摘 要：在嵌入式PC/104選用的操作系統(tǒng)中，建立圖形界面的人機(jī)接口軟件在實(shí)際中有很大的意義，本文針對(duì)相關(guān)工業(yè)控制項(xiàng)目，討論了有關(guān)基于消息處理機(jī)制的圖形界面人機(jī)接口的建立方法和相關(guān)問(wèn)題。 Abstract: Establishing Graphics User Interface software used on PC/104 is significant in the real industry project. This article discussed the method and problem of designing GUI based on message handling mechanism. 關(guān)鍵詞：圖形界面；操作系統(tǒng)；控制系統(tǒng) Keywords: Graphic User Interface. OS. Control System 1 引言 　　在新興的嵌入式PC/104應(yīng)用領(lǐng)域，因其硬件的獨(dú)特特點(diǎn)，往往要求使用者的軟件操作系統(tǒng)要具備以下特點(diǎn)： 　　● 操作系統(tǒng)占用空間小，大約占用幾M或十幾M; 　　● 系統(tǒng)穩(wěn)定性好; 　　● 對(duì)硬件配置要求低; 　　● 軟件開(kāi)發(fā)靈活性高; 　　● 可以直接對(duì)硬件操作，控制響應(yīng)速度快。 　　基于這樣操作系統(tǒng)的軟件有時(shí)又要求為用戶提供一個(gè)良好的人機(jī)界面，而這類(lèi)操作系統(tǒng)往往在圖形界面的能力上與Windows相比有著明顯的不足，針對(duì)這一難點(diǎn)，本人在基于注塑機(jī)械手控制軟件的圖形界面開(kāi)發(fā)上，進(jìn)行了積極的探索，希望對(duì)相關(guān)的軟件開(kāi)發(fā)有所幫助。 　　建立與用戶交互的圖形界面，除了要在系統(tǒng)上畫(huà)出圖形外（這類(lèi)系統(tǒng)往往提供繪畫(huà)函數(shù)），最關(guān)鍵的是要在圖形上建立軟件對(duì)用戶操作的響應(yīng)，即類(lèi)以于Windows系統(tǒng)中，系統(tǒng)針對(duì)用戶對(duì)圖形上的各種功能圖案（如按鈕）的點(diǎn)擊要給予響應(yīng)。所以建立圖形界面關(guān)鍵是要在用戶與軟件之間建立起一種交互機(jī)制，針對(duì)這一問(wèn)題，本文以下部分將詳細(xì)進(jìn)行討論。 2 事件控制機(jī)制 　　軟件程序有兩種基本控制機(jī)制，即順序驅(qū)動(dòng)（或過(guò)程驅(qū)動(dòng)）機(jī)制和事件控制機(jī)制，采用順序驅(qū)動(dòng)機(jī)制設(shè)計(jì)的程序有一個(gè)明顯的開(kāi)始、明顯的過(guò)程和明顯的結(jié)束，這樣的控制機(jī)制不利于建立友好的人機(jī)接口。還有一種程序控制的機(jī)制，即事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，采用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制設(shè)計(jì)的程序，由事件的發(fā)生來(lái)控制。這樣的程序控制機(jī)制能夠?yàn)橛脩籼峁└玫娜藱C(jī)接口。 　　采用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制在人機(jī)交互很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)中比較適用，它給用戶在程序的運(yùn)行上以選擇的余地。事件驅(qū)動(dòng)控制機(jī)制多在基于Windows的軟件上使用，Windows上的軟件開(kāi)發(fā)大多使用VC、VB等一些可視化開(kāi)發(fā)平臺(tái)，這些平臺(tái)往往已經(jīng)為用戶提供了事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，用戶只需設(shè)計(jì)相關(guān)事件處理程序，在程序編制過(guò)程中并不涉及事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理。而在本文所討論的開(kāi)發(fā)環(huán)境下，必須自己搭建事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制平臺(tái)，在這一點(diǎn)上增加了程序設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜性。 　　采用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制可以大大減少消息丟失的可能性，如當(dāng)程序正在處理某一個(gè)消息時(shí)，又產(chǎn)生了新的消息，這時(shí)事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制會(huì)將新消息放入消息循環(huán)隊(duì)列，等到當(dāng)前消息處理完后再處理新來(lái)的消息，從而防止了消息丟失的可能。這種程序控制方式非常適用于系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，與用戶建立友好的人機(jī)接口。這比采用順序驅(qū)動(dòng)機(jī)制設(shè)計(jì)的程序?qū)τ脩魜?lái)說(shuō)更友好。 