引言

高速工業(yè)繡花機是機電一體化結(jié)合較為完美、自動化程度較高的繡花專用設(shè)備，它能使傳統(tǒng)的手工繡花得到高速度、高效率、高可靠性的實現(xiàn)，并且還能實現(xiàn)手工繡花無法達到的“多層次、多功能、統(tǒng)一性和完美性”的要求。人機界面是高速工業(yè)繡花機與用戶打交道的窗口，一個好的人機界面可以提高用戶的工作效率和舒適性。

隨著WinCE嵌入式操作系統(tǒng)的不斷完善，給高品質(zhì)、高效率、與PC機類似的人機界面提供了可能。在此提出一種基于WinCE 5.O的高速工業(yè)繡花機人機界面的設(shè)計方法，并重點給出了主刺繡界面、參數(shù)設(shè)置界面和磁盤管理界面的設(shè)計過程和方法。

1Windows CE

1.1 windows CE 概述

Windows CE是微軟公司嵌入式、移動計算平臺的基礎(chǔ)，它是一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，它是精簡的Windows 95，Windows CE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。

Windows CE作業(yè)系統(tǒng)是Windows家族中最新的成員，專門設(shè)計給掌上型電腦（HPCs）所使用的電腦環(huán)境。這樣的作業(yè)系統(tǒng)可使完整的可攜式技術(shù)與現(xiàn)有的Windows桌面技術(shù)整合工作。 Windows CE 被設(shè)計成針對小型設(shè)備（它是典型的擁有有限內(nèi)存的無磁盤系統(tǒng)）的通用操作系統(tǒng)，Windows CE 可以通過設(shè)計一層位于內(nèi)核和硬件之間代碼來用設(shè)定硬件平臺，這即是眾所周知的硬件抽象層（HAL）（在以前解釋時，這被稱為 OEMC （原始設(shè)備制造）適應(yīng)層，即 OAL; 內(nèi)核壓縮層，即 KAL. 以免與微軟的 Windows NT 操作系統(tǒng) HAL 混淆）。

Windows CE中的C代表袖珍（Compact）、消費（Consumer）、通信能力（Connectivity）和伴侶（Companion）；E代表電子產(chǎn)品（Electronics）。與Windows 95/98、Windows NT不同的是，Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖于Windows 95/98，但Windows CE是基于WIN32 API重新開發(fā)、新型的信息設(shè)備的平臺。Windows CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口和與處理器無關(guān)等特點。Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Windows CE平臺上可以使用Windows 95/98上的編程工具（如Visual Basic、Visual C++等）、使用同樣的函數(shù)、使用同樣的界面風(fēng)格，使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡單的修改和移植就可以在Windows CE平臺上繼續(xù)使用。Windows CE并非是專為單一裝置設(shè)計的，所以微軟為旗下采用Windows CE作業(yè)系統(tǒng)的產(chǎn)品大致分為三條產(chǎn)品線，Pocket PC（掌上電腦）、Handheld PC（手持設(shè)備）及Auto PC。

1.2 特色

增進工作產(chǎn)能和效率的通訊錄、日歷行程、工作管理、Microsoft Pocket Excel與Microsoft Pocket Word控制臺可以控制并管理Windows CE與辦公室PC的連結(jié)。這讓在您的PC與PDA之間轉(zhuǎn)移資料并與他人透過電子郵件及紅外線無線電通訊，同時與其他手攜式設(shè)備交換資料。利用便攜式Internet Explorer遨游網(wǎng)絡(luò)，并使你的HPC達到最大的功用。

從隨時隨地的使用電腦及PDA，到智慧型家電用品及豐富的多媒體家庭劇院，Microsoft Windows CE為工作、家庭及其間的任何一部分開啟了動態(tài)的、嶄新的開發(fā)遠景。這個模塊化、可自訂的作業(yè)系統(tǒng)將Windows平臺延伸到桌面之外，到達更小、更機動性、更特別的裝置之上，然而它的Windows血統(tǒng)則確保了它的相容性，并且支援了更廣泛的開發(fā)基礎(chǔ)。Microsoft Windows CE揭露了革命性的系統(tǒng)架構(gòu)，可以讓身為開發(fā)者或科技領(lǐng)導(dǎo)者的您，擴展消費者及工業(yè)電子上的新市場。

1.3 最新功能

目前最新的Windows CE為 Windows Embedded Compact 7，這個版本在內(nèi)核部分有很大的進步：所有系統(tǒng)元件都由EXE改為DLL，并移到 kernel space.

