引言
監控程序負責系統中全部硬件和軟件資源的分配、調度工作,是系統設計中的一個重要組成部分。它提供用戶接口, 使用戶獲得友好的工作環境, 使計算機獲得很高的效率和高度的自動化。隨著系統結構的日益復雜和功能的全面, 其監控程序的設計難度也越來越大。監控程序的質量直接影響系統的操作和運行，一個高質量的監控程序應是功能齊全、鍵數合理、操作方便、容錯性好。監控程序在一定的意義上就是鍵盤分析程序，因此如何在面積較小的面板上設計一個功能多、操作簡便的鍵盤操作系統成為智能儀器設計中非常重要的任務之一。
鍵盤上的按鍵可分為2類： 單義鍵和多義鍵。單義鍵，是指按鍵的含義是固定的，一個按鍵代表一個命令或一個數字，執行一種功能，即一鍵一義；多義鍵是指一個按鍵的鍵義不是單一的，而是具有多重含義，多個鍵互相配合才產生一個動作，執行一種功能，即一鍵多義。下面結合實例介紹這2種鍵盤監控程序的設計。
1 單義鍵監控程序的設計
CPU對鍵盤管理的方式一般有3種，即查詢法、中斷法和定時查詢法。這3種方式的主要差別在于CPU轉向鍵盤處理程序的方法。如果從程序設計邏輯講，都是“有鍵按下則轉去處理”。因此它們的鍵盤管理程序是可以相互轉化的。下面以查詢法為例，介紹一鍵一義鍵盤管理程序的設計。
微處理器周而復始地掃描鍵盤，當發現按鍵時，首先判別是命令鍵還是數字鍵。若是數字鍵，則把按鍵讀數讀入存儲器，通常還進行顯示；若是命令鍵，則根據按鍵讀數查閱轉移表，以獲得處理子程序的入口。設一4×8的鍵盤，其中下面16個鍵為數字鍵，上面16個鍵為功能鍵。通過鍵盤掃描已經獲得按鍵的編碼，并且將該編碼存儲于累加器A中。那么，當鍵碼小于10H時為數字鍵，否則為功能鍵。具體程序如下：
MOV R1,A
CLR C
SUBB A,#10H
JC DIGIT
MOV DPTR，#TBJ2
MOV A，R1
ANL A，#0FH
ADD A，A
JMP @A+DPTR
TBJ2: AJMP PROG1
AJMP PROG2
……
AJMP PROGn
DIGIT:……
一鍵一義鍵盤管理的核心是一張一維的轉移表，在轉移表內順序登記了各個處理子程序的轉移命令。
2 多義鍵監控程序的設計
對于功能復雜的微機化系統，若仍然采用“一鍵一義”，則按鍵使用往往過多，不但增加了費用，而且面板難以布置，操作也不方便。因此，有些鍵盤設計成一鍵多義方式。在一鍵多義的情況下，一個命令不是由按鍵，而是由一個按鍵序列組成。也就是說，對于一個按鍵的解釋除了本次的按鍵外，還取決于這之前按了一些什么鍵。一鍵多義的監控程序有2種方法，即轉移表法和狀態轉移法。下面對這兩種方法進行介紹。
2.1 轉移表法實現多義鍵監控程序
多義鍵的監控程序仍然可以采用轉移表法進行設計，不過這時要用多張轉移表。首先，要判斷一個按鍵序列是否構成了一個合法的命令。若已經構成了合法命令，則根據前幾個按鍵把控制引向某張合適的轉移表，根據最后一個按鍵編碼查閱該轉移表，就找到了要求的子程序入口。
以一個8回路微機溫控儀為例。該系統中有6個按鍵：C（回路號為1~8，第8回路為環境溫度補償，其余為控溫點）、P（參數號，有實測值、設定值、P、I、D參數，上下限報警值，輸出控制值等8個參數）、 Δ(加1)、Δ（減1）、R（運行）和S（停止運行）。顯然，這些按鍵都是一鍵多義的。 Δ和Δ鍵的工作執行與否，取決于前面按過的C和P鍵；R鍵的功能執行與否，取決于當前的C值。用轉移表法實現這些功能的流程如圖1所示。
圖1 轉移表法實現多義鍵監控程序流程
從流程圖可以看出，用轉移表法實現多義鍵的設計需要兩級轉移表。
一級轉移表
TBJ1 AJMP RUM
AJMP STOP
AJMP INCR
AJMP DECR
AJMP CHAL
AJMP PARA
二級轉移表
TBJ2 AJMP C1P0
……
AJMP C1P7
AJMP C2P0
……
AJMPC7P7
2.2 狀態轉移法實現多義鍵監控程序
狀態轉移法是整體地來考慮應用系統,把它看作是一個系統,從而引入“狀態”的概念。將系統工作過程劃分為若干個“狀態”，在任一狀態下，每個按鍵都有一個確定的含義，即執行某一個子程序且變遷到下一個狀態（稱為“次態”，NEXST） 。因此，就需要在存儲器內開辟一個單元記住當前狀態（稱為“現態”，PREST），根據當前狀態和當前按鍵這兩個關鍵詞，就能對當前按鍵的含義作出正確的解釋。用狀態轉移法設計的監控程序,其程序基本框架是相同的,具有通用性強、修改方便、便于閱讀的優點。本文結合“多功能波形發生器”應用實例,詳細介紹了狀態轉移法的監控程序設計過程。
