JP2008003658A

JP2008003658A - デバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムならびにその設計方法および作動方法

Info

Publication number: JP2008003658A
Application number: JP2006169692A
Authority: JP
Inventors: Yu-Feng Sun; スンユ−フェン
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】ＨＭＩインタフェースシステムを設計するためのモジュール化された方法を提供する。
【解決手段】ヒューマンマシンインタフェースシステムは、マスター装置およびデバイスブリッジを含む。マスター装置は第１のプロセッサを含み、デバイスブリッジは第２のプロセッサを含み、第２のプロセッサは、バスを介してマスター装置へ、およびデバイス通信ポートを介してデバイス側へ接続されている。デバイスブリッジは、デバイス状態をマスター装置に報告することができる。ヒューマンマシンインタフェースシステムの作動ステージにおいて、デバイス側の状態は、デバイスブリッジの内蔵メモリに書き込まれることができる。マスター装置は、デバイスブリッジの内蔵メモリを読みとることによってデバイス側の状態を知る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒューマンマシンインタフェースシステムならびにその設計方法および作動方法に関し、特にデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムならびにその設計方法および作動方法に関するものである。

ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）とは、ユーザーとコンピュータとの間の通信のために使用されるハードウェアおよびソフトウェアを指す。ヒューマンマシンインタフェースは、ユーザータスクを容易にするためにユーザーとコンピュータとの間にインタラクティブ動作を提供することができる。ヒューマンマシンインタフェースは、キーボード、マウス、入力用のディジタルパッドおよび出力用のディスプレイモニタおよび音声デバイスを含むことができる。
従来のＨＭＩシステムは、一般に、組込形ハードウェアプラットホーム上に例えばＵＳＢ、ＲＳ−２３２、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４８５、ＣＡＮバスまたはイーサネットなどの様々なハードウェアを集積化する。ＨＭＩシステムの中央処理装置（ＣＰＵ）は、例えば画面操作、計算、入出力制御および通信制御などの処理タスクを実行する。表示品質に対する需要が増大するにつれて、低価格プロセスは、リアルタイムで上記の処理タスクを実行することが難しい。
別の重要な問題は他の製品との通信互換性であり、ハードウェアおよびソフトウェアアーキテクチャはクライアントの要求の下で適応されることになる。
半導体製造技術の進歩につれて、プロセッサは周辺デバイスのインタフェース制御装置回路をそのアーキテクチャに集積化するように開発されている。マイクロプロセッサはコアとしての制御装置を備え、かつ例えばメモリーコントローラ、キャッシュコントローラ、タイマー制御装置、通信制御装置（例えばＳＰＩ、ＵＳＢおよびＵＡＲＴ）などの他の制御装置を集積化する。それは、いわゆるＳＯＣ（チップ上のシステム）マイクロプロセッサアーキテクチャである。
近頃は、ＨＭＩは徐々にＳＯＣベースの設計を適応させ、コアとしてＳＯＣを使用して、シングルチップまたはマイクロプロセッサが他の周辺制御装置チップとともに使用される従来の設計を置換する。したがって、システムバスの速度は高められることができ、設計の複雑さは減少させることができる。周辺機器制御回路の数もまた、減少させることができる。
市販の低価格ＨＭＩハードウェアは、全ＨＭＩシステムを制御するために１つのマイクロプロセッサだけを使用する。このマイクロプロセッサのリソースは、マルチタスクまたはシングルタスク環境に対して充分でない。リアルタイムの問題は工業用制御に重要であり、それは低価格および高性能ＨＭＩ製品にとって望ましい。