全新設(shè)計的虛擬內(nèi)存架構(gòu)、全新的設(shè)備驅(qū)動程序架構(gòu)，同時支持 User Mode 與 Kernel Mode 兩種驅(qū)動程序。突破只能運行 32 個工作元（process）的限制，可以運行 32768 個工作元。每一工作元的的虛擬內(nèi)存限制由32 M 增加到全系統(tǒng)總虛擬內(nèi)存。Platform Builder IDE 集成到 Microsoft Visual Studio 2005。新的安全架構(gòu)，確保只有被信任的軟件可以在系統(tǒng)中運行。UDF 2.5 文件系統(tǒng)。支持 802.11i （WPA2）及 802.11e （QoS） 等無線規(guī)格，及多重 radio support.

支持 x86， ARM， SH4， MIPS 等各種處理器。提供新的 Cellcore components 使系統(tǒng)在移動電話網(wǎng)絡(luò)中更容易創(chuàng)建數(shù)據(jù)鏈接及激活通話。［1］［2］在開發(fā)環(huán)境上，微軟也提供兼容于.NET Framework的開發(fā)元件：.NET Compact Framework，讓正在學(xué)習(xí).NET或已擁有.NET程序開發(fā)技術(shù)的開發(fā)人員能迅速而順利的在搭載Windows CE .NET系統(tǒng)的設(shè)備上開發(fā)應(yīng)用程序。

用于掌上電腦Pocket PC以及智能手機Smart Phone上的Windows CE系統(tǒng)稱為Windows Mobile，目前成熟的最新版本為Windows Mobile 6.5。

2 WinCE系統(tǒng)分析

Windows CE是一個搶先式多任務(wù)的32位的嵌入式操作系統(tǒng)，它的圖形用戶界面相當(dāng)出色，開發(fā)人員可以利用豐富靈活的控件庫在Windo-ws CE環(huán)境下為嵌入式應(yīng)用建立各種專門的圖形用戶界面。WindowsCE提供了符合Windows平臺標準的開發(fā)環(huán)境，它實現(xiàn)了Win32 API函數(shù)的一個子集，覆蓋了大部分的Win32功能。

圖形窗口和事件系統(tǒng)模塊（graphical windowing and event system，GWES）是用戶、用戶應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)之間的圖形化用戶接口。 GWES將控制選擇轉(zhuǎn)換為消息，傳送信息給應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)來處理用戶輸入。GWES通過創(chuàng)建和管理在顯示設(shè)備和打印機上顯示的窗口、圖形和文本處理輸出。GWES的核心是窗口。所有應(yīng)用程序（即使是為缺小圖形顯示器的設(shè)備創(chuàng)建的那些應(yīng)用）需要窗口以便從操作系統(tǒng)接收信息。GWES為需要圖形顯示器的設(shè)備提供控制、菜單、對話框和資源。它還提供控制文本和圖形顯示的GDI.

在運行的Windows CE操作系統(tǒng)中，圖形窗口和事件系統(tǒng)模塊體現(xiàn)為Gwes.exe進程。GWES模塊主要由3種類型的組件構(gòu)成：支持圖形驅(qū)動的GDI組件；支持窗口控件的USER組件；支持其他窗口和圖形功能的一般GWES組件。

3 人機界面設(shè)計原理

3．1 功能結(jié)構(gòu)

在高速工業(yè)繡花機控制系統(tǒng)人機界面的顯示和控制中，采用液晶屏和觸摸屏相結(jié)合的方式。利用液晶屏實現(xiàn)各種信息的顯示、菜單操作、圖形顯示及觸摸屏控制，為高速工業(yè)繡花機控制系統(tǒng)提供良好的人機界面。高速工業(yè)繡花機控制系統(tǒng)人機界面主要包括主刺繡界面、參數(shù)設(shè)置界面、磁盤管理界面、花樣管理界面和輔助刺繡界面。

主刺繡界面主要顯示所刺繡花樣、花樣名、花樣號、花樣針數(shù)、花樣顏色數(shù)、花樣位置、當(dāng)前刺繡針數(shù)等刺繡花樣的各種信息、繡作過程中的各種狀態(tài)顯示和一些基本的操作功能。機器操作人員通過該界面能夠準確了解機器運行過程中的各種基本信息和進行一些相關(guān)的操作，并且也能夠?qū)Ω鞣N即將出現(xiàn)的情況做出及時的判斷。另外主刺繡界面上還有進入?yún)?shù)設(shè)置界面、磁盤管理界面、花樣管理界面和輔助刺繡界面的按鈕。

參數(shù)設(shè)置界面主要是用于對機器所需刺繡的各種相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置。它包括的功能有通用參數(shù)設(shè)置、機器參數(shù)設(shè)置、剪線參數(shù)設(shè)置、刺繡速度參數(shù)設(shè)置、斷線參數(shù)設(shè)置、輔助刺繡參數(shù)設(shè)置、換色參數(shù)設(shè)置和統(tǒng)計信息顯示。

