（通信与信息系统专业论文）渔业船用电台人机交互界面设计与实现.pdf

摘要 摘要 我国是海洋渔业大国，但是我国的海洋渔业通信在总体上远远落后，不能满 足现代渔业生产、管理及安全救助的需要。为了改变我国海洋渔业通讯网络落后 现状，国家决定建立“四网合一”的海洋渔业安全通信网络，s x 0 8 系列渔用全数 字电台是海洋渔业公众移动通信网的组成部分。 本文依托“s x 0 8 系列渔用全数字电台系统研究 课题展开研究。首先，深入 研究了嵌入式系统及嵌入式系统用户界面的相关理论技术。其次，在分析渔用电 台控制系统软件体系结构的基础上设计并实现了用户界面相关的底层驱动，完成 了控制系统软件的用户界面菜单系统。相比于传统的电台界面，全数字电台界面 美观、方便使用，使得人机间的交互变的相对容易而且直观，更加人性化。再次， 研究了人机界面交互的中文输入法及其搜索模块，设计并实现了一种新的搜索算 法，克服了传统输入法中汉字搜索慢的弊端，大大提高了汉字查找速度。对界面 及输入法进行测试，达到了预期的目标。 关键词：渔用电台h m i中文输入法 a b s t r a c t c h i n ai sab i gm a r i n ef i s h e r yc o u n t r y w h i l et h em a r i n ef i s h e r i e sc o m m u n i c a t i o n s y s t e ml a g sf a rb e h i n dg e n e r a l l y ，w h i c hc a nn o tm e e tt h er e q u i r e m e n t so fm o d e m f i s h e r yp r o d u c t i o n , m a n a g e m e n ta n de m e r g e n c yr e s p o n s e t oc h a n g et h e s t a t u so f m a r i n ef i s h e r yc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，t h es c h e m eo f “4i ni n e t w o r kf o r t h em a r i n e f i s h e r i e ss e c u r ec o m m u n i c a t i o n si sp r o p o s e d ，s x 0 8s e r i e sf i s h i n gv e s s e ld i g i t a lr a d i oi s a p a r to f t h em a r i n ef i s h e r i e sp u b l i cm o b i l ec o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k t h et h e s i sc o m e sf r o mt h ep r o j e c t r e s e a r c ho ns x 0 8s e r i e sf i s h i n gv e s s e l d i g i t a lr a t i os y s t e m ”f i r s t l y , t h er e l a t e dt h e o r yo fe m b e d d e ds y s t e ma n du s e ri n t e r f a c e i sd e e p l yd i s c u s s e d 。s e c o n d l y , b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo f f i s h i n gv e s s e lr a d i oc o n t r o ls y s t e m ，t h er e l a t e dl o w - l e v e ld e r i v e r sa n dt h em e n us y s t e m a r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e d c o m p a r e dw i n lt h et r a d i t i o n a lr a d i oh m i ，t h em e n u s y s t e mb yu s i n gt h i ss c h e m ei sm o r e f l e x i b l ea n de x t e n d a b l e t h i r d l y , t h ec h i n e s ei n p u t m e t h o da n di t ss e a r c h i n gm o d u l eo fc h i n e s ec h a r a c t e ra r ed i s c u s s e d an e ws e a r c h i n g m e t h o di sp r o p o s e d ，诵t hw h i c ht h es