従来のＨＭＩ製品は、一般にディスプレイ解像度を犠牲にしてコストを低下させている。しかし、これからのＨＭＩ製品に対する動向は、高解像度ＬＣＤである。次世代のマイクロプロセッサは、組込みグラフィックアクセラレータを有する可能性がある。しかし、マイクロプロセッサはリアルタイム通信プロトコル処理を取扱うのに十分な効率をもたないであろう。したがって、従来のＨＭＩ製品は、一般に外部ハードウェアプロトコルモジュールを使用する。
さらに、ＳＯＣが組込み通信制御装置を有する場合、制御装置によって使用されるソフトウェアは、ＨＭＩのソフトウェアと独立でない。ＨＭＩに接続されるデバイスが変更されると、ＨＭＩの通信プロトコルもまた、変更を必要とする。さらに、ソフトウェア開発において、新たな通信プロトコルおよび新版が、種々のデバイスに対して必要である。それは、ＨＭＩメーカおよびクライアントにとって扱いにくい。クライアントは、種々の接続されたデバイスを任意に変更することができない。接続されたデバイスが変更される時は、新たな制御画面および新たな通信プロトコルが、再設計を必要とする。
図１は、従来のＨＭＩシステムのハードウェアアーキテクチャを示す。ＨＭＩシステムは、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）１００Ａを使用して全てのインタフェースを制御する。ＨＭＩシステムは、プロセスチップ１０Ａ、ＬＣＤモジュール２０Ａ、メモリＩＣ３０Ａ、ユーザー入力装置（タッチパッド４０Ａおよび数値パッド４２Ａを含む）、通信ポート５０Ａを備える。プロセッサチップ１０Ａは、ＭＣＵ１００Ａ、ディスプレイコントローラ１０２Ａ、ＧＰＩＯ制御装置１０４Ａ、ＵＡＲＴ（汎用非同期送受信装置）制御装置１０６ＡおよびＣＡＮ制御装置１０８Ａを備える。メモリＩＣ３０Ａは、例えばフラッシュＲＯＭ、ＳＤＲＡＭおよびＳＲＡＭなどの、実行プログラムおよびデータを格納するメモリブロックである。ＵＡＲＴ制御装置１０６Ａは、例えばＲＳ−２３２、ＲＳ−４２２およびＲＳ−４８５などの通信回路モジュールを提供する。
図２は、従来のＨＭＩソフトウェアの作動モードを示す。ＨＭＩ画面の設計において、設計者は始めにデバイスを決定する必要があり、パラメータは追加の画面要素に対するデバイスに指定されるであろう。したがって、画面要素と宛先デバイスの関係のマッピングを設計する時には、設計者は画面要素、宛先デバイスおよび通信プロトコルを同時に考慮する必要がある。しかし、宛先デバイスは直接画面要素にマップされる。宛先デバイスが後で変更されるかまたは追加される時には多くの修正操作がある。
さらに、ユーザーはデバイス特性によって画面要素を編成する必要がある。したがって、ユーザーは宛先デバイスが将来変更された時、画面要素の適用可能性を考慮することが難しい。設計者は、宛先デバイスが変更される時画面要素を再設計する問題に直面する。
図３は、ＨＭＩソフトウェアの作動フローチャートを示す。ステップＳ１００において、ＨＭＩ設計者は、ＨＭＩ画面を設計する。設計者は、ステップＳ１０２においてＨＭＩの接続制御のブランドおよび特徴を考慮することによって通信プロトコルを決定する。画面要素は、ステップＳ１０６において異なる制御装置によって選択される。各々の画面要素はステップＳ１０８において設定される。デバイスアドレスおよびデータタイプは、ステップＳ１１０において設定される。ブランドおよびシリーズモデルは、ステップＳ１０４において設計中に変更され、そこでそれぞれの画面要素の属性が新たな制御装置に対して更新される。ステップＳ１１２は、全ての要素が点検されたかどうか調べる。画面が１０００要素を含む場合、その１０００要素は更新が必要である。ステップＳ１１４は、画面データと通信プロトコルの編集およびリンクを実行する。画面データおよび通信プロトコルは、ステップＳ１１６においてＨＭＩにダウンロードされる。これは単一のワークフローであり、設計はプロセス中に変更されることができない。設計は、宛先デバイス（制御装置）が変更された時、再開されるべきである。
したがって、現在のＨＭＩ製品は、ハードウェアおよびソフトウェアアーキテクチャの柔軟性の問題およびモジュール化の問題を有する。ＨＭＩインタフェースモジュールおよび通信モジュールを、独立に専用のタスクを処理する独立のモジュールに分けることが望ましい。

