一種面向可適應性的嵌入式設備HCI方案

嵌入式系統是以應用為中心、軟硬件可剪裁的專(zhuān)用計算機系統，其工程實(shí)踐正逐漸地引起研究人員的關(guān)注，在實(shí)際工程中有諸多因素需要考慮，比如微處理器的功耗，器件的可靠性，設備的抗惡劣環(huán)境能力，人機交互界面(HCI)，現場(chǎng)通信等等問(wèn)題。其中HCI是嵌入式系統工程中的一個(gè)重要課題。由于某些嵌入式系統研發(fā)的復雜性和工程實(shí)施中的不確定性，導致嵌入式系統HCI有僵化的趨勢，對此提出一種可適應性的解決思路是必要的。

1 嵌入式工程的HCI
圖形用戶(hù)界面是當前用戶(hù)界面的主流。HCI是決定嵌入式計算機系統是否友好的一個(gè)重要因素。嵌入式系統人機交互功能主要靠輸入輸出的設備與相應的軟件協(xié)同來(lái)實(shí)現?？晒┤藱C交互使用的設備主要有鍵盤(pán)、顯示以及各種模式識別設備等。嵌入式系統的人機交互因其特殊性而與PC有所區別，多數的嵌入式系統都是顯示屏幕與鍵盤(pán)，或者帶觸摸屏定位的設備組成。對用戶(hù)而言，需要用按鍵或觸摸屏的動(dòng)作告知系統如何按照人的意圖去輸出，絕大多數嵌入式系統都有個(gè)HCI系統供用戶(hù)使用。問(wèn)題是在工程中交互設計時(shí)，設計者往往會(huì )把交互界面和系統的資源聯(lián)系起來(lái)，使得界面的設計不獨立于系統資源。軟件設計勢必在很大程度上受限于硬件資源。實(shí)踐中，通常的做法是根據現有的硬件條件臨時(shí)組織一個(gè)數據結構，把一系列字符串值“串”起來(lái)，之間可以實(shí)現相互跳轉。一個(gè)交互節點(diǎn)的快照描述一般需要幾部分組成：1)狀態(tài)枚舉量；2)顯示常量狀態(tài)值；3)前趨狀態(tài)；4)后繼狀態(tài)。還可能需要包含節點(diǎn)Id標識等其他的輔助信息。顯然，這是用一種靜態(tài)的方法來(lái)生成一個(gè)菜單對象，代碼易讀性強，但各個(gè)部分相互依賴(lài)，編碼和調試比較繁瑣，需要設計者對各部分都十分清楚。最大的問(wèn)題是可擴展性受限，對后續規模的增加造成一定的影響。工程實(shí)踐中，用戶(hù)的需求及隱含需求往往是復雜和不確定的。
本文的研究目的是建立一套能夠適應應用復雜性和不確定性的實(shí)現方案，為后續嵌入式系統開(kāi)發(fā)提供一個(gè)工程性的解決思路。

2 可適應的嵌入式HCI
可適應的HCI是指可根據系統的計算環(huán)境或應用情境進(jìn)行伴隨調節的界面?？梢赃M(jìn)一步區分為被動(dòng)性適應和主動(dòng)性適應(或自適應)。
可適應性HCI在嵌入式系統開(kāi)發(fā)中有著(zhù)越來(lái)越迫切的要求。通常該需求來(lái)源于2個(gè)方面，一個(gè)是用戶(hù)需求的變更；另一個(gè)是系統執行中的應用環(huán)境變化。由這2種因素出發(fā)，依據可適應性的行為模式，嵌入式HCI的可適應性從以下2個(gè)方面展開(kāi)研究：
所謂靜態(tài)可適應性是指與系統靜態(tài)配置相關(guān)的可適應性，通常適應行為發(fā)生在2次系統啟動(dòng)之間。這種適應的需求通常是外來(lái)的，比如用戶(hù)需求的修改，設計方案的變化。在工程中，常常出現迭代式的適應性修改，所以靜態(tài)可適應性也是一個(gè)很有現實(shí)意義的需求。這種可適應性的實(shí)現必須借助非易失性存儲器來(lái)進(jìn)行，用來(lái)存儲變化后的定義及配置參數，使得順利完成適應行為。
動(dòng)態(tài)可適應性是指在系統運行過(guò)程中，可以依據環(huán)境的變化進(jìn)行在線(xiàn)自適應修改，即普適環(huán)境下的修改。通常普適設備在使用環(huán)境中遷移，引起了環(huán)境參數的強制性變化，系統的HCI與環(huán)境就會(huì )產(chǎn)生矛盾，因此普適策略下的自適應調整是很有必要的。依據收集到的系統狀態(tài)信息，判斷是否HCI與系統配置同步，依靠算法實(shí)時(shí)糾正系統配置來(lái)實(shí)現自適應。普適環(huán)境下的自適應特點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)性，只有在出現矛盾的時(shí)候才做普適調整，在設計中必須對匹配性進(jìn)行考慮。

3 基于多重鏈表的嵌入式HCI
3．1 模型建立
多重鏈表在組織順序型結構數據時(shí)具有較快的搜索速度，下面給出一個(gè)基于多重鏈表的模型，每個(gè)節點(diǎn)扇出為4，分別指向上層節點(diǎn)、下層節點(diǎn)及左、右的鄰居節點(diǎn)，扇入不限。每個(gè)節點(diǎn)與相鄰的節點(diǎn)之間都有雙向連接，并且每個(gè)節點(diǎn)均可帶子節點(diǎn)進(jìn)行擴展。
模型從功能上講是個(gè)層次結構，從數據模型上看是網(wǎng)狀結構，允許有一個(gè)以上的節點(diǎn)無(wú)雙親，并且一個(gè)節點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。每層節點(diǎn)的數目不固定，可視實(shí)際情況而變化。每層都是一個(gè)閉環(huán)的雙向回路，可進(jìn)行水平雙向遍歷。層與層之間由父節點(diǎn)與長(cháng)子節點(diǎn)雙向連接。父層節點(diǎn)對子層節點(diǎn)是一對一聯(lián)系，由父節點(diǎn)進(jìn)入子層時(shí)在長(cháng)子節點(diǎn)駐足；子層節點(diǎn)對父節點(diǎn)是多對一聯(lián)系，意味著(zhù)由每個(gè)子節點(diǎn)都可回溯至父節點(diǎn)。由父層切換至子層的每次遍歷必須經(jīng)過(guò)長(cháng)子節點(diǎn)，然后可由長(cháng)子節點(diǎn)依次進(jìn)行水平循環(huán)遍歷，子層切換至父層則比較靈活，每個(gè)子節點(diǎn)均可到達其父節點(diǎn)。
3．2 方案實(shí)現
3．2．1 內存結構設計
節點(diǎn)應該具備4個(gè)域，除了標示身份外還至少應該具備指向上層父節點(diǎn)的指針域、指向下層子節點(diǎn)的指針域以及指向同層左、右兄弟的指針域。
圖1是一個(gè)簡(jiǎn)單的HCI結構圖，從功能上看，它分為5層，第一層有5個(gè)節點(diǎn)項形成一個(gè)閉環(huán)，第二層閉環(huán)是第一層第一個(gè)節點(diǎn)的子節點(diǎn)組，該子節點(diǎn)組的第二項又有子節點(diǎn)組。如此下去共有5層，處在最高位置的節點(diǎn)其父指針為空，最低位置的節點(diǎn)的兒子指針為空。