嵌入式系统用户接口设计之裸机界面开发(一)

裸机界面开发一般指在不借助于现成的GUI库的情况下，构建整个应用系统的图形(文本)用户接口。通常一个完整的GUI库都会提供诸如窗口(界面)管理，事件生成，派发等等。除此之外，其还有其固定的一个编程框架，通常这种框架因为GUI库的不同略有差异，但到目前为止，基本大同小异。这些框架大都提供好了各种图形液晶的驱动接口，按键/触摸屏的接口以及其它事件接口。通常利用GUI框架完成设计工作，就是在这种框架下，处理各种消息事件。可以说，利用GUI库，使得界面的开发工作相对的变得容易些。

尽管GUI库提供了一个编程的框架，使得我们从繁杂琐碎的底层细节中脱离出来。但正如上面我们提及的，它仅仅只是是我们的工作变得相对容易些，而非轻而易举。有如下几个原因：

一是GUI库大都比较庞大，对于FLASH 和RAM 以及执行速度等资源均有一定的需求。因此很多中低端的MCU就基本无福消受。二则商业的GUI库大都售价不菲。最重要的一点是，界面逻辑的设计本来就是与具体的项目相关联，而每个项目的需求各异，进而导致界面的设计从来都不是一件轻而易举的事情，尤其是在要求系统界面可变性强的场合。

所以，很多场合下，我们不得不从零开始，设计整个界面的框架。也就是裸机界面开发。在这样的情况下，使用的显示装置一般有如下几种，字符型液晶，如1602 2002 2004 等等，图形点阵液晶如12832 12864 19264 240128 320240等等。这些图形点阵液晶，共同点就是单色，不需要显示复杂的图形界面。当然，复杂的图形界面在单色上面，表现出来的效果也不是很理想。通常，在这些显示设备上，适当的使用直线，矩形，圆角矩形，以及反白显示，即可以实现不错的人机交互界面。

因此，在这样的图形设备环境下，使用窗口的方式来构建整个界面是不合适的。相反，直接以屏幕(Screen)的方式来设计整个界面系统是比较合适的。那么，一个项目中的界面设计，就可以转化为设计合适的单个Screen ，然后想办法把这所有的单个Screen 连接起来，最终完成整个系统的界面开发工作。其实，Screen的方式在工控领域里面是使用的非常多的。因为工控领域要求开发可靠快速，对于界面的设计工作，一般是使用HMI触摸屏来实现。而HMI触摸屏设计就是以一个个 画面/屏幕 的方式来进行的。因为这种直接以画面/屏幕的方式来构建系统，是非常符合人的直观操作感受的。设想一下，如果你是一个设计者或者使用者，在操作带有屏幕显示的设备时候，肯定是在一个个屏幕界面下面进行的，如在设置屏幕界面进行系统的设置，在控制屏幕界面进行相关的控制工作等等。因此，作为一个设计者来说，在设计这样的系统的时候，务必要以面向屏幕的方式来思考整个用户界面工作的构建。可能会有人嗤之以鼻，整个GUI库里面均是以窗口的方式来组织界面的，为啥到这里就变成面向屏幕了呢。这是由于GUI库一般使用的场合下均含有较多的资源，如屏幕分辨率比较大，色彩位数高等等，且界面比较复杂，使用窗口的方式组织界面工作则较为方便。因此面向屏幕和面向窗口是针对不同的应用场合来说的。通俗一点来说，面向屏幕适合低端的单色低分辨率图形设备环境(工控上的HMI除外)，面向窗口则适合高端彩色高分辨率的图形设备环境。

回归到主题。既然我们要以面向屏幕的方式思考，那么首先我们需要将系统需求整理出来，然后将其归纳到一个个具体的屏幕中去。如主界面具体需要显示什么内容，设置界面有多少个，分别设置的内容是什么，控制界面有多少控制项等等。基本上只要系统需求明晰之后，系统需要的主界面，设置界面，控制界面内容等等均会随之而出，剩下的就是如何在相应的界面上，使得界面的显示看起来更具工业美感，操作上更加符合用户的操作习惯。对于我个人而言，我喜欢在纸上画出这些单个屏幕的内容，然后思考这些单个屏幕如何有效的连接在一起。然后用线连接这一个个屏幕。在线旁标注，是什么原因导致显示内容由当前屏幕跳转到另一个屏幕。如在主界面下，有四项相关系统参数显示，它们实时更新，以表征系统正在运行的某些变量。在主界面下当按下设定按键的时候，屏幕就会切换到设置界面，显示设置界面的相关内容。于是乎在主界面和设置界面之间的连线旁，我会标注屏幕跳转事件为设置按键按下。这样，当所有屏幕之间跳转的关系确定好之后，基本上界面主体设计就完成了。如果你设计的最终界面，如同蜘蛛网一样混乱，各个屏幕之间均有联系，那么肯定你的设计是有问题的。好的设计应该是界面之间的跳转关系非常清晰，非常有层次感的。如果你没有达到此要求，试着重新组织你屏幕的内容，让每个屏幕所完成的工作，相对而言，具有一个整体性，这样经过多次重构之后，你的屏幕看起来一定非常有条理和层次感。就如同我们编程一样，为了追求结构上的优美，低耦合，高内聚的特性，总是需要对整个系统进行不断的抽象，重构，最终实现目标。当一个个屏幕设计出来之后，连接跳转关系也明确了之后，似乎一切都看起来轻松美好。是的，没错，但是有个前提，除非你接着看完本文后面的内容，否则，直到此处，一切还只是看起来美，镜中花水中月一般。好的建筑除了要优秀的设计图纸之外，还需要优秀的砖瓦匠去一砖一瓦堆砌。下面的内容，我们就来让每一个屏幕变得有血有肉，变得生动起来。