e a r c h i n gs p e e di sg r e a t l yi m p r o v e dc o m p a r e d 谢t l l t r a d i t i o n a lm e t h o d s t h et e s tr e s u l t so ft h ei n t e r f a c ea n di n p u tm e t h o ds h o wt h a tt h e d e s i g ng o a li so b t a i n e d k e y w o r d ：f i s h i n gv e s s e lr a d i o h m ic h i n e s ei n p u tm e t h o d 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 基盛 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名：日期塑彬! ：丝 越辱监缉 第一章绪论 第一章绪论弟一早三百t 匕 1 1 课题背景 我国是海洋渔业大国，海洋渔业水域面积3 0 0 多万平方千米，改革开放以来， 我国的渔船数量大幅度增长。到2 0 0 0 年，我国在册机动渔船增加到4 7 2 万艘，非 机动渔船增加到5 0 多万艘【l j 。渔船数量的增加保障了渔业总产量不断提高的同时， 也给我国的渔业经济带来了一些问题，主要表现在以下几个方面：从事渔业生产 的渔民有1 0 0 0 多万人。海洋渔业的特点和海上作业环境复杂多变，决定了海洋渔 业生产是高危事故高发行业。近年来，虽然各级政府对渔业安全生产非常重视， 采取了一系列措施，但海洋渔业安全形势仍然十分严峻。我国的渔业安全生产问 题已经成为一个国际性问题，渔业安全状况一直比较严峻。近年来，全国每年发 生渔船海难事故有上千起。据不完全统计，平均每年沉没渔船1 3 5 0 余艘，死亡、 失踪渔船船员近7 0 0 人 2 1 。有效、快捷的通信是预防海难发生、组织海难救助的 根本保证，以最大限度地减少或避免人员伤亡和经济损失。同时，随着中日、中 韩、中越渔业协议的实施，2 0 0 海里专属经济区和南沙护渔任务的开展，维护国家 主权和海洋权益的任务更加繁重和艰巨。新形势下的渔业管理、海上执法对渔业 通信提出了更高的要求例。 1 2 国内研究现状 我国现有渔业短波岸台1 0 0 0 多座和数量众多的超短波船台，有6 万多艘渔船 配备了短波电台，1 7 万多艘渔船配备了超短波电台，以及大量的无线电导航定位 设备。渔业通信已从过去单一的短波莫尔斯电报调幅无线电话发展到现在的短波 单边带通话、调频无线电话、卫星通信、c d m a 通信等方式；从过去的近海通信 扩展到远洋乃至全球通信；从过去的生产指挥、抢险救助通信拓展为遇险报警、 海洋气象、船位监测、渔业管理，以及市场行情、后勤补给、伤病救治、生活事 务等多方面的通信服务。但是，与当今日新月异的通信技术相比，我国的海洋渔 业通信在总体上远远落后，渔用船台还是模拟通信，而且只是点对点的通信，不 能满足现代渔业生产、管理及安全救助的需要。主要表现在：渔业通信建设缺少 全国统一的发展规划；渔业通信服务区域分散，共享性差，整体功能不能得到有 效发挥；通信装备落后，设备老化，服务性能差；短波通信方式频率少，通信质 量不高，管理困难，系统通信干扰较多，遇险报警范围和可靠性不高，它只能在 一定的范围内和前提下给予渔船海上安全的通信能力，而且我国渔船资金短缺、 2 渔业船用电台人机交互界面设计与实现 船员文化素质较低，难以在渔船中使用卫星通信技术；另外我国海洋产业结构面 临着前所未有的调整，一些生产效益差、适航能力差的渔船将面临淘汰或转业， 这些因素都影响着渔业通信体系的稳定及其信息网络的发展建设。 为了改变我国海洋渔业通讯网络和安全预警体系建设落后状况。构筑海洋渔 业安全生产预警、搜救指挥通讯平台，增强对渔业突发、紧急事件的应变能力和 处置能力，进一步提高海损事故救助成功率，有效保护渔民生命财产安全，维护 渔区的社会稳定和政治安定。农业部计划投资近4 0 0 0 万元，整合现有海洋渔业通 信资源，利用现代化通信技术，建立全国统一的海洋渔业安全通信网络，即建立 “四网合一 的海洋渔业短波安全通信网、超短波( 近海) 渔业安全救助通信网、 渔业船舶船位监测网和海洋渔业公众移动通信网。 本渔用全数字电台是海洋渔业公众移动通信网的组成部分，它不仅保留了模 拟通信方式，可以与原有的模拟电台兼容，还有数字通话、短信、彩信等数字通 信部分，新型的全数字电台可以实现手机通讯网络与电台网络的互联互通。同时， 对于一个全数字电台而言，美观、方便使用的用户界面也相当重要。现在越来越 多的嵌入式系统都采用了图形化的用户界面( g u i ) 进行交互，图形用户界面作为人 机交互技术的重要内容，以丰富的图形图像信息、直观的表达方式与用户交互， 使得人机间的交互变的相对容易而且直观，更加人性化。它己成为现代软件研究 的重要课题。随着社会的发展，消费者不仅仅要求高品质的产品，同时也希望看 到方便使用并且美观的图形用户界面。这样，美观的图形用户界面和有限的存储 空间必须综合考虑，才能令消费者满意同时又获得最大商业利润。 