紅外觸摸屏響應分析及延時優(yōu)化

郭 瑞，朱沛立

（太原航空儀表有限公司，山西太原030006）

紅外觸摸屏響應分析及延時優(yōu)化

郭 瑞?，朱沛立

（太原航空儀表有限公司，山西太原030006）

對機載多功能顯示器紅外觸摸屏響應時間進行分析和計算，尋找縮短響應時間以便滿足用戶要求的方法.通過VC++對響應時間進行了計算，根據觸摸過程和計算結果，通過提高RS-232的波特率、中斷實時接收處理觸點數據和合并任務的方法對響應時間進行優(yōu)化.優(yōu)化后觸摸響應的最大延時時間可縮短約37.5 ms，優(yōu)化后的延時約為89.5 ms.保證了飛行員可以及時得到需要的畫面，滿足用戶需求.

多功能顯示器；紅外觸摸屏；響應時間；延時優(yōu)化

1　引 言

機載多功能顯示器是顯示與控制系統(tǒng)重要的人機接口設備，用于顯示機上各種視頻信息.隨著航空工業(yè)的發(fā)展，機載多功能顯示器人機交互不僅僅滿足于傳統(tǒng)的按鍵操作，觸摸屏因其具有操作簡單，使用靈活的特點在航空多功能顯示器中得到了越來越廣泛的應用，紅外觸摸屏是其中的一種，它是在屏幕四邊放置紅外發(fā)射管和紅外接收管，微處理器控制驅動電路依次接通紅外發(fā)射管并檢測相應的紅外接收管，形成橫豎交叉的紅外光陣列，它無需薄膜，光透過率為100%，而且不受電流、電壓和靜電干擾，適宜惡劣的環(huán)境條件，因此很適宜在航空機載設備中使用［1-2］.在紅外觸摸屏的各項參數指標中，響應時間是其中的主要指標之一，觸摸畫面能否及時響應，保證用戶體驗具有很重要的意義，該時間越短飛行員越可以及時得到需要的畫面，因此如何進行響應時間分析、計算及優(yōu)化是觸摸屏需要研究的課題.

2　紅外觸摸響應分析

2.1觸摸響應流程分析

當紅外觸摸屏用于機載多功能顯示器時，根據產品需求畫面調用過程對其觸摸響應流程進行分析，見圖1，從人員發(fā)出觸屏操作到觀測顯示圖形，多功能顯示器需經過10個處理過程，分別為P1紅外行列掃描、P2觸點處理并發(fā)送、P3觸點到主控模塊的總線傳輸、P4主控模塊觸點接收處理、P5主控模塊計算和設置畫面參數、P6觸點到圖形處理模塊的總線傳輸、P7圖形處理模塊對數據的接收處理、P8圖形處理、P9視頻信號傳輸和P10圖形顯示.其中，紅外觸摸屏負責完成過程P1和P2，連續(xù)不斷的周期執(zhí)行，P1和P2之間沒有時間間隙；P3為數據在總線上傳輸過程（本文用RS-232信號進行總線傳輸）；P4和P5為主控模塊上運行的兩個周期任務，任務周期均為20 ms；P6為數據從總線發(fā)送到圖形處理模塊的過程（本文通過CPCI總線進行數據傳輸）；P7和P8在圖形處理模塊上處理，兩個環(huán)節(jié)循環(huán)執(zhí)行，無時間間隔；P9為視頻傳輸過程（本文為LVDS信號）；P10為液晶顯示屏刷新圖像的過程.

圖1　觸摸響應流程Fig.1　Process diagram of touch display

2.2各過程執(zhí)行時間分析

P1過程:紅外觸摸屏的CPU進行紅外掃描，即將某個紅外發(fā)射燈管打開，發(fā)射紅外信號，檢測對應的紅外接收三極管狀態(tài)，關閉該發(fā)射燈管，打開下一個燈管，繼續(xù)掃描.分別進行垂直方向、水平方向、斜向掃描.根據傳統(tǒng)經驗，P1執(zhí)行總時間約為20 ms［3］，本文采用的觸摸屏根據掃描時間和燈管數量的最優(yōu)化處理，該部分執(zhí)行時間為10.5 ms.

P2過程:紅外觸摸屏的CPU將P1過程的掃描結果進行計算分析，得到觸點信息，并將該信息寫入RS-232發(fā)送單元.該過程的執(zhí)行時間很短，約為1.5 ms.

P3過程:根據紅外觸摸屏與主控模塊之間的通訊協(xié)議規(guī)定，RS-232的波特率為38 400，1個起始位，1個停止位，8個數據位，1個奇偶校驗位，有觸點時數據包中共計14字節(jié).因此總線傳輸時間為（14×11/38 400）=4 ms.

P4過程:主控模塊查詢接收當前RS-232通道的數據，并對數據包完整性進行判斷，得到觸點坐標.該過程執(zhí)行時間通過計算得到.

P5過程:主控模塊通過觸點坐標解碼、設置相應畫面的參數和數據.該過程執(zhí)行時間通過計算得到.

P6過程:將相應的畫面參數進行格式封裝，并通過CPCI總線數據傳輸，該過程執(zhí)行時間通過計算得到.

P7過程:圖形處理模塊查詢接收控制發(fā)送的觸點數據.該過程執(zhí)行時間很短，小于1 ms.

P8過程:圖形處理模塊生成顯示畫面，并生成LVDS信號.根據圖形處理模塊硬件資源，該過程的執(zhí)行時間約為11 ms.

P9過程:LVDS信號傳輸過程.時間為（1/ 60）約為16.6 ms.

P10過程:液晶顯示屏顯示LVDS信號.時間很短，可忽略.

