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基于DSP的数字示波器GUI 的开发的设计方案
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2017-10-29
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介绍了应用在RIGOL DS1000系列数字示波器上的用户图形界面的实现，重点分析了用户图形界面（GUI）的设计思路，并简单介绍了软件设计结构和流程
随着嵌入式系统应用领域的不断扩大，系统复杂性也在不断提高。所以在嵌入式系统中实现用户图形化（GUI），已经成为大势所趋。在测量仪器中，图形化界面也是广泛采用，一种是嵌入操作系统，大多数的用户图形化界面（GUI）都是在操作系统（如OS、WinCE、Linix）的支持下， 调用系统的各种API函数实现的。这些操作系统为实现GUI提供了大量的库函数，也为编程人员提供了界面设计的良好平台。但是这种嵌入技术，对硬件要求高，相当于嵌入一台计算机，如利用WinCE就可以十分方便的设计出具有Windows风格的图形界面。另一种是，直接利用DSP技术，开发小型系统。这种系统精简，对硬件要求低，但功能相对单一。
本文这款数字示波器是普源精电（RIGOL）公司推出的DS1000系列，其设计完全自主完成，贴近国人使用习惯。其用户图形界面（GUI）是在VisualDSP++ 4.0 Kernel的基础上开发的，界面风格紧紧与仪器的功能相联系。在完成了仪器的波形和菜单等显示的基础上，RIGOL团队也做了一些通用性的用户图形界面，如文件管理器等。当然，所设计的用户图形界面，在功能强大方面是远不能与WinCE等所比拟的，但是对于仪器的使用者来说，已经是足够的方便——因为这毕竟是仪器的用户图形界面，而不是掌上电脑PDA的用户图形界面。
用户界面实现原理
用户图形界面的实现，需要硬件、软件上的支持。如图1所示，通过操作平台（operation platform）的调配，调用显示程序，显示程序刷新显示缓存，再由显示驱动程序，将显示缓存中的内容显示到液晶屏上。
图1 RIGOL DS1000数字示波器用户图形界面实现的原理图
下面简要的介绍图1中主要的几个组成部分。
GUI图形标准库
要在用户图形界面上显示各种的图形、图案，除了硬件电路的支持外，还需要强大的软件支持。而其中（GUI）的图形标准库为最基础，而不可或缺的。用户图形界面（GUI）的图形标准库包括最基本的画点、画线、画矩形、填充矩形、画圆形、放置bmp格式的图案、显示中、英文等函数，该图形库功能越强大，就越可以支持复杂的用户图形界面（GUI）。
GUI的操作平台的支持
仅仅有了绘制图形的图形标准库，要实现用户图形界面，还是远远不够。图形库是单一画面不可缺少的，但是要形成有机的、可操作的用户图形界面，还需要后台有一个稳定、功能强大的操作系统平台。
操作平台根据用户的外界输入（一般是键盘），以及系统当前的状态来决定下一步系统的状态，从而调用相应的GUI界面。如此，便实现了用户图形界面。
实现图形化的硬件原理
RIGOL DS1000系列数字示波器采用的是320×234分辨率的TFT液晶显示器，通过液晶的驱动电路，可以使液晶正常显示，通过帧信号同步、行信号同步、数据信号的时钟（clock）同步，显示点阵的数据将被从SDRAM中写入到液晶显示器的显示缓冲器中，从而显示出彩色图像。
从图1可以看出，如果要更新液晶显示器显示的内容，我们只需更新LCDbuffer中的显示数据就可以了。
用户图形界面（GUI）软件的设计思路
界面种类的划分
对于用户图形界面（GUI）的设计不能简单、统一的完成，要考虑到用户在各种情况下的操作界面。根据这些界面所具备的共同点，我们将这些界面分成如下的种类，同一种类的界面中将具备相同或者相似的功能区域。每一种界面都会有相应的处理程序，也有专门的数据结构。
根据实现的不同功能划分出如下的界面种类：
