嵌入式人機交互界面研究與實現(xiàn)

嵌入式技術(shù)作為21世紀(jì)智能時代的核心技術(shù)，越來越多的在科技和生活領(lǐng)域承擔(dān)起支柱性作用，同時也引領(lǐng)著新時代的人們奔赴充滿想象的未來。今天嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)滲入到社會生產(chǎn)、生活的各個方面，嵌入式系統(tǒng)相對之前的電子計算機系統(tǒng)有低功耗、體積小、性能強、穩(wěn)定性高，以及周邊器件all in one等特點。然而對于普通用戶來說嵌入式系統(tǒng)最突出、最重要的特性還是良好的人機交互功能。嵌入式設(shè)備之所以能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它可以提供友好的用戶界面、圖像界面、靈活的控制方式、對專業(yè)知識要求低，甚至不需要嵌入式的知識就能讓人們很快、很容易掌握嵌入式產(chǎn)品的使用方法，因此在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作中人機交互界面的開發(fā)設(shè)計就顯得尤為重要，值得設(shè)計開發(fā)人員深入了解，認(rèn)真思考。

要開發(fā)一個理想的嵌入式人機交互界面，需要考慮多重因素。其中主要因素括行業(yè)特點、嵌入式硬件、嵌入式軟件以及UI設(shè)計等四個方面，接下來將對這些因素逐一進行介紹。

行業(yè)因素

嵌入式系統(tǒng)已滲透入社會生活的各個領(lǐng)域，不同行業(yè)對于嵌入式人機交互會產(chǎn)生不同的理解，提出不同的訴求。因此，開發(fā)嵌入式人機交互界面時必須要充分考慮這些行業(yè)特點?，F(xiàn)階段，嵌入式產(chǎn)品的行業(yè)分布大致可劃分為五類即：消費類、工業(yè)類、汽車類、軍工類和醫(yī)療類。其中消費類嵌入式人機交互界面設(shè)計更多側(cè)重于視覺效果、觸摸體驗與互動節(jié)奏；工業(yè)類嵌入式人機交互界面設(shè)計則更偏重于實時監(jiān)控、直觀表達與精確控制；汽車類嵌入式人機交互界面設(shè)計對人機工程學(xué)方以及安全穩(wěn)定性方面需有更多考量；軍工類嵌入式人機交互界面設(shè)計要確?？煽啃?、穩(wěn)定性、安全性、便捷性；醫(yī)療類嵌入式人機交互界面設(shè)計必須考慮醫(yī)院環(huán)境，醫(yī)患使用場景等重要因素。

硬件因素

嵌入式人機交互界面開發(fā)，首先要基于適合的硬件平臺系統(tǒng)方能實現(xiàn)其功能，硬件平臺系統(tǒng)的核心是嵌入式處理器。截止07年全球嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)超過30個，型號多達千種以上。業(yè)界一般將嵌入式處理器分為EMPU（嵌入式處理器）、MCU（嵌入式微控制器）、DSP（嵌入式數(shù)字信號處理器）和SOC（嵌入式片上系統(tǒng)）四大類?，F(xiàn)階段嵌入式人機交互界面開發(fā)主要集中于EMPU中的X86和ARM架構(gòu)的芯片，而ARM架構(gòu)芯片越來越呈現(xiàn)出強勁的后來居上的姿態(tài)。在ARM芯片隊伍里根據(jù)應(yīng)用主要分為消費類ARM芯片和工業(yè)、汽車類ARM芯片兩大類。其中生產(chǎn)消費類ARM芯片主要有蘋果公司、高通、三星、英偉達、菲利普等，生產(chǎn)工業(yè)、汽車類ARM芯片的公司主要包括飛思卡爾、TI等。

