引言

高速工業(yè)繡花機(jī)是機(jī)電一體化結(jié)合較為完美、自動(dòng)化程度較高的繡花專(zhuān)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(shí)現(xiàn)，并且還能實(shí)現(xiàn)手工繡花無(wú)法達(dá)到的“多層次、多功能、統(tǒng)一性和完美性”的要求。人機(jī)界面是高速工業(yè)繡花機(jī)與用戶(hù)打交道的窗口，一個(gè)好的人機(jī)界面可以提高用戶(hù)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(jī)類(lèi)似的人機(jī)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(jī)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)方法，并重點(diǎn)給出了主刺繡界面、參數(shù)設(shè)置界面和磁盤(pán)管理界面的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法。

1Windows CE

1.1 windows CE 概述

Windows CE是微軟公司嵌入式、移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)，它是一個(gè)開(kāi)放的、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類(lèi)的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，它是精簡(jiǎn)的Windows 95，Windows CE的圖形用戶(hù)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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)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(jì)成針對(duì)小型設(shè)備（它是典型的擁有有限內(nèi)存的無(wú)磁盤(pán)系統(tǒng)）的通用操作系統(tǒng)，Windows CE 可以通過(guò)設(shè)計(jì)一層位于內(nèi)核和硬件之間代碼來(lái)用設(shè)定硬件平臺(tái)，這即是眾所周知的硬件抽象層（HAL）（在以前解釋時(shí)，這被稱(chēng)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(fèi)（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(kāi)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(kāi)發(fā)、新型的信息設(shè)備的平臺(tái)。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(wú)關(guān)等特點(diǎn)。Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Windows CE平臺(tái)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(jiǎn)單的修改和移植就可以在Windows CE平臺(tái)上繼續(xù)使用。Windows CE并非是專(zhuān)為單一裝置設(shè)計(jì)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(xiàn)，Pocket PC（掌上電腦）、Handheld PC（手持設(shè)備）及Auto PC。

1.2 特色

增進(jìn)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(tái)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(guò)電子郵件及紅外線(xiàn)無(wú)線(xiàn)電通訊，同時(shí)與其他手?jǐn)y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(dá)到最大的功用。

從隨時(shí)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(kāi)啟了動(dòng)態(tài)的、嶄新的開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)景。這個(gè)模塊化、可自訂的作業(yè)系統(tǒng)將Windows平臺(tái)延伸到桌面之外，到達(dá)更小、更機(jī)動(dòng)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(kāi)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(kāi)發(fā)者或科技領(lǐng)導(dǎo)者的您，擴(kuò)展消費(fèi)者及工業(yè)電子上的新市場(chǎng)。

1.3 最新功能

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

全新設(shè)計(jì)的虛擬內(nèi)存架構(gòu)、全新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序架構(gòu)，同時(shí)支持 User Mode 與 Kernel Mode 兩種驅(qū)動(dòng)程序。突破只能運(yùn)行 32 個(gè)工作元（process）的限制，可以運(yùn)行 32768 個(gè)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(yùn)行。UDF 2.5 文件系統(tǒng)。支持 802.11i （WPA2）及 802.11e （QoS） 等無(wú)線(xiàn)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(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)中更容易創(chuàng)建數(shù)據(jù)鏈接及激活通話(huà)。［1］［2］在開(kāi)發(fā)環(huán)境上，微軟也提供兼容于.NET Framework的開(kāi)發(fā)元件：.NET Compact Framework，讓正在學(xué)習(xí).NET或已擁有.NET程序開(kāi)發(fā)技術(shù)的開(kāi)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(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。

用于掌上電腦Pocket PC以及智能手機(jī)Smart Phone上的Windows CE系統(tǒng)稱(chēng)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(gè)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(hù)界面相當(dāng)出色，開(kāi)發(fā)人員可以利用豐富靈活的控件庫(kù)在Windo-ws CE環(huán)境下為嵌入式應(yīng)用建立各種專(zhuān)門(mén)的圖形用戶(hù)界面。WindowsCE提供了符合Windows平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它實(shí)現(xiàn)了Win32 API函數(shù)的一個(gè)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(hù)、用戶(hù)應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)之間的圖形化用戶(hù)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(lái)處理用戶(hù)輸入。GWES通過(guò)創(chuàng)建和管理在顯示設(shè)備和打印機(jī)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(duì)話(huà)框和資源。它還提供控制文本和圖形顯示的GDI.