3 搭建事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制平臺(tái) 　　在用戶界面設(shè)計(jì)中，事件就是用戶通過(guò)各種輸入設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)所產(chǎn)生的各種信號(hào)，又稱消息。該消息是一種激發(fā)性的用于聯(lián)系用戶、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件之間交互活動(dòng)的最基本信號(hào)。比如，用戶按下鍵盤(pán)上的某個(gè)鍵就可以形成一個(gè)消息，因?yàn)橛脩舻倪@一行為會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)激發(fā)性的信號(hào)，使得系統(tǒng)由原來(lái)的某種狀態(tài)轉(zhuǎn)為另一種狀態(tài)。 　　消息的產(chǎn)生方式很多，主要由用戶通過(guò)按下鍵盤(pán)上的某個(gè)鍵或移動(dòng)鼠標(biāo)器并按下其上的某個(gè)鍵來(lái)產(chǎn)生。對(duì)于消息的產(chǎn)生者我們又稱之為消息源。消息源包括鼠標(biāo)器、鍵盤(pán)、串行端口中斷、有關(guān)的軟件工具、設(shè)備驅(qū)動(dòng)器、其它的輸入設(shè)備、其它的定位設(shè)備等等，甚至還可以是應(yīng)用程序自身。 　　由于事件是激發(fā)人機(jī)交互活動(dòng)最基本的因素，因而人機(jī)交互活動(dòng)的關(guān)鍵就是研究由事件產(chǎn)生的消息處理技術(shù)及其算法。用戶界面的質(zhì)量高低，在某種程度上取決于事件及消息管理技術(shù)的優(yōu)劣 　　3.1 事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方法 　　以下列出本人所參與的注塑機(jī)械手控制軟件中，用于裝載鍵盤(pán)和鼠標(biāo)事件所產(chǎn)生消息的消息隊(duì)列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 　　struct event_define 　?。? 　　struct event_define ＊Last; 　　unsigned char ScanCode; 　　unsigned char KeyState; 　　int MouseState; 　　int CursorX; 　　int CursorY; 　　struct event_define ＊Next; 　?。? 　　下面介紹這一結(jié)構(gòu)體中各個(gè)元素的功能： 　　● struct event define ＊Last 中的指針Last用于裝指向上一個(gè)消息隊(duì)列記錄的地址; 　　● struct event define ＊Next 中的指針Next用于裝指向下一個(gè)消息隊(duì)列記錄的地址。這兩個(gè)指針中的內(nèi)容是在消息隊(duì)列初始化過(guò)程中完成的，使消息隊(duì)列形成首尾相鏈的隊(duì)列，同時(shí)頭指針與尾指針都指向消息隊(duì)列中的默認(rèn)為0的消息數(shù)據(jù)記錄; 　　● unsigned char ScanCode中的ScanCode用于裝鍵盤(pán)敲擊事件發(fā)生時(shí)，被敲擊鍵的鍵值; 　　● unsigned char KeyState中的KeyState用于裝鍵盤(pán)敲擊事件發(fā)生時(shí)當(dāng)時(shí)鍵的狀態(tài)（壓下或抬起）; 　　● int MouseState中的MouseState用于裝鼠標(biāo)事件發(fā)生時(shí)鼠標(biāo)消息的內(nèi)容，如鼠標(biāo)左鍵壓下、左鍵抬起等; 　　● int CursorX和int CursorY中的CursorY和CursorX分別用于裝鼠標(biāo)事件發(fā)生時(shí)鼠標(biāo)在顯示屏上的坐標(biāo)值;本項(xiàng)目中有關(guān)消息的裝入都是用中斷方式來(lái)完成的，下面簡(jiǎn)要介紹有關(guān)中斷處理的具體方法。 　　在程序中，當(dāng)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)和串口數(shù)據(jù)事件發(fā)生時(shí)，本程序把這類(lèi)事件當(dāng)做中斷來(lái)處理。這樣做的好處在于：CPU不必花大量的時(shí)間去查尋外部事件是否產(chǎn)生。因?yàn)?，中斷事件何時(shí)發(fā)生是不能預(yù)知的，一旦有外部事件請(qǐng)求中斷，則會(huì)向CPU的接收中斷信號(hào)的引腳發(fā)出電信號(hào)，這些信號(hào)CPU是馬上可以知道的。如鍵盤(pán)何時(shí)有鍵按下，是隨機(jī)的，CPU不用反復(fù)查尋鍵盤(pán)狀態(tài)，而可以去執(zhí)行其它程序，一旦有按鍵按下，鍵盤(pán)馬上產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU得知這信號(hào)后，便立即去執(zhí)行為鍵盤(pán)服務(wù)的中斷程序。服務(wù)完后，CPU又恢復(fù)執(zhí)行被中斷了的程序邏輯。 　　中斷方式處理事件的優(yōu)點(diǎn)在于：執(zhí)行速度快，可實(shí)時(shí)處理，不占用CPU過(guò)多的時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。注塑機(jī)械手控制軟件中，中斷服務(wù)程序完成的主要任務(wù)就是把中斷事件裝入相應(yīng)的消息隊(duì)列中。