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一種HCI自適應(yīng)的解決辦法

作者: 時間:2011-03-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要: 在嵌入式系統(tǒng)工程開發(fā)及現(xiàn)場施工實踐中,為了由于嵌入式系統(tǒng)資源退化引起的人機交互復(fù)雜性和不確定性問題,從可性角度討論,分析了嵌入式系統(tǒng)中人機交互界面()的可性需求,應(yīng)該針對資源退化提供,故對于嵌入式設(shè)備交互特點進行了研究,詳細描述了嵌入式設(shè)備的模型和內(nèi)存結(jié)構(gòu)的建立,并給出具有實踐意義的HCI可適應(yīng)性策略,最后以一個工程實例進行了驗證。從實例可知,為嵌入式系統(tǒng)的項目開發(fā)提供了可行性方案。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/150931.htm

  嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁剪,適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能,對可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng),其工程實踐正逐漸地引起研究人員的關(guān)注,在實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(shè)備的抗惡劣環(huán)境能力,人機交互界面(HCI),現(xiàn)場通信等等問題。HCI是嵌入式系統(tǒng)工程中的一個重要課題。由于某些嵌入式系統(tǒng)研發(fā)的復(fù)雜性和工程實施中的不確定性,導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)HCI有僵化的趨勢,對此提出可適應(yīng)性的解決思路是必要的。

  1 嵌入式工程的HCI

  圖形用戶界面是當(dāng)前用戶界面的主流。HCI是決定嵌入式計算機系統(tǒng)是否友好的一個重要因素。嵌入式系統(tǒng)人機交互功能主要靠輸入輸出的設(shè)備與相應(yīng)的軟件協(xié)同來實現(xiàn)。可供人機交互使用的設(shè)備主要有鍵盤、顯示以及各種模式識別設(shè)備等。嵌入式系統(tǒng)的人機交互因其特殊性而與PC有所區(qū)別,多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)都是顯示屏幕與鍵盤,或者帶觸摸屏定位的設(shè)備組成。對用戶而言,需要用按鍵或觸摸屏的動作告知系統(tǒng)如何按照人的意圖去輸出,絕大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都有個HCI系統(tǒng)供用戶使用。問題是在工程中交互設(shè)計時,設(shè)計者往往會把交互界面和系統(tǒng)的資源聯(lián)系起來,使得界面的設(shè)計不獨立于系統(tǒng)資源。軟件設(shè)計勢必在很大程度上受限于硬件資源。實踐中,通常的做法是根據(jù)現(xiàn)有的硬件條件臨時組織一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),把一系列字符串值“串”起來,之間可以實現(xiàn)相互跳轉(zhuǎn)。一個交互節(jié)點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(jié)點Id標(biāo)識等其他的輔助信息。顯然,這是用一種靜態(tài)的方法來生成一個菜單對象,代碼易讀性強,但各個部分相互依賴,編碼和調(diào)試比較繁瑣,需要設(shè)計者對各部分都十分清楚。最大的問題是可擴展性受限,對后續(xù)規(guī)模的增加造成一定的影響。工程實踐中,用戶的需求及隱含需求往往是復(fù)雜和不確定的。

  本文的研究目的是建立一套能夠適應(yīng)應(yīng)用復(fù)雜性和不確定性的實現(xiàn)方案,為后續(xù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供一個工程性的解決思路。

  2 可適應(yīng)的嵌入式HCI

  可適應(yīng)的HCI是指可根據(jù)系統(tǒng)的計算環(huán)境或應(yīng)用情境進行伴隨調(diào)節(jié)的界面??梢赃M一步區(qū)分為被動性適應(yīng)和主動性適應(yīng)(或自適應(yīng))。

  可適應(yīng)性HCI在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中有著越來越迫切的要求。通常該需求來源于2個方面,一個是用戶需求的變更;另一個是系統(tǒng)執(zhí)行中的應(yīng)用環(huán)境變化。由這2種因素出發(fā),依據(jù)可適應(yīng)性的行為模式,嵌入式HCI的可適應(yīng)性從以下2個方面展開研究:

  所謂靜態(tài)可適應(yīng)性是指與系統(tǒng)靜態(tài)配置相關(guān)的可適應(yīng)性,通常適應(yīng)行為發(fā)生在2次系統(tǒng)啟動之間。這種適應(yīng)的需求通常是外來的,比如用戶需求的修改,設(shè)計方案的變化。在工程中,常常出現(xiàn)迭代式的適應(yīng)性修改,所以靜態(tài)可適應(yīng)性也是一個很有現(xiàn)實意義的需求。這種可適應(yīng)性的實現(xiàn)必須借助非易失性存儲器來進行,用來存儲變化后的定義及配置參數(shù),使得順利完成適應(yīng)行為。

  動態(tài)可適應(yīng)性是指在系統(tǒng)運行過程中,可以依據(jù)環(huán)境的變化進行在線自適應(yīng)修改,即普適環(huán)境下的修改。通常普適設(shè)備在使用環(huán)境中遷移,引起了環(huán)境參數(shù)的強制性變化,系統(tǒng)的HCI與環(huán)境就會產(chǎn)生矛盾,因此普適策略下的自適應(yīng)調(diào)整是很有必要的。依據(jù)收集到的系統(tǒng)狀態(tài)信息,判斷是否HCI與系統(tǒng)配置同步,依靠算法實時糾正系統(tǒng)配置來實現(xiàn)自適應(yīng)。普適環(huán)境下的自適應(yīng)特點在于動態(tài)性,只有在出現(xiàn)矛盾的時候才做普適調(diào)整,在設(shè)計中必須對匹配性進行考慮。

  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(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)時具有較快的搜索速度,下面給出一個基于多重鏈表的模型,每個節(jié)點扇出為4,分別指向上層節(jié)點、下層節(jié)點及左、右的鄰居節(jié)點,扇入不限。每個節(jié)點與相鄰的節(jié)點之間都有雙向連接,并且每個節(jié)點均可帶子節(jié)點進行擴展。

  模型從功能上講是個層次結(jié)構(gòu),從數(shù)據(jù)模型上看是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),允許有一個以上的節(jié)點無雙親,并且一個節(jié)點可以有多于一個的雙親。每層節(jié)點的數(shù)目不固定,可視實際情況而變化。每層都是一個閉環(huán)的雙向回路,可進行水平雙向遍歷。層與層之間由父節(jié)點與長子節(jié)點雙向連接。父層節(jié)點對子層節(jié)點是一對一聯(lián)系,由父節(jié)點進入子層時在長子節(jié)點駐足;子層節(jié)點對父節(jié)點是多對一聯(lián)系,意味著由每個子節(jié)點都可回溯至父節(jié)點。由父層切換至子層的每次遍歷必須經(jīng)過長子節(jié)點,然后可由長子節(jié)點依次進行水平循環(huán)遍歷,子層切換至父層則比較靈活,每個子節(jié)點均可到達其父節(jié)點。

  3.2 方案實現(xiàn)

  3.2.1 內(nèi)存結(jié)構(gòu)設(shè)計

  節(jié)點應(yīng)該具備4個域,除了標(biāo)示身份外還至少應(yīng)該具備指向上層父節(jié)點的指針域、指向下層子節(jié)點的指針域以及指向同層左、右兄弟的指針域。

  圖1是一個簡單的HCI結(jié)構(gòu)圖,從功能上看,它分為5層,第一層有5個節(jié)點項形成一個閉環(huán),第二層閉環(huán)是第一層第一個節(jié)點的子節(jié)點組,該子節(jié)點組的第二項又有子節(jié)點組。如此下去共有5層,處在最高位置的節(jié)點其父指針為空,最低位置的節(jié)點的兒子指針為空。

