HMI设计是指在系统化设计指导下，对HMI操作系统进行硬件与软件的开发，以及两者的集成研发。除硬件EDA研发的临时分离外，其核心在于在特定硬件条件下进行系统化设计与软件开发。
HMI设计的完整过程包括使用离散组件或集成器件进行电路设计和结构设计，随后进行软件编程、实验，最后经过多轮修改设计和生产，最终开发出整个系统。此类HMI设计开发适用于产品相对单一、生产批量大、产品开发周期长且成本控制严格的系统。
HMI技术广泛应用于手机、PDA、车载导航、工业控制、军事、多媒体终端、网关、数字电视等领域。与单纯的软件技术或硬件技术不同，HMI技术是一种在特定硬件环境上开发和构建特定可编程软件系统的综合性技术。
HMI系统发展历程
1971年11月，算术运算器与控制器电路成功集成，首款微处理器问世。随后，各厂商相继推出8位和16位微处理器。以这些微处理器为核心的系统广泛应用于仪器仪表、医疗设备、机器人及家用电器等领域。微处理器的广泛应用形成了庞大的HMI应用市场，计算机制造商开始以插件形式向用户提供大量OEM产品，用户可根据需求选择合适的CPU板、内存板及各类I/O插件板，从而构成专用HMI计算机系统，并将其嵌入自身系统设备中。
20世纪80年代，随着微电子工艺水平的提升，集成电路制造商开始将微处理器、I/O接口、A/D转换器、D/A转换器、串行接口以及RAM、ROM等组件集成到超大规模集成电路（VLSI）中，从而诞生了用于I/O设计的微控制器，即微控制器。微控制器已成为HMI计算机领域的一颗新星。
20世纪90年代，在分布式控制、柔性制造、数字通信和信息家电等领域的大量需求推动下，HMI系统进一步快速发展。DSP产品面向实时信号处理算法，发展方向为高速、高精度和低功耗。
21世纪是网络普及的时代，HMI系统在各种网络中的应用是其发展的重要方向。
HMI系统的开发大致经历了以下三个阶段
第一阶段是HMI技术的初级阶段。HMI系统以可编程控制器形式存在，以功能简单的专用计算机或微控制器为核心，具备监控、伺服、设备显示等功能。此类系统主要应用于各类工业控制及飞机、导弹等武器装备领域。
第二阶段：以高端HMICPU和HMI操作系统为标志。该阶段系统的主要特征是出现了具有高可靠性、低功耗的HMICPU，如ARM、PowerPC等，并支持操作系统以支持复杂应用的开发和运行。
第三阶段：以芯片技术和互联网技术为标志。微电子技术发展迅速，系统级芯片（SOC）使HMI系统越来越小型化，但功能越来越强大。目前，大多数HMI系统仍与互联网隔离，但随着互联网和互联网技术、信息家电、工业控制技术等领域的日益紧密结合，HMI技术正进入快速发展和广泛应用的时期。
HMI系统的组成
HMI系统应用于上述行业。HMI系统由硬件和软件组成，是一种能够独立运行的设备。
根据架构，HMI系统分为硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。
硬件层包括HMI微处理器、存储器、通用设备接口和输入/输出接口，它是HMI设计系统的核心。此外，存储器位于主存储器与HMI微处理器核心之间，用于存储微处理器近期最常使用的程序代码和数据。其主要目标是减少存储器对微处理器核心的访问瓶颈，从而加快处理速度。
中间层，也称为硬件抽象层（HAL）或板级支持包（BSP），将上层系统软件与底层硬件分离，使上层系统软件开发人员无需关注底层硬件的具体实现，可根据BSP层提供的接口进行开发。设计完整的BSP需要进行HMI系统硬件初始化及BSP功能设计，并开发与硬件相关的设备驱动程序。
系统软件层由实时操作系统（RTOS）、文件系统、GUI、网络系统和通用组件模块组成，其中RTOS是HMI应用软件的基础和开发平台。
最后是应用软件层，由基于实时系统开发的应用程序组成。