從上述分析可見，紅外觸摸用于機載多功能顯示器時響應時間的計算主要為主控模塊對需求畫面的解碼、設置、封裝過程的計算.

2.3延時分析

紅外觸摸屏和圖形處理模塊的處理方式為循環(huán)處理，任務執(zhí)行時間基本與周期相同，該過程執(zhí)行延時分析見圖2.

如圖2所示，任務P1和P2循環(huán)執(zhí)行，執(zhí)行周期（T）和執(zhí)行時間（t）相同，需處理的事件在t1時刻或t2時刻發(fā)生時，均只有在下一周期才能得到處理，即在T2時刻完成處理，因此某事件發(fā)生到必定處理完成所需的最大時間Tmax=T+t= T×2.

主控模塊的兩個過程P4和P5的處理方式為周期任務查詢處理，任務執(zhí)行時間小于執(zhí)行周期，處理延時見圖3.

圖2　循環(huán)任務延時分析Fig.2　Analysis diagram of cycle task

圖3　周期任務延時分析Fig.3　Analysis diagram of periodic task

如圖3所示，任務執(zhí)行的周期為T，任務執(zhí)行時間為t，t＜T，事件在t1時刻或t2時刻發(fā)生時，均能在下一周期得到處理，即（T1+t）時刻完成，因此事件發(fā)生到處理完成的最大時間Tmax=T+t.

2.4代碼實現

根據上述的各過程時間分析和延時分析，采用VC++對觸摸響應過程的最大時間進行計算，如下:

2.5計算結果

通過計算，得到響應時間最大值為127 ms.見圖4.

3　優(yōu)化設計方案

通過對目前多功能顯示器觸摸響應的計算結果進行分析，該結果不能滿足指標要求的不大于100 ms的要求，可選擇的優(yōu)化方法分析見下.

3.1減小傳輸過程延時

傳輸過程延時主要產生在P3、P6、P9過程，P6過程延時時間很短，可忽略不計；P9過程時間由液晶屏視頻刷新率確定，不可變更；因此可通過提高波特率減小P3過程執(zhí)行時間，RS-232波特率最高為115 200 bps，因此P3執(zhí)行時間可減小為約1.4 ms.

3.2縮短周期任務執(zhí)行時間

周期任務執(zhí)行時間主要產生在P4、P5過程，縮短周期任務執(zhí)行的時間可采用如下3種方法:

（a）縮短任務執(zhí)行周期

將主控模塊RS-232查詢接收和更新控制數據的任務周期縮短.該方法可以減少P4、P5的過程延時，但會影響主控模塊上其他周期任務的執(zhí)行，因此該方法不予采用.

（b）合并任務，減少過程

將更新觸點數據的功能移植到查詢接收RS-232的任務中，即將P5過程與P4過程合并.該方法能夠減小P4、P5過程的延時，縮短觸摸響應時間20 ms且不會影響軟件的功能和性能.

（c）中斷處理

采用中斷方式處理RS-232通訊，在中斷服務函數中處理RS-232數據同時將觸點數據發(fā)送

到圖形處理模塊.該方法可以縮短觸摸響應時間20 ms且不會影響軟件的功能和性能.

3.3縮短循環(huán)任務執(zhí)行時間

循環(huán)任務執(zhí)行時間主要來源為紅外觸摸屏和圖形處理模塊的P1、P2，P7、P8過程，通過減少紅外掃描每個燈管的工作時間、減少燈管個數可以縮短紅外觸摸屏處理時間［4-5］，在滿足紅外觸摸屏穩(wěn)定可靠的基礎上，該部分時間已經得到了優(yōu)化.

若想縮短圖形處理模塊的處理時間則需更換硬件方案采用更高速度的圖形處理模塊和處理器，這會增加圖形處理模塊的功耗，這必然對產品的熱設計帶來壓力，使產品高溫工作性能和穩(wěn)定性得不到保證，因此該方法也不予采用.

3.4優(yōu)化結果

綜上所述，通過采用提高RS232波特率、中斷實時接收處理觸點數據和合并任務的方法可以縮短響應時間，優(yōu)化后的計算結果見圖5.

圖5　優(yōu)化后響應時間結果Fig.5　Count result of optimized response time

4　結 論

機載多功能顯示器紅外觸摸屏作為機上重要的人機接口設備，要求快速響應飛行員的觸摸信息，文中對響應過程進行了分析，計算出了響應時間，為了提高響應速度，對任務處理進行了優(yōu)化，通過提高RS-232的波特率、中斷實時接收處理觸點數據和合并任務的方法，觸摸響應的最大延時時間可縮短約37.5 ms，優(yōu)化后的延時約為89.5 ms，滿足指標不大于100 ms的要求.

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Analysis and optimization of response time in infrared touch display

GUO Rui?，ZHU Pei-li

（Taiyuan Aero-Instruments Co.，Ltd.，Taiyuan 030006，China）

The response time of infrared touch airborne display is analyzed and tested，and the optimization method of response time is introduced to meet the needs of users.The response time is counted in VC++.According to the touch process and the count result of response time，the response time can be reduced through increasing RS232 signal Baud rate，interrupt method and merging tasks.The optimized response time is 89.5 ms，which reduces 37.5 ms than before.The optimized response time ensures the aviator can see general picture in time.

multifunctional display；infrared touch display；response time；time-delay optimization

TP391

A doi:10.3788/YJYXS20153006.1057

1007-2780（2015）06-1057-06

郭瑞（1980-），女，山西臨汾人，碩士，中級工程師，主要從事機載多功能顯示器設計方面的研究.E-mail: 15343409087@163.com

2015-05-09；

2015-07-01.

?通信聯系人，E-mail:15343409087@163.com