磁盤管理界面主要用于將花樣文件輸入到機器內(nèi)存的操作，在磁盤管理界面中，用戶可以把USB設(shè)備上的花樣文件輸入到機器的內(nèi)存中，也可以把機器內(nèi)存中的花樣文件輸出到USB設(shè)備上。可以對磁盤中花樣進行預(yù)覽。磁盤管理界面包含的功能有花樣文件的輸入、選中花樣文件預(yù)覽、選中全部花樣文件、取消全部選中花樣文件、停止花樣文件的輸入、磁盤花樣文件的排序與查看、花樣縮略圖的保存和進入內(nèi)存管理界面等。

花樣管理界面主要用于從內(nèi)存中選擇刺繡花樣文件、對內(nèi)存中花樣文件進行各種相關(guān)設(shè)置和變換以及所有生成花樣文件的操作。它包括的功能有輸出花樣文件到磁盤、選中花樣文件的預(yù)覽、選中內(nèi)存中單個花樣文件、花樣文件編輯、全部選中內(nèi)存中花樣文件、取消全部選中內(nèi)存花樣文件、刪除選中花樣文件、內(nèi)存花樣文件的排序與查看和選中當(dāng)前刺繡花樣進入主刺繡界面等。

輔助刺繡界面主要用于完成一些輔助性刺繡功能。它包括恢復(fù)刺繡花樣的起繡點、機器沿刺繡花樣周邊刺繡、設(shè)置另外起點和機器繡作十字等功能。

3．2 功能模塊相互關(guān)系

人機界面各功能模塊的具體功能都是在主刺繡界面得以實現(xiàn)。各功能與主刺繡界面交互關(guān)系如圖1所示。從模塊交互關(guān)系中可以看出，主刺繡界面是整個人機界面的基礎(chǔ)，所有的其他界面都是圍繞著主刺繡界面在展開。

4 人機界面設(shè)計與實現(xiàn)

人機界面的軟件開發(fā)環(huán)境采用微軟提供的軟件開發(fā)平臺eVC++4.0，硬件平臺采用三星公司的ARM9芯片S3C2440.模擬器由該硬件平臺的BSP經(jīng)過Platform Builder4.2軟件定制而成，在應(yīng)用程序的開發(fā)過程中可以脫離硬件平臺而在開發(fā)主機上直接使用模擬器進行程序調(diào)試運行，避免由于經(jīng)常調(diào)試運行的原因造成每次都必須下載到硬件平臺。在eVC++4.O中使用單文檔的形式進行人機界面應(yīng)用程序的開發(fā)，創(chuàng)建了一個基于CFormView的單文當(dāng)應(yīng)用程序，再添加幾個窗體和與之對應(yīng)的基于CFormView的新視類，然后通過在CMainFrame類中添加控制代碼和菜單控制實現(xiàn)這兩個窗體的動態(tài)切換。這種方法避免了普通WINDOWS窗口界面上的多余的工具條、菜單、文本框等內(nèi)容，完全符合人機操作界面的要求。

4．1 應(yīng)用程序類

應(yīng)用程序即高速工業(yè)繡花機人機界面的開發(fā)，主要實現(xiàn)繡花機的各種動作和控制，以及用戶需求規(guī)定的各種必須的功能。根據(jù)人機界面軟件的特點，結(jié)合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的要求，以及MFC框架的特點，繡花機人機界面采用文檔一視圖（Document-View）結(jié)構(gòu)結(jié)合對話框來實現(xiàn)。整個程序分成界面，數(shù)據(jù)處理，界面／數(shù)據(jù)輔助和核心框架等幾個大類。核心框架是MFC單文檔結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序的基本核心，其中的文檔類是實現(xiàn)繡花機各種數(shù)據(jù)管理。界面類呈現(xiàn)給用戶供用戶操作或瀏覽。界面／數(shù)據(jù)輔助是為了更好的呈現(xiàn)用戶界面和進行數(shù)據(jù)處理設(shè)計的一些輔助類。各個部分的主要類和相互關(guān)系如圖2所示。

根據(jù)高速工業(yè)繡花機人機界面的功能劃分，人機界面分成以下5部分：主刺繡界面模塊、參數(shù)設(shè)置界面模塊、花樣管理界面模塊、磁盤管理界面模塊、輔助刺繡界面模塊。

4．2 主刺繡模塊

人機界面的應(yīng)用程序是根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷脒M行編程的，在界面的開發(fā)過程中都是用類來包含各數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。主刺繡界面作為開機后第一個出現(xiàn)的界面，使用一個繼承于CFormView類的類CEMBHIDView來包含主界面上的各個數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。在設(shè)計中使用CEMBH-IDView∷OnCreate（）函數(shù)來動態(tài)創(chuàng)建主界面上的各種功能按鈕。CEMBHIDView類的內(nèi)容如下：