但是原有模拟电台的菜单界面过于简单，只支持数字号码的输入，不支持中 文输入，用户无法记录自己感兴趣的信息，比如电话本、通话记录等，不能做到 和用户方便有效的交互，在新型的全数字电台中，这些问题都得到了良好的解决， 做到了以丰富的图形图像信息、直观的表达方式与用户交互。 1 3 研究内容与章节安排 本课题来源于合作项目“s x 系列渔用全数字电台系统研究 。结合课题要求， 作者阅读了大量人机界面设计和中文输入法方面的资料和文献，对嵌入式系统人 机交互界面技术进行了深入的学习和研究，并且在对整个渔用数字电台分析的基 础之上，参与分析并设计整个电台菜单系统的用户界面和中文输入法。该系统己 经调试通过并取得了良好的实测效果。本文以设计和实现方便高效的中文交互界 面为主线，阐述在设计和实现过程中遇到的问题和解决问题的方法。 本文的具体安排如下： 第一章简单介绍了本课题的研究背景、研究意义以及国内渔业通信研究现状， 第一章绪论 并对论文结构进行了描述。 第二章介绍了与渔业电台人机交互界面相关的嵌入式系统硬件平台和软件开 发环境，着重介绍了与用户界面相关的底层驱动的实现过程。 第三章讨论了人机界面设计的主要原则：可用性原则和美学原则。详细介绍 了人机界面的核心技术：窗口管理技术、消息机制、消息驱动下的菜单窗口管理、 资源管理技术。重点描述了在没有操作系统的情况下，如何设计和实现了控制系 统软件的用户界面菜单系统。 第四章对中文输入法相关概念作了介绍，对于中文输入法，重点放在提高查 找速度上，笔者详细研究了中文输入法的搜索查找模块，对比传统输入法中汉字 搜索慢的弊端，设计了一种新的搜索算法，很大程度提高了汉字查找速度。 第五章总结了本文的工作。 第二章渔业船用电台系统平台介绍 第二章渔业船用电台系统平台介绍 本章就渔用全数字电台的开发环境做了研究分析，介绍了电台核心芯片之间 的通信方式，主要研究分析了数字电台的人机交互界面相关的核心芯片和接口电 路，以及相关软件结构中的设备驱动及软件开发工具。 2 1 硬件平台 本设计的硬件平台中，核心芯片为f p g a 、d s p 和m c u 。f p g a 采用e p i c 6 ， d s p 采用t m s 3 2 0 v c 5 5 0 9 a ，单片机采用m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 。f p g a 主要实现接收信 道信号检测、语音和信令的编解码、组帧、交织、校验、声码器控制、以及译码 等功能；d s p 主要实现d s c 编解码、信令识别、v c o 的控制、收发切换、s d 卡 读写、j p g 图片解码以及与单片机和f p g a 的通信；m s p 4 3 0 单片机主要实现键盘 扫描、信息键盘输入、液晶显示、g p s 信息读取、电源电压监测以及s d 卡信息读 写。电台系统框图如图2 1 所示。 图2 1 电台系统框图 ( 1 ) d s p 和f p g a 之间的通信 d s p 和f p g a 之间的硬件连接如图2 2 所示，具体通信过程如下： 1 ) d s p 发起通信时 d s p 检测g p l 0 3 为低时，开始置高g p l 0 2 ，然后读取g p l 0 3 的值，如果g p l 0 3 为高电平则开始发送数据到f p g a 。数据发送完毕后，g p l 0 2 置低电平。f p g a 在 发现g p l 0 2 为高时，就知道d s p 要发送数据了，如果能够接受数据，则置高g p l 0 3 ， 否则置低g p l 0 3 ，收完数据后g p l 0 3 置低。 6 渔业船用电台人机交互界面设计与实现 2 ) f p g a 发起通信时 f p g a 检测g p l 0 2 为低时，f p g a 置上升延i n t l ，然后读取g p l 0 2 的值，如 果g p l 0 2 为高电平，则置高g p l 0 3 ，则开始发送数据，数据发送完毕后，将g p l 0 3 置低。d s p i n t l 配置为上升延触发。置高g p l 0 2 ，d s p 利用中断读取从f p g a 传 来的数据，读完后( g p l 0 3 = o ) 置相应标志位，置低g p l 0 2 ，之后退出中断。在 主程序里处理数据。 g p l 0 2 g p i o3 i n t l a w e ， a o e d s pf p g a a r e a r d y a 伊a 1 3 d 伊d 1 5 图2 2d s p 和f p g a 之间的通信 ( 2 ) d s p 和m c u 之间的通信 d s p 和m c um s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 通过1 2 c 总线互联，如图2 3 所示。用于相互告 知短信、图片、留言等在f l a s h 中的存储位置、系统所处的状态等等。d s p 与 m c u 通过1 2 c 总线互联。d s p 和m c u 的通信长度固定为6 个字节。对于需要确 定发送时间的，由d s p 初始发送时添加进去；需要确定接收时间的，由d s p 接收 时添加进去；发送时间和接收时间均存储在对应信息的末尾，采用4 个字节存储。 