在運(yùn)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(jìn)程。GWES模塊主要由3種類(lèi)型的組件構(gòu)成：支持圖形驅(qū)動(dòng)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(jī)界面設(shè)計(jì)原理

3．1 功能結(jié)構(gòu)

在高速工業(yè)繡花機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)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(shí)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(jī)控制系統(tǒng)提供良好的人機(jī)界面。高速工業(yè)繡花機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面主要包括主刺繡界面、參數(shù)設(shè)置界面、磁盤(pán)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(hào)、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(guò)程中的各種狀態(tài)顯示和一些基本的操作功能。機(jī)器操作人員通過(guò)該界面能夠準(zhǔn)確了解機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中的各種基本信息和進(jìn)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(shí)的判斷。另外主刺繡界面上還有進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面、磁盤(pán)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(duì)機(jī)器所需刺繡的各種相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。它包括的功能有通用參數(shù)設(shè)置、機(jī)器參數(shù)設(shè)置、剪線(xiàn)參數(shù)設(shè)置、刺繡速度參數(shù)設(shè)置、斷線(xiàn)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(jì)信息顯示。

磁盤(pán)管理界面主要用于將花樣文件輸入到機(jī)器內(nèi)存的操作，在磁盤(pán)管理界面中，用戶(hù)可以把USB設(shè)備上的花樣文件輸入到機(jī)器的內(nèi)存中，也可以把機(jī)器內(nèi)存中的花樣文件輸出到USB設(shè)備上。可以對(duì)磁盤(pán)中花樣進(jìn)行預(yù)覽。磁盤(pán)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(pán)花樣文件的排序與查看、花樣縮略圖的保存和進(jìn)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(duì)內(nèi)存中花樣文件進(jìn)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(pán)、選中花樣文件的預(yù)覽、選中內(nèi)存中單個(gè)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(jìn)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(diǎn)、機(jī)器沿刺繡花樣周邊刺繡、設(shè)置另外起點(diǎn)和機(jī)器繡作十字等功能。

3．2 功能模塊相互關(guān)系

人機(jī)界面各功能模塊的具體功能都是在主刺繡界面得以實(shí)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(gè)人機(jī)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(kāi)。

4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

人機(jī)界面的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境采用微軟提供的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)eVC++4.0，硬件平臺(tái)采用三星公司的ARM9芯片S3C2440.模擬器由該硬件平臺(tái)的BSP經(jīng)過(guò)Platform Builder4.2軟件定制而成，在應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以脫離硬件平臺(tái)而在開(kāi)發(fā)主機(jī)上直接使用模擬器進(jìn)行程序調(diào)試運(yùn)行，避免由于經(jīng)常調(diào)試運(yùn)行的原因造成每次都必須下載到硬件平臺(tái)。在eVC++4.O中使用單文檔的形式進(jìn)行人機(jī)界面應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建了一個(gè)基于CFormView的單文當(dāng)應(yīng)用程序，再添加幾個(gè)窗體和與之對(duì)應(yīng)的基于CFormView的新視類(lèi)，然后通過(guò)在CMainFrame類(lèi)中添加控制代碼和菜單控制實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)窗體的動(dòng)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(jī)操作界面的要求。

4．1 應(yīng)用程序類(lèi)

應(yīng)用程序即高速工業(yè)繡花機(jī)人機(jī)界面的開(kāi)發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)繡花機(jī)的各種動(dòng)作和控制，以及用戶(hù)需求規(guī)定的各種必須的功能。根據(jù)人機(jī)界面軟件的特點(diǎn)，結(jié)合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的要求，以及MFC框架的特點(diǎn)，繡花機(jī)人機(jī)界面采用文檔一視圖（Document-View）結(jié)構(gòu)結(jié)合對(duì)話(huà)框來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)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(gè)大類(lèi)。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(lèi)是實(shí)現(xiàn)繡花機(jī)各種數(shù)據(jù)管理。界面類(lèi)呈現(xiàn)給用戶(hù)供用戶(hù)操作或?yàn)g覽。界面／數(shù)據(jù)輔助是為了更好的呈現(xiàn)用戶(hù)界面和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)的一些輔助類(lèi)。各個(gè)部分的主要類(lèi)和相互關(guān)系如圖2所示。

根據(jù)高速工業(yè)繡花機(jī)人機(jī)界面的功能劃分，人機(jī)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(pán)管理界面模塊、輔助刺繡界面模塊。

4．2 主刺繡模塊

人機(jī)界面的應(yīng)用程序是根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行編程的，在界面的開(kāi)發(fā)過(guò)程中都是用類(lèi)來(lái)包含各數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。主刺繡界面作為開(kāi)機(jī)后第一個(gè)出現(xiàn)的界面，使用一個(gè)繼承于CFormView類(lèi)的類(lèi)CEMBHIDView來(lái)包含主界面上的各個(gè)數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。在設(shè)計(jì)中使用CEMBH-IDView∷OnCreate（）函數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建主界面上的各種功能按鈕。CEMBHIDView類(lèi)的內(nèi)容如下：