本発明はＨＭＩインタフェースシステムを設計するためのモジュール化された方法を提供するためのものである。複雑でリアルタイム要求の多い通信タスクは、インタフェース機能を実行するためにメインシステムの外部の通信モジュールによって実行される。したがって、メインシステムおよび通信モジュールは、個別に更新されることができる。
したがって、本発明はインタフェースモジュールとして機能するメインシステムとデバイスブリッジとを備える、デバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムを提供する。インタフェースモジュールは、信号を処理するための第１のプロセッサを備える。インタフェースモジュールは、例えばキーパッド、マウスおよびタッチパッドなどの入力装置を更に備える。インタフェースモジュールは、例えばＬＣＤ、ＣＲＴまたはプリンタなどの出力装置を更に備える。更なるものは、デバイスブリッジと通信するための拡張バスを備える。デバイスブリッジは、プロトコルを処理するための第２のプロセッサ及びデバイスのための信号変換を備える。デバイスブリッジは、インタフェースモジュールの拡張バスによってアクセスされるプログラムメモリおよびデータメモリを備える。したがって、デバイスブリッジはデータメモリを介してインタフェースモジュールとデータを共有することができる。
したがって、本発明は以下の特徴を備えたデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムを作動する方法を提供する。
本発明の一態様において、インタフェースモジュールは、独立の動作を有し、デバイスの状態は、例えばデバイスブリッジのデュアルポートメモリなどの共通メモリを読みとることによって取得されることができる。インタフェースモジュールは、デバイスの状態を取得するためにデバイスに対する特定の通信プロトコルを必要としない。
本発明の別の態様において、デバイスブリッジは、専用のプロセッサおよびプログラムを有してデバイスと通信する。デバイスの状態は、キャッシュメモリ機能を提供するデバイスブリッジの内蔵メモリ内に記録される。
本発明の更に別の態様において、デバイスブリッジは、デバイスのブランドおよびモデル情報を更新するためにデバイスアドレス転送テーブルをダウンロードすることができ、インタフェースモジュールは変更する必要性を有しない。
本発明の更に別の態様において、インタフェースモジュールがデバイスブリッジの停止または作動を直接制御することができる。すなわち、インタフェースモジュールは全ＨＭＩシステムを制御する。
本発明の更に別の態様において、インタフェースモジュールは自体のメモリまたは外部メモリーカードのデータまたはファイルをデバイスブリッジに送ることができ、したがって、デバイスブリッジの動作を容易にする。
〔発明を実施するための最良の形態〕