d s p f p g a i i cc t l m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a i n t 0 p 1 0 1 2 c 传输+ 通信命令 图2 3d s p 和m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 之间的通信 1 2 c 总线的控制权1 2 c c t l 由f p g a 产生，送到d s p 的i n t o 和m u c 的p 1 0 口，1 2 c c t l 为高电平时，d s p 为主模式掌握总线控制权，此时d s p 可以与m c u 第二章渔业船用电台系统平台介绍7 通信；1 2 cc t l 为低电平时，m c u 为主模式掌握总线控制权，此时m c u 可以与 d s p 通信。i n t o 初始化为上升沿触发，p 1 0 初始化为下降沿触发。 m c u 和d s p 平时均处于1 2 c 从模式，仅仅在需要发送数据给对方并且处于自 己的控制时隙内，才配为1 2 c 主模式，一旦发送完毕，立即配为从模式。 为了提高传输数据的正确性，每次传输的数据都进行检验。校验方法：把传 输的数据进行相加，取计算结果的低八位作为校验字节( c h e c ks u m ) ；计算公式 如式( 2 1 ) 所示： c h e c ks u n l = ( a + b + c + d + ) & o x f f 式( 2 一1 ) 人机交互界面设计中硬件构成主要包括m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 、l c d 液晶显示屏、 f l a s h 存储器、2 8 键小键盘。 2 1 1m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 部分 m s p 4 3 0 系列单片机是美国t i 公司推出的一类1 6 位超低功耗的混合信号处理 器。由于它具有集成度高，外围设备丰富，超低功耗等优点，因此在除超低功耗 以外的许多领域内也得到了广泛的应用【4 0 】。电台的人机界面交互设计控制部分主 要由m s p 4 3 0m c u 来完成。m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 是德州仪器( t i ) 公司新推出的产品， 跟m s p 4 3 0 家族的其它系列m c u 一样，它也是超低功耗闪存型1 6 位r i s c 指令 集单片机。它采用“冯诺依曼结构，r a m 、r o m 和全部外围模块都位于同一 个地址空间内。但m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 具有更强大的程序和数据存储区、更多的外围 模块。系统时钟速度可以达到1 8 m 。性价比高，非常适合作为船台的人机界面控 制芯片。 m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 的主要特剧1 3 】：具有一体化时钟系统、一个实时时钟系统、 灵活的电源管理系统、支持d m ai o 控制方式、一个3 2 位的硬件乘法器、1 1 个 i o 端口( 大多数端口有8 个i o 口) 、1 个精确的模拟比较器、2 个具有捕捉比较寄 存器的定时器、1 2 路1 2 位a d 转换器、片内看门狗定时器、4 种串行通信接口 ( 支持自动波特率检测的内部u a r t 、i r d a 编码和解码、s p i 通信和1 2 c 通信) 、 2 5 6 k b + 5 1 2 b 的f l a s hr o m 和1 6 l r a m 。它还具有强大的扩展功能，比如具有 多个i o 引脚，每个i 0 口分别对应输入、输出、功能选择、中断等多个寄存器， 使得功能口和通用i o 口可以复用，大大增强了端口功能和灵活性，提高了对外围 的开发能力。m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 引脚分布如图2 4 所示。 8 渔业船用电台人机交互界面设计与实现 2 1 2l c d 部分 图2 4m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 芯片引脚分布 本系统采用的是3 5 寸的t f t 液晶屏，自带有型号为s s d l 9 2 6 的液晶控制器， 液晶颜色分辨率可以根据需求自动调节。如图2 5 所示，从c p u 出来的信号线包 括1 6 根数据线和若干控制线。这些信号线直接连接到l c d 模块。l c d 模块的电 压由电台电源模块提供。l c d 模块除了需要控制信号和数据信号外，还需要一个 9 v 左右的工作电压，这也是由电台的电源模块经过变压后获得。l c d 有两种接口 方式可供选择：8 位数据输入输出和1 6 位数据输入输出，1 6 位数据输入输出速度 是8 位数据输入输出速度的两倍，提高了m c u 向液晶显存的读取和写入速度，但 是1 6 为占用的m c u 管脚会增多。