2.2.1 鍵語分析的定義
鍵語必須有明確的定義, 而且應有一套無二意的語法規則。假設多功能波形發生器的按鍵如圖2 所示，且各按鍵的定義如下: AMPL（幅度）、FREQ（頻率）、FUNC（函數）、OFST（偏移）、MODE（模式）、UNIT（單元號）、ON（開）、OFF（關）、CHS（換符號）、DIG（數字鍵統稱）、MULT（乘法）。
圖2 多功能波形發生器的按鍵
2.2.2 建立鍵語狀態圖
用普通語言對全部鍵語做出詳盡準確的規定是很困難的, 可以用鍵語狀態圖的方法對全部的鍵語做出完備的定義。這里用圖3所示的鍵語狀態圖來描述鍵語的完備集。狀態圖中每一個方框表示一個狀態(按過一次鍵), 框內的數字是狀態的代號。箭頭表示狀態變遷的方向, 箭頭上的標語是一個按鍵的代名, 表示變遷的條件, 其中非法鍵統稱為“*”。假設最初開機時初始化使系統處于0態, 只要按過一個鍵之后, 系統就不可能再處于0態。假定系統現在處于0態，按下AMPL鍵后系統就轉入了1態。在1態中，如果按下CHS或者DIG鍵就可以進行幅值的設定；如果按下其他的鍵，則為無效鍵，系統重新回到0態。
圖3 鍵語狀態圖
2.2.3 建立鍵語狀態表
根據鍵語狀態圖就可以制作出鍵語狀態表。狀態表中規定： 當儀器設備處于某一狀態（現態）時，若滿足一定的條件就必須脫離該狀態而進入另一個指定的狀態（次態），以及儀器設備所應采取的行動。該系統的部分狀態表如表1所列。
表1 鍵語狀態表
對于每個按鍵, 可以用2個變量描述其特征:
FNKYC = 功能性鍵碼(functional keycode),用來代替每一按鍵的實際鍵碼編碼。功能相同的按鍵可以賦予相同的FNKYC 值, 例如一切數字鍵的FNKYC值為1。各按鍵的FNKYC值如表2所列。
表2中，各按鍵的FNKYC 值NUMB=數。數字鍵所對應的NUMB值就是該鍵所規定的數字, 例如, [3] 的NUMB為3；[GHz] [MHz] [kHz] [Hz] 規定為10、11、12、13；其他鍵的NUMB值統一規定為0。
表2 按鍵的FNKYC值對照表
2.2.4 建立狀態索引表
根據狀態表可以建立狀態索引表，狀態索引表為兩級表。其中，第一級狀態索引表中為每一狀態的轉移命令；第二級狀態索引表中，為該狀態下按下某一鍵后進入的次態和執行的子程序號。
如圖3所示, 系統共有7 種不同的狀態,可以在內存的一塊連續空間中存儲這7 種狀態的特征,這就是第一級狀態索引表。而對應于每一狀態的相關參數可以用下面幾個變量來描述。
① FNKYT： 狀態表中所列的功能性鍵碼。將根據實際按下的鍵的FNKYC 值, 查找狀態表中是否有一個與之相符的FNKYT值。
② NEXST： 下一個狀態(NEXT STATE)。它指出當某一FNKYC 與FNKYT 相符時, 系統應進入哪一個狀態。
③ ACTN： 行動子程序號碼。它指出當系統處于某一狀態時所應執行的行動。
這3個參量就建立了第二級狀態索引表。該系統的狀態索引表如圖4所示。
圖4 狀態索引表
2.2.5 程序設計流程
現在可以設計鍵語分析程序。首先，要有一個識鍵程序來識別所按下的按鍵，從所獲得的實際鍵碼中求出其對應的FNKYC 和NUMB 值, 這可以利用查表法或適當的算法得到；然后，根據當前的狀態PREST在第一級狀態索引表中得到對應當前狀態的第二級索引表的入口地址，在第二級狀態索引表中將FNKYC與表中的FNKYT逐項比較，當二者相同時得到對應該按鍵的下一個狀態NEXST, 以及所對應的行動ACTN; 隨后, 把這個NEXST 值替換為當前狀態PREST。如果FNKYT為0時始終沒有與FNKYC對應的FNKYT,就意味著該FNKYT是一個非法鍵, 應該不予理睬; 反之, 則是有效鍵, 程序就轉移到相應的子程序去執行。具體設計流程如圖5所示。
圖5 程序設計流程
3 結論
用狀態法進行多義鍵的設計，有以下幾方面的優點：
① 應用一張狀態表, 統一處理任何一組按鍵和狀態的組合, 化繁為簡, 降低了程序設計的難度, 增強了程序的可讀性。
② 翻譯、解釋按鍵程序和執行子程序完全分離,避免了兩者之間的相互交叉和混淆。
③ 當系統的功能發生改變時, 主控程序的結構不變, 只需對狀態表進行修改。
參考文獻
[1] 周航慈. 單片機應用程序設計技術[M]. 北京： 北京航空航天大學出版社,1991.
[2] 何立民. 單片機應用系統設計系統配置與接口技術[M]． 北京： 北京航空航天大學出版社，1996．
孫守昌(講師)，主要研究方向為嵌入式系統開發。