図４Ａおよび４Ｂを参照して、本発明において、ＨＭＩインタフェースモジュール（メインシステム）は、通信モジュールと切り離され、この分離された通信モジュールはデバイスブリッジ６０と呼ばれる。デバイスブリッジ６０は、デバイス側に対する通信を処理するための独立のマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）を有し、したがってデバイス側の状態を取得するかまたは設定する。図４Ａおよび４Ｂを参照して、デバイスブリッジ６０は、第２のマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）６００、ＵＡＲＴ制御装置（またはＣＡＮ制御装置）６０２、デュアルポートＲＡＭ６０４、ＳＲＡＭ６０６、メインシステムメモリ６０８、６１０、トランシーバ６３０および内部バス６２０を備える。
本発明に従うデバイスブリッジを有するＨＭＩインタフェースシステムは、以下の動作を有する。動作の初めに、第２のＭＣＵ６００のためのプログラムおよびプロトコル翻訳プログラムが、内部バス６２０を介してＳＲＡＭ６０６に格納される。デバイスブリッジ６０は、ＧＰＩＯ１０４によって作動するよう知らされる。
デバイスブリッジ６０が単独で１回の通信サイクルを完了した後で、デバイスブリッジ６０は、デバイスブリッジ６０内のデュアルポートＲＡＭ６０４（または別の通常のメモリ）に、デバイス側の状態を記録する。デバイスブリッジ６０は、例えば割り込みなどのなんらかの機構を通してメインシステムにデバイス側の状態を知らせる。任意の時点で、メインシステム１０内のＭＣＵ１００は、デュアルポートＲＡＭ６０４にデバイス側の状態を書き込むことができ、デバイス側の状態は、デバイスブリッジ６０の通信処理を通して、デバイス側に送られる。したがって、デバイス側に対する通信タスクは、メインシステムのＭＣＵ１００の代わりにデバイスブリッジ６０によって処理されることができる。
図５は、本発明に従うデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムのための設計過程の模式図であり、ここでは並列のアプローチが単一経路アプローチを置換する。本発明の設計方法に従う画面要素と宛先デバイスの設計過程において直接の関係はない。画面要素設計者は、システムアナライザによって提供される画面要素制御シリアルナンバに従って全ての画面要素をプログラムすることができる。その後、画面ファイルは、画面編集ソフトウェアによって生成される。
別のデバイス側設計者は、宛先デバイスの通信プロトコルとデバイスのマッピングアドレスを組み合わせてリンクソフトウェアによってデバイスブリッジ６０のための実行プログラムコードおよびデバイスアドレス転送テーブルを生成する。画面ファイル、実行プログラムコードおよびデバイスアドレス転送テーブルは、ＨＭＩインタフェースモジュール（メインシステム）にダウンロードされ、そして次に、ＨＭＩインタフェースモジュールは、デバイスブリッジ６０に画面ファイル、実行プログラムコードおよびデバイスアドレス転送テーブルを送る。代わりに、この図に示すように、画面ファイル、実行プログラムコードおよびデバイスアドレス転送テーブルは、別々にＨＭＩインタフェースモジュールおよびデバイスブリッジ６０に送られることができる。
図６は、本発明に従うデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムのための設計過程のフローチャートを示す。開始ステップ（Ｓ２００）の後、ステップＳ２１０は、画面が編集を必要とするかどうかを判断する。真ならば、ステップＳ２４０は画面要素を選択し、ステップＳ２４２は要素属性を設定する。ステップＳ２４４は、デバイスブリッジ６０に対応する画面要素のマッピングアドレスを設定する。ステップＳ２４６は、全ての要素が完了したかどうかを判断する。偽ならば、手順はステップＳ２４０へ戻り、さもなければ、画面ファイルはステップＳ２４８で生成され、そして次に、ステップＳ２５０は修正が必要かどうか判断する。
以下の諸ステップは、ステップＳ２１０において画面が編集されない時に実行される。ステップＳ２２０は、デバイスブリッジ６０の内部アクセスアドレスに対応するデバイスアドレスを編集する。ステップＳ２２２は、デバイスの通信プロトコルのための駆動プログラムをリンクする。ステップＳ２２４は、デバイスブリッジの実行プログラムコードを生成する。ステップＳ２２６は、修正が必要かどうか判断する。真ならば、ステップＳ２３０はデバイスブリッジ６０にデバイスブリッジの実行プログラムコードをダウンロードする。偽ならば、ステップＳ２２８は画面ファイルとデバイスブリッジの実行プログラムコードを組み合わせ、ステップＳ２３２は、ＨＭＩシステムに組み合わせられた結果をダウンロードする。
図７Ａ−７Ｃは、本発明に従うデバイスアドレス転送テーブルを示す。画面ファイルは、デバイスブリッジ６０に対応するそれぞれの要素、データタイプおよび要素の直接アクセスアドレスの属性を記録する。画面ファイルのアドレスは、任意のデバイスに指定されるアドレスの代わりに要素のアドレスへのアクセスに関するものである。デバイスブリッジ６０は、デバイスアドレス転送テーブルによってデバイスブリッジ６０の内蔵メモリのアクセスアドレスを見つけることができる。
図８は、本発明に従うデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムのための作動フローチャートを示す。新たなページが始まった（ステップＳ３００）後で、初期画面が示される（ステップＳ３０２）。ＨＭＩは、ステップＳ３０４においてデバイスブリッジとデータを交換する。交換されたデータは、ステップＳ３０６においてＨＭＩシステムの内部レジスタに格納される。画面要素の状態は、ステップＳ３０８において変更される。ステップＳ３１０は、全ての画面要素が完了したかどうかを判断する。偽ならば、要素状態はステップＳ３１２において描かれ、さもなければ、タイマーがステップＳ３１４において起動する。ステップＳ３１６は、ユーザーからの入力を待つ。ステップＳ３１８は、要素状態が変更されるかどうか判断する。真ならば、手順はステップＳ３０４へ戻り、さもなければ、ステップＳ３２２はページが変更されるべきかどうか判断する。偽ならば、手順はステップＳ３２０へ戻る。真ならば、手順はステップＳ３３０で完了される。

要約すれば、本発明は以下の利点を有する：
１．本発明に従うＨＭＩ製品は、製品化までの時間の要求を満たすための柔軟性を有する。
２．グラフィック処理および通信処理の性能が、ＨＭＩに対して両方とも高められることができる。
３．システムの性能は、高価なプロセッサを使用せずに高められることができる。
４．ＨＭＩのグラフィックが設計される時に制御装置デバイスは考慮されない。
５．ＨＭＩの画面設計は、並列に実行される。画面の移植性および再使用は、強化される。
本発明がその好ましい実施態様を参照して説明されたとはいえ、本発明はその詳細に限定されないと理解されよう。様々な置換および修正が前述の記述において示唆されたが、その他が通常の当業者に生じるであろう。したがって、全てのこの種の置換および修正は、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲内に包含されることを意図する。