本系统m c ui o 管脚充足，所以采用1 6 位数 据输入输出的形式。 2 1 3 键盘部分 图2 5l c d 接口电路 由于船用电台系统的特殊性，船用电台的键盘有两部分构成：手柄按键和前 面板按键。其中前面板按键的接口电路如图2 6 所示这两部分的按键和c p u 之间 经过h c c 4 0 1 7 b 芯片脉冲分配器实现按键扫描识别，这样c p u 的两个管脚可以控 第二章渔业船用电台系统平台介绍 9 制1 0 个按键的扫描，大大节约了c p u 管脚资源，特殊按键( p t t ) 采用直接的i o 管脚识别。c p u 通过定时器中断不停的扫描按键。如果有按键按下，会得到按键 值。 2 1 4f l a s h 存储器部分 图2 6 前面板接口电路 在本系统中，包括两个f l a s h 存储器，一个是通过串口模式通信容量大小为 8 m b 的s p if l a s h ，另外一个是通过并口模式通信容量大小为1 g b 的n a n d f l a s h 。 s p if l a s h 是由m c u 通过u s a r t 模块的s p i 模式控制读与写，它负责汉字 字库、拼音索引表、汉字索引表、短信内容、短信链表的存储。与m c u 的接口电 路如图2 7 所示。 c 1 2 t n10 4 f l a s h c s1 f l a s h d o 口 33 、3 4 r 。 c s s o f ；p g n d j r a t 2 5 f 4 0 9 6 图2 7 串e l 通信f l a s h 接口电路 n a n df l a s h 存储器是由d s p 和m c u 共同控制，m c u 通过普通的i o 管 脚实现对它的控制，n a n df l a s h 读写速度快，主要存储菜单图片、彩信、留言 等数据量大的部分，以提高m c u 对数据的读写速度。 卜峰m型 唧一涨双 1 0 渔业船用电台人机交互界面设计与实现 2 2 人机界面交互相关的驱动程序 在人机界面交互系统设计中，涉及到的底层驱动主要有l c d 液晶显示屏、按 键、来电声音提示等。 2 2 1 设备驱动结构 设备驱动程序可以分为3 个主要部分【5 j ： 1 ) 自动配置和初始化子程序，负责检测所有驱动程序的硬件设备是否存在、 能否正常工作。如果设备正常，则进行初始化。这个部分的驱动程序只是在初始 化的时候调用一次。 2 ) 服务于i 0 请求的子程序，又称为驱动程序的上半部分，这部分程序是由 于系统调用的结果。 3 ) 中断服务子程序，又称为驱动程序的下半部分。直接从中断向量表中调用 驱动程序的中断服务子程序，系统接收硬件中断。中断可以在任务运行的任何时 候产生，因而在中断服务中被调用时，不能依赖于任何任务的状态，也就不能调 用任何与任务运行环境有关的参数。 2 2 2 中断服务子程序 对中断的处理属于系统的核心部分，如果设备与系统之间以中断进行数据交 换，就必须把设备的驱动程序作为系统核心的一部分。 在l i n u x 系统中，设备驱动程序通过调用r e q u e s t 蛔函数来申请中断，通过 i r q 来释放中断【6 】。它们的定义如下所示：_free # i n c l u d e i n tr e q u e s t _ i r q ( u n s i g n e di n ti r q ，v o i d ( 奉h a n d l e r ) ( i n tr e p ，v o i dd e v _ i d ，s t r u c tp t r e g s 枣r e g s ) ，u n s i g n e dl o n gf l a g s ，c o n s tc h a r 幸d e v i c e ，v o i d + d e v _ i d ) ； v o i df r e e _ i r q ( u n s i g n e di n ti r q ，v o i d d e v i d ) ； 参数岫表示要请求的硬件中断号；h a n d l e r 为向系统登记的中断处理子程序， 中断产生时候由系统来调用；d e vi d 为申请时告诉系统的设备标识符：r e g s 为中断 发生时的寄存器内容；d e v i c e 为设备名；f l a g 是申请中断时的选项，它决定中断处 理的一些特性，其中最重要的就是快速处理还是慢速处理，快速处理的时候，所 有中断都被屏蔽，慢速处理程序运行时，除了正在处理的中断外，其他中断都没 有被屏蔽，通过对中断使能清0 释放中断。 本系统是通过中断向量表申请中断的，首先设置中断相关寄存器的内容，申 请过中断后，将中断处理子程序放在中断中处理。m s p 4 3 0 f 5 4 3 8 a 默认的是快速 第二章渔业船用电台系统平台介绍 处理，根据系统特性需要，设置中断快速处理还是慢速处理，比如通过u a r t 串 口中断接收g p s 信息的时候就需要快速处理，屏蔽所有中断，防止正在接收的g p s 信息被其他中断冲掉；用于处理按键扫描的定时器中断是慢速处理，其他中断都 没有被屏蔽。 