A. 背景网格显示界面；B.波形显示界面；C. 帮助文档浏览界面；D.菜单显示界面；E. 文件管理浏览器界面；F. 文件名称输入界面；J.前景内容显示界面（包括各种参数显示信息，测量信息以及提示信息等）。
随着嵌入式系统应用领域的不断扩大，系统复杂性也在不断提高。所以在嵌入式系统中实现用户图形化（GUI），已经成为大势所趋。在测量仪器中，图形化界面也是广泛采用，一种是嵌入操作系统，大多数的用户图形化界面（GUI）都是在操作系统（如OS、WinCE、Linix）的支持下， 调用系统的各种API函数实现的。这些操作系统为实现GUI提供了大量的库函数，也为编程人员提供了界面设计的良好平台。但是这种嵌入技术，对硬件要求高，相当于嵌入一台计算机，如利用WinCE就可以十分方便的设计出具有Windows风格的图形界面。另一种是，直接利用DSP技术，开发小型系统。这种系统精简，对硬件要求低，但功能相对单一。
本文这款数字示波器是普源精电（RIGOL）公司推出的DS1000系列，其设计完全自主完成，贴近国人使用习惯。其用户图形界面（GUI）是在VisualDSP++ 4.0 Kernel的基础上开发的，界面风格紧紧与仪器的功能相联系。在完成了仪器的波形和菜单等显示的基础上，RIGOL团队也做了一些通用性的用户图形界面，如文件管理器等。当然，所设计的用户图形界面，在功能强大方面是远不能与WinCE等所比拟的，但是对于仪器的使用者来说，已经是足够的方便——因为这毕竟是仪器的用户图形界面，而不是掌上电脑PDA的用户图形界面。
用户界面实现原理
用户图形界面的实现，需要硬件、软件上的支持。如图1所示，通过操作平台（operation platform）的调配，调用显示程序，显示程序刷新显示缓存，再由显示驱动程序，将显示缓存中的内容显示到液晶屏上。
图1 RIGOL DS1000数字示波器用户图形界面实现的原理图
下面简要的介绍图1中主要的几个组成部分。
GUI图形标准库
要在用户图形界面上显示各种的图形、图案，除了硬件电路的支持外，还需要强大的软件支持。而其中（GUI）的图形标准库为最基础，而不可或缺的。用户图形界面（GUI）的图形标准库包括最基本的画点、画线、画矩形、填充矩形、画圆形、放置bmp格式的图案、显示中、英文等函数，该图形库功能越强大，就越可以支持复杂的用户图形界面（GUI）。
GUI的操作平台的支持
仅仅有了绘制图形的图形标准库，要实现用户图形界面，还是远远不够。图形库是单一画面不可缺少的，但是要形成有机的、可操作的用户图形界面，还需要后台有一个稳定、功能强大的操作系统平台。
操作平台根据用户的外界输入（一般是键盘），以及系统当前的状态来决定下一步系统的状态，从而调用相应的GUI界面。如此，便实现了用户图形界面。
实现图形化的硬件原理
RIGOL DS1000系列数字示波器采用的是320×234分辨率的TFT液晶显示器，通过液晶的驱动电路，可以使液晶正常显示，通过帧信号同步、行信号同步、数据信号的时钟（clock）同步，显示点阵的数据将被从SDRAM中写入到液晶显示器的显示缓冲器中，从而显示出彩色图像。
从图1可以看出，如果要更新液晶显示器显示的内容，我们只需更新LCDbuffer中的显示数据就可以了。
用户图形界面（GUI）软件的设计思路
界面种类的划分
对于用户图形界面（GUI）的设计不能简单、统一的完成，要考虑到用户在各种情况下的操作界面。根据这些界面所具备的共同点，我们将这些界面分成如下的种类，同一种类的界面中将具备相同或者相似的功能区域。每一种界面都会有相应的处理程序，也有专门的数据结构。
根据实现的不同功能划分出如下的界面种类：
A. 背景网格显示界面；B.波形显示界面；C. 帮助文档浏览界面；D.菜单显示界面；E. 文件管理浏览器界面；F. 文件名称输入界面；J.前景内容显示界面（包括各种参数显示信息，测量信息以及提示信息等）。
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