通過(guò)CEMBHIDView類(lèi)和相應(yīng)的成員函數(shù)所實(shí)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(jì)一個(gè)基于CDialog類(lèi)的CParameter類(lèi)來(lái)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(hù)通過(guò)對(duì)相的參數(shù)設(shè)置項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，等待窗口消息并調(diào)用響應(yīng)的窗口過(guò)程函數(shù)來(lái)進(jìn)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(gè)頁(yè)面難以排布下，因此，在本設(shè)計(jì)中采用TAB控件來(lái)進(jìn)行分頁(yè)設(shè)計(jì)，其中用到了一個(gè)從CTabCtrl類(lèi)繼承來(lái)的CTabSheet類(lèi)來(lái)包含分頁(yè)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(lèi)。在類(lèi)中有一個(gè)成員變量用來(lái)記錄各子對(duì)話(huà)框的指針CDialog*m_pPages［MAX-PAGE］，MAXPAGE是該類(lèi)所能加載的標(biāo)簽的最大值。CTabSheet類(lèi)的內(nèi)容如下：

在CTabSheet類(lèi)中用到AddPage方法，用于記錄子對(duì)話(huà)框的指針和所使用對(duì)話(huà)框資源的ID號(hào)。在使用AddPage加入了若干子對(duì)話(huà)框后，調(diào)用CTabSheet的Show方法來(lái)真正生成標(biāo)簽和子對(duì)話(huà)框。生成好標(biāo)簽和子對(duì)話(huà)框后，調(diào)用CTabSheet∷SetRect（）函數(shù)來(lái)計(jì)算并調(diào)整屬性頁(yè)的大小。在單擊標(biāo)簽欄后，應(yīng)該是相應(yīng)的子對(duì)話(huà)框顯示，正在顯示的子對(duì)話(huà)框應(yīng)該隱藏。因此利用ClassWizard來(lái)處理WM_LBUTTONDOWN消息。這樣利用CTabSheet類(lèi)就可以輕松地在對(duì)話(huà)框上放置自己的屬性頁(yè)了，并且控件都分散在各子對(duì)話(huà)框類(lèi)中，符合對(duì)象封裝的思想。而且用這個(gè)方法來(lái)制作屬性頁(yè)就可以利用ClassWizard來(lái)輕松地生成消息映射處理Tab Control的消息了。使用這個(gè)類(lèi)，可以將參數(shù)設(shè)置各頁(yè)面的封裝對(duì)象關(guān)聯(lián)起來(lái)，起到分頁(yè)顯示作用。每個(gè)頁(yè)面使用一個(gè)類(lèi)來(lái)封裝數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。應(yīng)用程序中操作的對(duì)象可以是連續(xù)的，即應(yīng)用程序退出時(shí)將用戶(hù)數(shù)據(jù)保存到磁盤(pán)上，在程序重新啟動(dòng)時(shí)恢復(fù)它們，這個(gè)保存和恢復(fù)的過(guò)程稱(chēng)為串行化。MFC中有一個(gè)特定類(lèi)CSerialize，支持對(duì)象的串行化。并利用CArchive類(lèi)對(duì)象作為執(zhí)行串行化對(duì)象和存儲(chǔ)介質(zhì)之間的中繼，執(zhí)行串行化的對(duì)象可以使用CArchive類(lèi)對(duì)象進(jìn)行讀寫(xiě)操作。參數(shù)設(shè)置界面中用到的全局變量包含在2個(gè)從CObject類(lèi)派生的CDesignParams和CGlobalV中，使用這2個(gè)類(lèi)中的重載成員函數(shù)CGlobalV∷Serialize（CAr-chive＆ ar）、CDesignParams∷Serialize（CArchive＆ ar）進(jìn)行實(shí)際的串行化操作。通過(guò)以上的串行化技術(shù)就可以保存參數(shù)設(shè)置中用戶(hù)設(shè)置的參數(shù)，在程序退出時(shí)這些參數(shù)設(shè)置可以被存儲(chǔ)，程序啟動(dòng)后被讀入。參數(shù)設(shè)置界面的實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

4．4 磁盤(pán)管理模塊

磁盤(pán)管理界面是使用一個(gè)CDiskManagement類(lèi)來(lái)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(hù)通過(guò)觸摸屏進(jìn)行操作時(shí)，系統(tǒng)的消息循環(huán)隊(duì)列中會(huì)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(biāo)窗口，并自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的窗口過(guò)程函數(shù)來(lái)響應(yīng)。當(dāng)用戶(hù)點(diǎn)擊“輸入花樣文件”按鈕，將調(diào)用花樣拷貝函數(shù)進(jìn)行花樣格式轉(zhuǎn)換、縮略圖的生成并保存到機(jī)器內(nèi)存。點(diǎn)擊其他的按鈕亦將產(chǎn)生相應(yīng)的功能操作。磁盤(pán)管理界面的實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

5 測(cè)試與結(jié)論

人機(jī)界面作為人與高速工業(yè)繡花機(jī)信息交互的樞紐，必須將機(jī)器信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確而且容易識(shí)別的方式傳遞給機(jī)器操作人員，才能達(dá)到人與機(jī)器的最佳配合。而基于Windows CE操作系統(tǒng)制作的人機(jī)界面能夠很好地滿(mǎn)足這個(gè)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(lái)越廣泛。