2 2 3l c d 驱动程序 ( 1 ) l c d 液晶控制器 本系统应用的l c d 控制器型号是s s d l 9 2 6 ，它具有j p e g 硬件解码、2 维图 形引擎、m m c s d 卡接口、图形处理等功能，内置2 5 6 k 显存，l c d 液晶控制器 框图如图2 8 所裂2 7 1 。 h a 庀h 船帕 2 1 ) g 啊d i l c l c d u p e t e r i 憎a 哺帕e j p e gd b 由r e n i i t n e ?ii i c 0 “喇融r r 一，1 “口，” e x t e r r 滴一1 嘲l叫p u j l i ii工i c e 咄s d j o 卜叫踹 p o w e r m c ug p l o m 斟m 驴删 i n t e f m ：d t 曰 图2 8l c d 控制器内部框图 m c u 、s s d l 9 2 6 以及液晶间的接口如图2 9 所示。 s s d l 9 2 6 和液晶间的几个重要信号说明如下： l c df r a m e ：l c d 控制器和l c d 驱动器之间的帧同步信号，它通知l c d 屏 新的一帧的显示，l c d 控制器在一个完整的显示后发出l c df r a m e 信号； l c dl i n e ：l c d 控制器和l c d 驱动器之间的行同步信号，l c d 驱动器通过 它来将水平移位寄存器中的内容显示到l c d 屏上，l c d 控制器在一整行数据全部 传到l c d 驱动器后发出l c dl i n e 信号； l c ds h i f t ：l c d 控制器和l c d 驱动器之间的像素时钟信号； l c dd e n ：l c d 屏幕显示使能信号； l p o w e r ：l c d 板电压控制信号； l c d： 像素数据线。data7：0lcd 1 2渔业船用电台人机交互界面设计与实现 图2 9m c u 、l c d 控制器和l c d 间接口 ( 2 ) l c d 控制器寄存器配置 l c d 控制器s s d l 9 2 6 中有时钟控制寄存器、窗口显示缓存起始寄存器以及对 r g b 进行配置的寄存器等，需要进行相关配置。在控制寄存器中完成窗口显示缓 存的起始地址设置，用户所要显示的内容都是从窗口缓冲显存中读出，从而显示 到屏幕上，在屏幕上哪一行、哪一列显示是依据用户把有效数据存储在窗口显示 缓存的位置，窗口显示缓存的大小由屏幕的分辨率和显示色彩深度决定，驱动窗 口显示缓存是整个l c d 驱动开发的重点。由于本系统采用的是3 2 0 2 4 0t f t 液 晶，色彩深度为1 6 b p p ，每一帧显示缓存为1 5 0 k b 左右，由于m c u 内存相对较小， s s d l 9 2 6 的内存只有2 5 6 k ，不能保存两个完整屏幕的显存数据，所以本系统人机 界面设计中不能实现窗口的重叠。l c d 驱动实现流程如图2 1 0 所示。 在液晶驱动的基础上，利用l c d p r i n t f a s c l 6 2 4 ( u 0 8 * l c d c h a r , u 0 8l c d r o w , u 0 8 l c d c o l ，u 0 8d i s c o l m a x ，u 0 8b a c k c o l u r , u 0 8w o r d c o l u r , u 0 8w o r d t y p e ) 函数可以实现 在屏幕任意位置显示1 6 1 6 、2 4 x 2 4 个像素大小的任意颜色的汉字字符，各个参 数的含义：l c d c h a r - 指向要显示字符的a s c i i 码或汉字内码，l c d r o w 显示字符的起 始行，l c d c 0 1 显示字符的起始列，d i s c o l m a x 本行可以显示汉字的最大列，b a c k c o l u r - 显示字符的背景色，w o r d c o l u r - 显示字符的颜色，w o r d t y p e 一显示字符的大小，是1 6 x1 6 或2 4 x 2 4 个像素大小。u 0 8i m a g e d i s p ( u 1 6b l o c k a d d r , u 1 6h a n g ，u 1 6l i e ) 实现 了在任意位置显示任意大小的图片。u 0 8d r a w ( u 1 6h a , u 1 6l i ，u 1 6w i ，u 1 6h i ，u 0 8 c o l o r ) 实现了在任意位置显示任意大小颜色的方框。 第二章渔业船用电台系统平台介绍 2 2 4 按键驱动程序 开始 二 m c u 相关管脚初始 化 时钟寄存器设置 窗口显示缓存寄存 器设置 二二 颜色深度设置 1 6 b p p 颜色格式选择r g b 结束 图2 1 0l c d 液晶驱动流程 在本系统中，由m c u 和h c c 4 0 1 7 b 芯片通过定时器a 共同完成了对按键及 l e d 的扫描，每个h c c 4 0 1 7 b 芯片最多可以采样l o 个按键，本次设计总共用到 2 8 个按键，所以需要三个h c c 4 0 1 7 b 芯片。 