選擇適合的嵌入式芯片后，開發(fā)人員往往會根據(jù)需要創(chuàng)建一個系統(tǒng)功能的模型設(shè)計，模型主要是考慮軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)和過程性描述，在這個模型中界面設(shè)計一般只作為附屬品。接下來根據(jù)模型硬件層面必須解決系統(tǒng)的燒寫與啟動、驅(qū)動加載、程序調(diào)度、輸入輸出、顯示與控制等一系列基礎(chǔ)問題，因此嵌入式人機交互界面開發(fā)人員對于相關(guān)嵌入式硬件知識應(yīng)具備足夠的理解與掌握。

軟件因素

嵌入式人機交互界面開發(fā)的另一個基本要素就是嵌入式軟件操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)種類很多，不同的操作系統(tǒng)對于開發(fā)者的進入門檻、知識結(jié)構(gòu)的要求有所不同。從實時性角度嵌入式操作系統(tǒng)可分為面向控制、通信等領(lǐng)域的實時性操作系統(tǒng)和面向消費類電子的非實時性操作系統(tǒng)；從應(yīng)用角度嵌入式操作系統(tǒng)可分為專用型和通用型兩類。專用型嵌入式操作系統(tǒng)主要有IOS、Smart Phone、Pocket PC、Symbian、PalmOS等主要針對如手機、平板電腦等專用領(lǐng)域。通用型嵌入式操作系統(tǒng)主要有Linux、WinCE、Android、VxWorks、QNX等，沒有限定具體的應(yīng)用方向，應(yīng)用比較廣泛。

選擇開發(fā)用的操作系統(tǒng)時，應(yīng)考慮到該操作系統(tǒng)的主要應(yīng)用方向，IOS、Symbian、PalmOS僅針對消費電子，Android側(cè)重于消費電子，Linux、WinCE主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，VxWorks、QNX在軍工方面多有建樹。需要特殊指出的是蘋果公司IOS系統(tǒng)屬于封閉系統(tǒng)，開發(fā)者僅能針對應(yīng)用程序界面進行開發(fā)，無法修改系統(tǒng)界面。目前，嵌入式人機交互界面開發(fā)可以選擇操作系統(tǒng)主要分為WinCE和Linux兩大陣營，隨著2012年底微軟公司宣布Wince停止更新，越來越多的開發(fā)人員在選擇操作系統(tǒng)時轉(zhuǎn)而選擇Linux以及Linux衍生出的Android等操作系統(tǒng)。有了合適的操作系統(tǒng)，開發(fā)人員接著應(yīng)該考慮系統(tǒng)響應(yīng)時間、用戶求助機制、錯誤信息處理和命令方式等人機交互界面設(shè)計的典型問題，以便開發(fā)出具備更高抽象化程度和更好可交互性的界面。

UI設(shè)計因素

嵌入式人機交互界面較之以往的人機交互類設(shè)備，具備更直觀、更靈活、更生動的人機交互戶方式，因此人機交互界面的設(shè)計也應(yīng)該遵循更人性化的設(shè)計原則，基于用戶的思維和工作模式，而不是移動設(shè)備的功能和特點。如果界面不吸引人、邏輯不合理，再好的應(yīng)用程序也不會受到用戶的青睞，但是一個漂亮的、吸引人的人機交互UI不僅能夠增加用戶對應(yīng)用程序的喜愛，還能增強應(yīng)用程序的功能，從而增加用戶對應(yīng)用程序的粘性。在嵌入式人機交互UI設(shè)計過程中，要以貫穿用戶為中心，充分了解人物，并遵循以用戶為中心的基本設(shè)計原則 ，順序原則，功能原則，一致性原則，頻率原則，重要性原則，面向?qū)ο笤瓌t，才能設(shè)計出好的人機界面。

隨著基于嵌入式技術(shù)的產(chǎn)品持續(xù)豐富，嵌入式系統(tǒng)軟硬件性能的不斷提升，嵌入式人機交互界面的應(yīng)用必將變得越來越廣泛。將有越來越多的團隊和個人參與到嵌入式人機交互界面開發(fā)當(dāng)中，因此對于嵌入式人機交互界面主要影響因素的理解與掌握，以及界面設(shè)計規(guī)律的深入挖掘顯得十分必要和有意義。