新規であると信じられる本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲で特に記載される。しかし、本発明自体は、添付の図面と共になされる、本発明の特定の例示的な実施態様を説明する以下の発明の詳細な説明を参照することで最もよく理解されることができる。

従来のＨＭＩシステムのハードウェアアーキテクチャを示す。従来のＨＭＩソフトウェアの作動モードを示す。ＨＭＩソフトウェアの作動フローチャートを示す。ステップＳ１００において、ＨＭＩ設計者は、ＨＭＩ画面を設計する。本発明に従うＨＭＩシステムのハードウェアアーキテクチャを示す。本発明に従うＨＭＩシステムのハードウェアアーキテクチャを示す。本発明に従うデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムのための設計過程の模式図である。本発明に従うデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムのための設計過程のフローチャートを示す。本発明に従うデバイスアドレス転送テーブルを示す。本発明に従うデバイスアドレス転送テーブルを示す。本発明に従うデバイスアドレス転送テーブルを示す。本発明に従うデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムのための作動フローチャートを示す。

Claims

デバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムであって、
第１のプロセッサを備えるメインシステムと、第２のプロセッサを備え、少なくとも一つのメインバスを介して前記メインシステムに接続され、デバイスバスを介してデバイスに接続されたデバイスブリッジとを備え、
前記デバイスブリッジは、前記デバイスに対する処理および通信能力を有し、かつ前記メインシステムに前記デバイスの状態を報告する
ことを特徴とするデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
前記デバイスブリッジは、ＵＡＲＴ制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
前記デバイスブリッジは、ＣＡＮ制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
前記デバイスブリッジは、デュアルポートＲＡＭを備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
前記デバイスブリッジは、トランシーバを介して前記デバイスへ接続されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
前記メインシステムは、ＧＰＩＯ制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
ＬＣＤモジュールを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
入力装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
前記入力装置は、タッチパッドであることを特徴とする請求項１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
前記入力装置は、数値キーパッドであることを特徴とする請求項１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステム。
デバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの設計方法であって、前記ヒューマンマシンインタフェースシステムは第１のプロセッサを有するメインシステムと第２のプロセッサを有し、かつ前記メインシステムおよびデバイス側に接続されたデバイスブリッジとを備え、前記方法は、
画面要素を設計するステップと、
デバイスアドレス転送テーブルを設計するステップと、
前記画面要素と前記デバイスアドレス転送テーブルをリンクするステップと、を備える
ことを特徴とするデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの設計方法。
前記画面要素と前記デバイスアドレス転送テーブルは、リンクソフトウェアによってリンクされることを特徴とする請求項１１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの設計方法。
前記画面要素と前記デバイスアドレス転送テーブルをリンクする前記ステップは、
デバイスブリッジの内部アクセスアドレスに対応するデバイスアドレスを編集するステップと、
デバイス通信プロトコルの駆動プログラムを取得するステップと、
前記デバイスブリッジのための実行プログラムコードを生成するステップと、を更に備える
ことを特徴とする請求項１１に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの設計方法。
デバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの作動方法であって、前記ヒューマンマシンインタフェースシステムは第１のプロセッサを有するメインシステムと第２のプロセッサを有し、かつ前記メインシステムおよびデバイスに接続されたデバイスブリッジとを備え、前記方法は、
前記メインシステムが前記デバイスブリッジの内蔵メモリに、実行プログラムコードおよびプロトコル翻訳プログラムを格納するステップと、
前記デバイスブリッジが前記デバイスブリッジの前記内蔵メモリに、デバイスの状態を書き込むステップと、
前記メインシステムが前記デバイスブリッジの前記内蔵メモリ内のデバイスの状態を読みとるステップと、を備える
ことを特徴とするデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの作動方法。
前記メインシステムは、ＧＰＩＯを介して前記デバイスブリッジに作動することを知らせることを特徴とする請求項１４に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの作動方法。
前記デバイスブリッジは、１回の通信サイクルの後で前記デバイスブリッジの前記内蔵メモリに、デバイスの前記状態を書き込むことを特徴とする請求項１４に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの作動方法。
前記デバイスブリッジは、割り込みを介して前記メインシステムに知らせることを特徴とする請求項１６に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの作動方法。
前記内蔵メモリは、デュアルポートメモリであることを特徴とする請求項１６に記載のデバイスブリッジを有するヒューマンマシンインタフェースシステムの作動方法。