h c c 4 0 1 7 b 芯片是一个脉冲分配器，m c u 向h c c 4 0 1 7 b 输送高低电平模拟时 钟，每送一个时钟，扫描一个按键，送l o 个时钟，扫描l o 个按键，整个按键扫 描过程结束。这个过程由定时器a 的中断服务子程序实现，定时器a 的中断间隔 是2 5 m s ，识别一次按键最少要进入两次中断，因此本系统最快5 0 m s 可以识别一 次按键，而人们使用按键的最快操作速度约8 0 m s ，所以该定时器中断完全可以满 足快速识别按键的需要。 按键驱动实现流程如图2 1 1 所示。本系统中按键扫描完成的基本功能如下： 1 ) 键盘去抖动处理：当键被按下或者放开时，可能会出现电平状态反复变化， 称作键盘抖动，若不作处理会引起按键盘命令错误，所以要进行去抖动处理以读 取稳定的键盘状态，按键扫描程序是中断的服务子程序，只有当m c u 在相应管脚 扫描到一次高电平，在此以后的中断中扫描到低电平，同时满足这两个条件时代 表有按键按下，这样的设计就自动处理了键盘去抖； 2 ) 双键互锁处理：当有两个按键被同时按下，且这两个按键连接在同一个 h c c 4 0 1 7 b 芯片时，m c u 只采样先被松开的按键，如果连接在不同的芯片，则两 1 4 渔业船用电台人机交互界面设计与实现 个按键都被采样到，并且放在消息队列中等待处理； 士上上 s _ k e y l 【o 】- ls _ l - y 2 o 】= ls _ k c y 3 o = l s j k c y l = i sl k e y 2 = i s _ l k e y 3 - - - i 1r 矽 定时器中断扫描h i 设k e 置y v 扫a l 描u e 码l 设置扫描码设置扫描码 k e y v a l u e 2k e y v a l u e 3 王老五家的。 ( 2 ) 通话记录的实现 通话记录也是应用层程序，它分为四个模块：未接来电、已接来电、拨出电 话、所有电话。通话记录也主要包括两个部分：核心部分和交互部分。核心部分 是对通话记录的管理；交互部分主要处理核心部分和用户的交互，通话记录主要 是增加一条或删除一条通话记录，通话记录按照时间顺序排列，为了方便通话记 录的删除操作，减少数据量的读取写入操作，用链表来实现数据的存储、修改。 ”通话记录的数据结构如下所示： 第三章渔业船用电台人机界面设计 t y p e d e f s t r u c tr e c o r d i n f u 0 8n a m e n a m e l t h m a x ；姓名 u 0 8 s h i p n u m s h i p n u m l t h ； 船号 u 0 8z o n e m t m z o n e n u m l t h ；区号 s y s t i m es y s t i m e ： 时间 t i m et i m e ；通话时长 r r c o r d l n f ； 由通话记录的数据结构可以看出，通话记录可以记录详细的通话时长和通话 时间，通话电话本中保存了来电号码，可以在电话本中搜索并且保存来电者的姓 名，如果电话本中没有改来电者的信息，则在姓名一栏保存为陌生人。 下面是通话记录四个模块的链表： t y p e d e f s t r u c tr e c o r d l i s t r e c o r d i n fr e c o r d i n f ；通话记录一个条目的数据 u 0 8l a s t ： 链表：上一个条目编号 u 0 8s e c n u m ： 链表：当前条目编号 u 0 8n e x t ：链表：下一个条目编号 ) r e c o r d l i s t ； 在存储器中保存了每一种通话记录的链表头条目的编号，同时也保存了尾条 目的编号，数据结构如下所示： t y p e d e f s t r u c tr e c o r d l i s t i n f o u 0 8h e a d ；头条目编号 u 0 8e n d ； 尾条目编号 r e c o r d l i s t l n f o , 2 ) 通话记录实现的功能 在未接来电中记录没有接听的电话，已接来电中记录已经接听的电话的记录， 在这四种记录的菜单界面，可以直接发送短消息、删除、全部删除同类型的通话 记录。实现通话记录在链表中删除的流程如图3 6 所示： 3 ) 通话记录和其他模块的交互 当有电话来时，电话模块需要通知通话记录模块，这样就需要通话记录模块 和其他模块的交互，通话记录的接口设计中需要有一个传递参数i n tc m d ，c m d 代 表的是电话类型：未接来电、已接来电、拨出电话，并做出相应的处理： c a l l a d d i t e m t o t a l ( r e c o r d i n f * r e c o r d i n f ) ： 3 2 渔业船用电台人机交互界面设计与实现 ，、 ( 开始 ， 选中要删除的条目 a 0 获得条目a 在屏幕 上的索引号 0 得到条目a 在链表 中的位置a d d r e s s 上 从f l a s h 中读出条 目a 的数据 上 删除条目a 的数据 上 l 修改所有来电通话 i 记录链表中紧邻条 目a 的条目 j 根据条目a 的数据 修改a 类型电话记 录链表中紧邻a 前 面和后面的条目 上 ( 结束 ) 图3 6 删除通话记录条目流程 4 ) 通话记录界面如图3 7 所示。 