基于嵌入式的GUI设计与实现

鲍胜文 董金艳 朱慧振 李龙飞 方拥军 李兴亮

摘要：随着信息技术的快速发展，基于嵌入式GUI的人机界面显示技术日渐成熟从而被应用到更多的行业和领域，其在医疗行业也得到了推广，并成为了医疗器械数字化、智能化建设的重点。本文研究了一种基于GUI Designer人机界面系统，通过硬件电路设计及软件系统进行实现;该系统设计简便，适用性强，可以广泛应用于医疗器械行业及其他不同场景。

关键词：人机界面;GUI Designer ;系统设计

电子技术的发展和计算机的出现，使得医疗设备的功能越来越多，人机之间的信息传输量也加大，因此需要以屏幕来作为显示信息的物理载体。特别是一些大型医疗设备工作站的控制部分和工作部分逐渐变得相对独立。医疗设备的屏幕是图形界面的主要物质载体空间。除了少量的图形在医疗设备的实体界面上有所分布外，几乎绝大部分的图形界面视觉信息都分布于屏幕上显示，因此需要色彩绚丽、交互体验良好的人机界面的场景越来越多。利用嵌入式技术开发的人机界面因其成本低廉、性能稳定、功能多样等诸多优势，正越来越多的应用于医疗器械行业领域。

本文基于GUI Designer图形库和C语言程序对人机界面进行设计，实现了人机交互、参数设置与显示以及数据存储等功能，具有较强的适配性，可以应用于各种医疗器械以及各种场景。本文以超声刀项目为依托，进行了适配和调试，取得了良好的使用效果。

1硬件电路设计

该人机界面硬件结构如图1所示。该系统采用市面上的一种嵌入式芯片作为中央处理单元，其基于 ARM DDR2的内核架构，处理器自带64 M的ram以及128 M的flash，能够保证流畅运行GUI Designer图形库以及其他任务。

另外，根据实际的显示需求，硬件电路还设计了多个功能模块，共同完成系统数据的接收、转换和显示，主要包括了音频IC、SD卡、UART等，方便功能应用扩展。

各硬件模块情况如下：

（1）LCD显示屏

LCD显示屏采用7寸大屏幕彩色触摸显示屏，显示分辨率位1024 x 600，支持1600 W真彩显示、色彩逼真、效果细腻。工作温度范围为-20-70°C，为GUI Designer人机界面显示提供了良好的硬件基础。

（2）供电电源

系统供电电源采用的两种IC芯片，对系统输入的12 V进行降压处理，得到5 V和3.3 V用于单片机及其他IC的供电电源。

（3）音频模块

系统音频模块采用专用音频解码器以及功放IC组合。米用的专用音频解码器是一款功能强大的局品质语音芯片，采用了高性能32位处理器、最高频率可达120 MHz。控制方式灵活：支持标准的异步串口通讯（UART）、支持SPI-Flash、U盘做为存储器。32级音量可调、最大可以支持外挂128 Mbit的Flash和32G的U 盘。结合功放芯片，可以实现清晰的提示音效果。

（4）其他器件选择

开发板提供了 SD卡、USART接口等模块。SD卡模块采用4位SDIO方式驱动，理论上最大速度可以达到24 MB/S，适用于大容量存储。UART模块采用TTL 电平进行输岀，用于开发板之间的通讯。

2软件部分设计

GUI Designer是由联阳公司研发的基于嵌入式系统的人机界面设计工具，开发稳定高效的图形软件库.具有丰富的人机界面设计控件，用于任何使用图形显示进行操作的应用。GUI人机界面设计，与VS结合，联合开发底层设计，满足用户需求。开发过程无需等待硬件开发，直接通过VS软件仿真，最后与硬件进行系统联调，节约时间成本。

2.1程序整体设计

本文采用Freetros操作系统，采用多任务、模块化的思想，将整个系统任务分为人机界面显示任务，触摸屏相应任务，音频播放任务以及串口通讯任务。软件采用任务优先级和时间片輪训算法实现任务调度，任务之间通过消息队列进行通讯。系统软件结构如图2所示。

2.2人机界面交互任务

人机界面交互任务主要完成与医疗设备的人机交互功能。本文以超声刀项目为例进行介绍，该系统主要包括主界面、功能选择、参数设置、系统信息显示、调试模式显示、系统日志等界面。

2.3触摸屏任务

触摸屏任务主要完成人机界面的操作任务，实现系统界面切换、参数设置，日志浏览等功能。系统采用查询方式，每5 ms查询一次。

2.4音频播放任务

音频播放任务采用UART方式进行，当接收到 UART消息播放命令时就会执行该命令，并根据接收消息的内容选择播放内容。系统提供单次播放和循环播放两种方式。

2.5串口通讯任务

串口通讯任务用于实现与主机之间的通讯功能。人机界面系统通过触摸屏进行信息输入，打包后将信息发送给主机，从而实现参数设置等功能。而当人机界面收到主机发来的信息后，在该串口通讯任务中对数据包进行解析，从而完成相应指令操作，实现界面切换、参数设置、信息和日志更新等功能。

3界面显示

本文以超声刀项目为依托，结合产品需求对超声刀主机界面进行设计。产品具有开机自检界面、主界面、配置界面、设置界面、系统日志界面等。在实际使用过程中可以设计多套不同界面供用户选择，也可以更换不同语言和字体显示。在测试过程中，能够通过串口与主机进行实时通讯，数据显示正常。

4结束语

该系统采用嵌入式芯片和GUI Designer图形库进行人机界面设计，能够提供友好的界面及交互体验，并通过此界面完成查看和管理任务。设计成果证明，开发设计过程简单高效，界面美观，工作稳定可靠，适配性及可移植性强，能够应用于医疗器械行业的各种场景，大大缩短开发周期，具有较强的实用性。