一個簡單的HCI結(jié)構(gòu)圖

圖1 一個簡單的HCI結(jié)構(gòu)圖

  3.2.2 類設(shè)計

  依據(jù)模型定義如圖2所示的類對象。左邊所示是個基本的菜單節(jié)點類,除了模型中提到的幾個節(jié)點指針,還增加了幾個相關(guān)的屬性域,Id用來標(biāo)識節(jié)點身份,displayValue用來存儲菜單的顯示標(biāo)題,布爾成員editable指明當(dāng)前節(jié)點是否可編輯,另外還增加一個ptr_function域,用來指向一個功能函數(shù),該函數(shù)完成節(jié)點在接受確定消息后要做的工作。

菜單結(jié)點的類定義和菜單代理類定義

圖2 菜單結(jié)點的類定義和菜單代理類定義

  在節(jié)點類中還定義了幾個成員方法,與私有屬性相關(guān)的命名符合OOP的命名規(guī)定,均使用Get—Set前綴規(guī)則。除針對幾個成員屬性的方法外,還引入了另外幾個成員方法,CoUp執(zhí)行向父節(jié)點的跳轉(zhuǎn),CoDown執(zhí)行向長子節(jié)點的跳轉(zhuǎn),CoLeft和GoRight負責(zé)向左右鄰居的跳轉(zhuǎn)。

  從軟件設(shè)計獨立與資源來考慮,提出一個界面代理的概念,界面代理就是基于事件驅(qū)動,處在界面與環(huán)境之間一個中間對象。外界事件的消息均由代理來接收識別,并由它調(diào)用界面元素,對界面做出改變。圖2右邊上部所示的定義的是菜單代理類MenuManageAgent。該類對象用來作為菜單體系與外界交互的媒介物,它用來記錄菜單的頭指針,菜單體系的規(guī)模以及菜單的總體狀態(tài);初始化菜單結(jié)構(gòu),創(chuàng)建菜單系統(tǒng)并代表菜單接受外來的消息,并對消息加以識別和做出合理的響應(yīng)。圖2右下是對外部消息的定義。消息的列表可以依據(jù)實際情況擴展和修正。

  4 嵌入式HCI的可適應(yīng)性實現(xiàn)

  靜態(tài)可適應(yīng)的實現(xiàn)是基于用戶主觀意圖進行的。這個過程強調(diào)人機交互,因此用戶的工作內(nèi)容很重要,一般也作為靜態(tài)可適應(yīng)性實現(xiàn)的輸入?yún)?shù)。而實現(xiàn)的技術(shù)細節(jié)相對簡單。在算法設(shè)計上,該種可適應(yīng)性實現(xiàn)工作重點仍然放在用戶交互內(nèi)容的管理上,由用戶的“交互內(nèi)容”綜合系統(tǒng)功能可以得到界面的“變更差”,進而推導(dǎo)出系統(tǒng)HCI的具體參數(shù)集的變化。

  如圖3所示,設(shè)備在使用環(huán)境中的動態(tài)可適應(yīng)以系統(tǒng)狀態(tài)檢測開始,這是一個周期性的行為,頻率依據(jù)系統(tǒng)在HCI上的實時性要求而定。系統(tǒng)狀態(tài)檢測應(yīng)該包含幾部分的工作:1)應(yīng)該有監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的手段,比如傳感器、接入信號等;2)要依據(jù)特定的算法來測定這個矛盾,其中包括差異的獲取,尺度的制定。狀態(tài)檢測的結(jié)果是,是否有矛盾輸出,如果有矛盾出現(xiàn)的情況下,還需要做決策分析,其主要任務(wù)是基于系統(tǒng)現(xiàn)有條件是否可實現(xiàn)動態(tài)可適應(yīng),比如已經(jīng)達到了臨界狀態(tài)時,就喪失了這種可能性。所以這里涉及到對系統(tǒng)資源的管理調(diào)度。下一步就是在動態(tài)適應(yīng)的情況下,采用動態(tài)適應(yīng)策略對系統(tǒng)HCI給出合適的調(diào)整,從而達到普適環(huán)境下可動態(tài)適應(yīng)的目的。

動態(tài)自適應(yīng)性算法流程

圖3 動態(tài)自適應(yīng)性算法流程


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