m m 叫 0 舭 电舡 b 峙 k 队 触队 础眦 触 砌 州 h 烈 h 删 一h 第三章渔业船用电台人帆羿面设计 量一_ 臣习苎 拔出 雪 表 蜀 研行 w ，刖，t 1 国37 通话记录界面 通话记录界面和电话本界面非常相似，它上侧的“最近呼叫”代表进入的是 最近呼叫菜单，“拨入”、“拨出、“未接”、“所有”是最近呼叫菜单的予菜单项。 红色框代表选中的子菜单，界面最左侧是选中子菜单“拨入”的数据显示界面。 界面最右侧的“信息”、“删除”、“全删”菜单是“投入”菜单项的子项“王老五 家的”子菜单项。f 1 、f 2 、f 3 表示电台前面扳上的三个按键，其对应的三个菜单 项为：“信息”、“删豫”、“编辑”。 图3 7 表示的菜单选项是：最近呼叫- 拨入。 ( 5 ) 发件箱界面如图3 8 所示。 图38 发件箱界面 发件箱界面内上侧的“发件箱”代表进入的是发件箱菜单，发件箱下侧是发 件箱内每条短信的短信内容提示，红色背景的代表当前选中的短信提示条目，短 信内容提示的下面蓝色条目表示选中的短信详情，界面最右侧的“删除”、“全删”、 。转发”菜单是对当前选中短信条目的操作菜单。f l 、f 2 、f 3 表示电台前面板上 的三个按键，其对应的三个菜单项为：“删除”、“全删”、“转发。 图3 8 表示的菜单选项是：发件箱 选中第二条短信。 在人机界面的设计原则中的用户原则要求界面要按用户所熟悉的操作方式来 渔业船用电台人机交互界面设计与实现 工作，由图3 5 、3 7 、3 8 可以看出，电台界面设计跟现在普及的手机界面非常 相似，这就方便了用户；同一个界面放置着三级菜单的内容，这样就避免了设计 过深的菜单，比如发件箱内的短信详情直接显示在界面上，尽量减少了用户进行 信息访问时所要采取的步骤；在电话本、通话记录菜单内都可以直接进行呼叫或 发送短信给选中的用户条目，这就尽可能创建了多种信息访问途径：功能键f 1 、 f 2 、f 3 在不同菜单下的不同功能在界面上都作出了提示，对用户的操作命令作出 了反应，帮助用户处理问题；而且界面设计风格统一，符合了人机界面设计的美 学原则。 第四章渔业船用电台中文输入法的设计 3 5 第四章渔业船用电台中文输入法的设计 人机交互( h u m a n m a c h i n ei n t e r a c t i o n , 简写h m i ) 是研究关于设计、评价和 实现供人们使用的交互计算系统以及有关这些现象进行研究的科学。 嵌入式系统的人机交互功能是决定嵌入式系统“友善性”的一个重要因素。 人机交互部分的主要作用是控制有关设备的运行和理解并执行通过人机交互设备 传来的有关的各种命令和要求，人机交互设施主要是键盘显示器。 中文输入法作为人机交互的重要组成部分，它各方面的性能对人机交互的“友 善性有着很大的影响。国内原有的渔用船台支持中文显示，但不支持中文输入， 只是支持数字号码的输入，这种情况下用户无法创建自己的通讯录，无法记录用 户感兴趣的信息，不能与船台实现中文的交互。因此中文输入法在渔用全数字船 台系统中的实现，对于船台的应用具有极强的现实意义，大大方便了用户。下面 就详细介绍船用电台系统中用到的中文输入法。 4 1 中文输入法的基本概念 4 1 1 汉字编码 字符集( c h a r s e t ) ，是为了表示某种语言而定义的字符集合；编码则是为了在 计算机中表示某个字符集中的字符而设定的编码规则，它通常以固定的顺序排列 字符，并以此作为记录、存储、传递、交换的统一内部特征。美国国家标准局定 义的是a s c i i 码，这种编码也是全世界使用最广泛的字符编码，最初的a s c i i 字 符定义1 2 8 个之内，它使用一个7 位的字节来表示一个字符，字符范围为0 x 0 0 到 0 x 7 f ，后来扩充到了8 位，字符也扩充到了2 5 6 个。 在计算机的应用范围扩大到全球后，仅仅使用a s c i i 字符集无法满足非英语 国家的需求。为此，几乎所有的国家都定义了针对官方语言的字符集以及编码规 范或者标准。大家熟悉的g b 2 3 1 2 - - 8 0 标准就是中国定义的简体中文字符集标准， 其中包含6 8 2 个符号、6 7 6 3 个汉字，它共分8 7 个区，每个区包含9 4 个字符。类 似的还有台湾省定制的b i g 5 繁体中文字符集标准等。 一个字符集可以有不同的编码形式，也可以只有一种编码形式。比如g b 2 3 1 2 字符集，g b 是“国标”两字汉语拼音的简写，表示汉字内码的国家标准，是在大 陆地区广泛使用的汉字编码方案。该编码系统包含了6 7 6 3 个汉字和其他非汉字图 形符号的编码。它将每个g b 2 3 1 2 字符编码为2 个字节，高低两个字节的范围均为 3 6渔业船用电台人机交互界面设计与实现 0 x a l 至0 x f e 。高字节表示的是g b 2 3 1 2 的区码，低字节表示的是g b 2 3 1 2 字符的 位码。随着社会的发展该标准所包含的字符已不能满足需求，但后来的新标准中 所包含的字符都是在此标准的基础上发展的。 g b k 码是g b 码的扩展字符编码，对2 万多个