高效的实时性嵌入式虚拟软键盘的设计

　　0　引言

　　传统气相色谱仪器设计中依然普遍使用RS232串口作为仪器主要的监控和测试接口,集成化的计算机网络和数字化通信仍然鲜见其身影。由于传统的串口管理方式不具备灵活的仪器组网方案,从而局限了工业仪器生产效率的提高。该文主要介绍了在安捷伦气相色谱仪7820A上以嵌入式架构设计的、有着高效实时性的虚拟软键盘设计方案。该软键盘在不损失原有硬键盘特有的高速实时性的条件下,不仅对传统硬键盘用户操作界面及功能进行了全面实现,而且为后续跨多平台仪器控制方向提供有力的实例支持。

　　1　嵌入式虚拟软键盘的设计

　　1.1　系统架构概述

　　在整个软键盘设计中最为复杂的是功能按键和指示灯的设计,以及在软键盘显示区域的数据实时性设计。当然,不同语种间的快速切换的设计也是一个问题,但是相较于用户对前两点的认同度而言,优先级相对较低。

　　在该文软键盘的设计方案中,用户电脑上运行的软键盘间将通过以太网和仪器相互通信。而在以IP技术为核心的以太网传输中,大部分的业务都是通过面向无连接的UDP协议或建立固定连接的TCP协议来传送的。因为UDP不需要像TCP那样一个建立固定连接的过程,所以它能满足传输低延迟的要求。但它无法保证数据的可靠传输。而TCP是面向比特流的,将数据传输当作是没有结构的字节序列,因此它能保证数据可靠传输。但是,这样的传输方式是以牺牲数据的及时性为代价的。在传统的仪器软件设计中都常由计算机完成对仪器交互事件的全部解释,然后再由传输层将指令转发给仪器设备。仪器的反馈再经由传输层返回给计算机上的软件系统进行综合处理。但是由于常用的W indows操作系统只是多任务系统而并非实时系统,它并不保证呈现给用户的数据信息是实时性的。由以上分析可以看出,如果在软键盘设计过程中遵从传统的设计思路,将无法同时满足用户按键事件和显示信息实时性需求。该文创新性的将整个软键盘系统划分为2个子系统:仪器嵌入子系统和用户交互子系统,分居于仪器和用户计算机。选取UDP协议作为实时型数据传输,使用TCP协议作为可靠型数据传输。系统架构如图1所示。

　　用户交互子系统主要由实施用户事件捕捉的键区/显示界面,键值输入,显示区域更新,连接设置及语种切换功能块组成。键值输入管理是通过捕捉用户点击键区事件,并将每个键区对应的键值打包通过TCP协议即时传送给7820A。显示区管理是管理用户侧显示缓存和实时接收本地分配给软键盘的UDP端口上传来的数据。仪器嵌入子系统主要由接收网络键值的实时处理任务和负责生成显示信息的数据块实时处理任务组成。网络键值处理是通过固定守听来自本地TCP端口上包含当前键值的IP数据包,解析键值并压入键值队列完成。显示信息更新处理包含对不同键值键入的响应以及当前显示信息的实时更新并将结果实时通过UDP发送到用户交互子系统。