如：當(dāng)有鍵盤(pán)敲擊時(shí)，就把鍵盤(pán)當(dāng)前被敲擊的鍵值及狀態(tài)放入消息隊(duì)列，緊接著把尾指針指向下一個(gè)消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄。如果在鍵盤(pán)敲擊前，頭指針與尾指針指向同一個(gè)消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄，則鍵盤(pán)敲擊后，尾指針指向了下一個(gè)消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄，這樣頭指針與尾指針就指向了不同的消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄。若此時(shí)又有新的消息進(jìn)入，則把它放入尾指針當(dāng)前消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄中，并把尾指針前移，指向下一個(gè)消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄。而主程序則用循環(huán)結(jié)構(gòu)不斷檢測(cè)消息隊(duì)列的頭指針與尾指針是否指向同一地址。若二者指向同一地址，則轉(zhuǎn)入下一次循環(huán)，再次檢測(cè)消息隊(duì)列的頭指針與尾指針是否指向同一地址，如此反復(fù)。若某次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)頭指針與尾指針指向了不同地址則說(shuō)明有消息裝入消息隊(duì)列，此時(shí)主程序?qū)⒆x出消息內(nèi)容，并將頭指針向前移動(dòng)，使之指向下一個(gè)消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄的地址，接著對(duì)當(dāng)前消息做相應(yīng)的處理，處理完成后再次檢測(cè)消息隊(duì)列的頭指針與尾指針是否指向同一地址，若不同則做相應(yīng)處理，若相同則進(jìn)入下一輪循環(huán)，如此反復(fù)。這樣由外部事件將消息放入消息隊(duì)列中，使尾指針前移;而主程序按先進(jìn)先出的順序讀出消息隊(duì)列中的數(shù)據(jù)記錄，并使頭指針向前移動(dòng)，然后根據(jù)消息內(nèi)容做相應(yīng)處理。這種事件處理方式又稱消息處理機(jī)制，如圖1。 　　在上述消息處理的過(guò)程中易出現(xiàn)一種特殊情況，即消息密度較高，主程序處理的速度低于消息裝入消息隊(duì)列的速度，最后將導(dǎo)致消息隊(duì)列裝滿，卻仍有新消息產(chǎn)生。針對(duì)這種情況，有兩種處理方法，一種是忽略新來(lái)的消息;一種是用新來(lái)的消息覆蓋原來(lái)的消息。本程序采用的辦法是忽略新來(lái)的消息，直到消息隊(duì)列空出新的隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄，才將空出隊(duì)列后產(chǎn)生的消息裝入隊(duì)列。如果這種情況發(fā)生，就會(huì)導(dǎo)致隊(duì)列裝滿后和在隊(duì)列空出新的數(shù)據(jù)記錄期間產(chǎn)生的消息不被響應(yīng)和處理，這種情況在程序?qū)嶋H運(yùn)行中是不允許發(fā)生的。為了避免這種主程序處理的速度低于消息進(jìn)入的速度的情況，可以采取的措施有三個(gè)： 　　● 中斷服務(wù)程序用匯編語(yǔ)言編寫(xiě); 　　● 主程序消息處理部分盡量簡(jiǎn)潔; 　　● 設(shè)定消息隊(duì)列的數(shù)據(jù)記錄個(gè)數(shù)足夠大。 [align=center] 圖1 消息處理機(jī)制[/align] 　　中斷服務(wù)程序用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，這樣可以使得中斷服務(wù)程序更簡(jiǎn)練，占用CPU時(shí)間更少，從而為主程序運(yùn)行提供了更長(zhǎng)的時(shí)間。這樣就使得原來(lái)可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)阻塞的情況，在用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)中斷程序后，主程序運(yùn)行分配的時(shí)間加長(zhǎng)，主程序能夠完成消息處理，及時(shí)空出消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄，為新來(lái)的消息提供數(shù)據(jù)記錄空間。 　　主程序消息處理部分盡量簡(jiǎn)潔，就會(huì)加快主程序消息處理的速度，從而使主程序消息處理的速度大于消息裝入的速度。 　　設(shè)定消息隊(duì)列的數(shù)據(jù)記錄個(gè)數(shù)足夠大，這樣就會(huì)使新來(lái)的消息有一個(gè)足夠大的消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄空間，就好比一個(gè)較大的緩沖區(qū)，用以存放新來(lái)的消息數(shù)據(jù)。這樣即使新來(lái)的消息比較密集，也有一個(gè)比較大的空間存放。從而間接為主程序處理消息提供了時(shí)間。但實(shí)際上消息隊(duì)列數(shù)據(jù)記錄空間的大小是有上限的，所以在程序設(shè)計(jì)中這一問(wèn)題的解決是由三個(gè)手段綜合解決的。