似的響應(yīng)流程完成各自不同的響應(yīng)動作,，這里以單個按鍵為例，對按鍵動作響應(yīng)流程進行介紹,。圖6是一個UI交互任務(wù)流程,，完成對UP按鍵的響應(yīng)動作，動作類型為RT_MOVE_UP,。

系統(tǒng)上電后,，首先對系統(tǒng)硬件和各變量進行初始化，屏幕顯示首屏菜單,，由活動表示符指明當(dāng)前活動菜單項,。當(dāng)UP按鍵按下，進入鍵盤中斷,，隨即向μCOS中發(fā)送按鍵消息隊列,，執(zhí)行UI任務(wù)，在UI任務(wù)中將中斷掛起,，而后運行鍵盤掃描代碼,，判斷出鍵值UP。此時,，UI任務(wù)將根據(jù)當(dāng)前活動菜單標(biāo)識符執(zhí)行RT_MOVE_UP功能,。首先判斷菜單顯示區(qū)域內(nèi)的當(dāng)前活動菜單項標(biāo)識符(CAID)是否等于它的上臨菜單(CAID．上臨ID)，如果相等,，不做任何操作,；如果不等，再判斷CAID是否為當(dāng)前菜單顯示區(qū)域內(nèi)正在顯示的最頂端的菜單項標(biāo)識符(TMID),。如果CAID=TM ID,，那么CAID=TMID=CAID．上臨ID,，調(diào)用顯示菜單函數(shù)，顯示此屏幕的上一屏菜單,；如果CAID不是TMID,，則CAID=CAID．上臨ID，調(diào)用顯示菜單函數(shù),，活動表示符指向CAID．上臨ID,。
3．4 UI交互設(shè)計實物圖
UI交互設(shè)計實物圖如圖7所示。

4 結(jié)語
UI的廣泛應(yīng)用是當(dāng)今計算機發(fā)展的重大成就之一,，它強調(diào)的是計算機對于人的反饋交互作用,。嵌入式UI具有下面幾個方面的基本要求,，輕型,、占用資源少，高性能,、高可靠性,，便于移植、可配置,。本項目設(shè)計的UI是基于預(yù)定義的文本菜單,，具有菜單設(shè)計靈活、占用資源少的優(yōu)點,，同時支持多層次菜單,，菜單功能豐富，適用于大量的中等規(guī)模的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,。