通過CEMBHIDView類和相應(yīng)的成員函數(shù)所實現(xiàn)的主刺繡界面如圖3所示。

4．3 參數(shù)設(shè)置模塊

首先設(shè)計一個基于CDialog類的CParameter類來包含參數(shù)界面中所用到的數(shù)據(jù)成員和消息響應(yīng)函數(shù)。用戶通過對相的參數(shù)設(shè)置項進行設(shè)置，等待窗口消息并調(diào)用響應(yīng)的窗口過程函數(shù)來進行相應(yīng)的處理。由于參數(shù)設(shè)置界面所需設(shè)置的參數(shù)較多，在一個頁面難以排布下，因此，在本設(shè)計中采用TAB控件來進行分頁設(shè)計，其中用到了一個從CTabCtrl類繼承來的CTabSheet類來包含分頁操作所用到的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)，用于Tab Control的控件類。在類中有一個成員變量用來記錄各子對話框的指針CDialog*m_pPages［MAX-PAGE］，MAXPAGE是該類所能加載的標簽的最大值。CTabSheet類的內(nèi)容如下：

在CTabSheet類中用到AddPage方法，用于記錄子對話框的指針和所使用對話框資源的ID號。在使用AddPage加入了若干子對話框后，調(diào)用CTabSheet的Show方法來真正生成標簽和子對話框。生成好標簽和子對話框后，調(diào)用CTabSheet∷SetRect（）函數(shù)來計算并調(diào)整屬性頁的大小。在單擊標簽欄后，應(yīng)該是相應(yīng)的子對話框顯示，正在顯示的子對話框應(yīng)該隱藏。因此利用ClassWizard來處理WM_LBUTTONDOWN消息。這樣利用CTabSheet類就可以輕松地在對話框上放置自己的屬性頁了，并且控件都分散在各子對話框類中，符合對象封裝的思想。而且用這個方法來制作屬性頁就可以利用ClassWizard來輕松地生成消息映射處理Tab Control的消息了。使用這個類，可以將參數(shù)設(shè)置各頁面的封裝對象關(guān)聯(lián)起來，起到分頁顯示作用。每個頁面使用一個類來封裝數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。應(yīng)用程序中操作的對象可以是連續(xù)的，即應(yīng)用程序退出時將用戶數(shù)據(jù)保存到磁盤上，在程序重新啟動時恢復(fù)它們，這個保存和恢復(fù)的過程稱為串行化。MFC中有一個特定類CSerialize，支持對象的串行化。并利用CArchive類對象作為執(zhí)行串行化對象和存儲介質(zhì)之間的中繼，執(zhí)行串行化的對象可以使用CArchive類對象進行讀寫操作。參數(shù)設(shè)置界面中用到的全局變量包含在2個從CObject類派生的CDesignParams和CGlobalV中，使用這2個類中的重載成員函數(shù)CGlobalV∷Serialize（CAr-chive＆ ar）、CDesignParams∷Serialize（CArchive＆ ar）進行實際的串行化操作。通過以上的串行化技術(shù)就可以保存參數(shù)設(shè)置中用戶設(shè)置的參數(shù)，在程序退出時這些參數(shù)設(shè)置可以被存儲，程序啟動后被讀入。參數(shù)設(shè)置界面的實現(xiàn)如圖4所示。

4．4 磁盤管理模塊

磁盤管理界面是使用一個CDiskManagement類來封裝花樣管理界面中用到的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。用戶通過觸摸屏進行操作時，系統(tǒng)的消息循環(huán)隊列中會產(chǎn)生相應(yīng)的消息。根據(jù)消息中的窗口句柄，系統(tǒng)將消息發(fā)送到目標窗口，并自動啟動相應(yīng)的窗口過程函數(shù)來響應(yīng)。當(dāng)用戶點擊“輸入花樣文件”按鈕，將調(diào)用花樣拷貝函數(shù)進行花樣格式轉(zhuǎn)換、縮略圖的生成并保存到機器內(nèi)存。點擊其他的按鈕亦將產(chǎn)生相應(yīng)的功能操作。磁盤管理界面的實現(xiàn)如圖5所示。

5 測試與結(jié)論

人機界面作為人與高速工業(yè)繡花機信息交互的樞紐，必須將機器信息實時、準確而且容易識別的方式傳遞給機器操作人員，才能達到人與機器的最佳配合。而基于Windows CE操作系統(tǒng)制作的人機界面能夠很好地滿足這個要求并提供更美觀、更友好和人性化的界面，它將在嵌入式產(chǎn)品中應(yīng)用越來越廣泛。