基于嵌入式圖形系統(tǒng)μc/GUI的應(yīng)用研究

摘要： 嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)已成為新的行業(yè)熱點(diǎn),而嵌入式圖形系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)近年來(lái)隨著嵌入式系統(tǒng)的深入而不斷推陳出新。本文首先概述嵌入式系統(tǒng)及其嵌入式圖形系統(tǒng)GUI的現(xiàn)狀,然后具體描述μc/GUI圖形系統(tǒng)和其移植重點(diǎn)、程序開(kāi)發(fā)以及和其他圖形系統(tǒng)比較優(yōu)缺點(diǎn)。

GUI 在嵌入式系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)系統(tǒng)中的地位

越來(lái)越多的市場(chǎng)需求數(shù)據(jù)顯示，包括 PDA、娛樂(lè)消費(fèi)電子、機(jī)頂盒、DVD等影音設(shè)備、WAP 手機(jī)等高端電子產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用，原先僅在軍工、工業(yè)控制等領(lǐng)域中使用的GUI圖形系統(tǒng)，受到越來(lái)越多的關(guān)注。

對(duì)于輕量級(jí) GUI 的系統(tǒng)而言，對(duì) GUI 的要求相對(duì)較低，如傳統(tǒng)51類(lèi)型單片機(jī)這類(lèi)系統(tǒng)一般不希望建立在龐大累贅的、非常消耗系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)和 GUI 之上，如 Windows 或 X Window。目前此類(lèi)系統(tǒng)都直接使用原有編程手段，采用比較簡(jiǎn)單的手法實(shí)現(xiàn) GUI。對(duì)于太過(guò)龐大和臃腫的GUI系統(tǒng)而言，μc/GUI這類(lèi)可運(yùn)用于此類(lèi)資源較緊張的輕型 GUI 的需求更加突出。

μc/GUI簡(jiǎn)介及其配制

μc/GUI是美國(guó)Micrium公司出品的一款針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)秀圖形軟件。它是為任何使用LCD圖形顯示的應(yīng)用提供高效的獨(dú)立于處理器及LCD控制器而設(shè)計(jì)的圖形用戶(hù)接口，它適用單任務(wù)或是多任務(wù)系統(tǒng)環(huán)境。架構(gòu)基于模塊化設(shè)計(jì)，由不同的模塊中的不同層組成。包括液晶驅(qū)動(dòng)模塊，內(nèi)存設(shè)備模塊，窗口系統(tǒng)模塊，窗口控件模塊，反鋸齒模塊和觸摸屏及外圍模塊。其主要特性包括豐富圖形庫(kù)，多窗口、多任務(wù)機(jī)制，窗口管理及豐富窗口控件類(lèi)(按鈕、檢驗(yàn)框、單/多行編輯框、列表框、進(jìn)度條、菜單等)，多字符集和多字體支持，多種常見(jiàn)圖像文件支持，鼠標(biāo)、觸摸屏支持，靈活自由配制等特性。

圖1  μC/GUI模塊及開(kāi)發(fā)套件

在開(kāi)發(fā)套件上，μc/GUI提供眾多工具輔助開(kāi)發(fā)，包括位圖轉(zhuǎn)換器，字體轉(zhuǎn)換器，μc/GUI Viewer和非常完善的基于PC平臺(tái)的模擬器，如圖1所示，其中μc/GUI核心模塊和LCD驅(qū)動(dòng)模塊是必須的，其他均是可配置可選擇模塊。由于μc/GUI并非針對(duì)某一平臺(tái)而設(shè)計(jì)，它可以運(yùn)行于所有支持ANSI C的平臺(tái)上，所以在PC上調(diào)試成功的應(yīng)用程序可以原封不動(dòng)的移植到平臺(tái)上，避免繁瑣的片上調(diào)試過(guò)程。

μC/GUI可以在任何的CPU上運(yùn)行， 能夠適應(yīng)絕大多數(shù)的使用黑白或彩色LCD的應(yīng)用，它提供非常好的允許處理灰度的顏色管理。還提供一個(gè)可擴(kuò)展的2D圖形庫(kù)及占用極少RAM的窗口管理體系。在μc/GUI的最初典型配制可包括是否需要操作系統(tǒng)支持，是否需要內(nèi)存設(shè)備支持，是否需要窗口支持，是否需要抗鋸齒支持等眾多選項(xiàng)，這對(duì)于GUI的定制和GUI的體積是非常重要的。小型系統(tǒng)需求RAM100bytes，堆棧500bytes，ROM10kbytes，完全滿(mǎn)足資源非常緊張的系統(tǒng)之中。

mc/GUI移植重點(diǎn)和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)

(1) 首先定義GUIConf.h和LCDConf.h這兩個(gè)文件，前者是μc/GUI功能模塊和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間(用于內(nèi)存設(shè)備和窗口對(duì)象)大小，默認(rèn)字體設(shè)置等基本GUI預(yù)定義控制的定義。后者LCDConf.h為L(zhǎng)CD大小，控制器類(lèi)別，總線(xiàn)寬度，顏色選取等LCD參數(shù)控制文件。GUI/CORE/LCD_ConfDefaults.h文件內(nèi)可以找到所有囊括LCD配制默認(rèn)選項(xiàng)，包括LCD屏個(gè)數(shù)，控制器個(gè)數(shù) ，調(diào)色板，屏幕反向設(shè)置等眾多配制選項(xiàng)。如果配備觸摸屏可以通過(guò)GUITouchConf.h進(jìn)行配制，根據(jù)觸摸屏及其控制芯片編制以下幾個(gè)函數(shù)
void TOUCH_X_ActivateX (void)；// 準(zhǔn)備Y軸數(shù)據(jù)測(cè)量
void TOUCH_X_ActivateY (void)；// 準(zhǔn)備X軸數(shù)據(jù)測(cè)量
int  TOUCH_X_MeasureX(void); //  根據(jù)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果返回X的值
int  TOUCH_X_MeasureY(void); //  根據(jù)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果返回Y的值
以上幾個(gè)函數(shù)在GUI_TOUCH_Exec()會(huì)被調(diào)用。

(2) 對(duì)于LCD自帶控制器類(lèi)別的液晶屏，通過(guò)LCDConf.h中的總線(xiàn)接口和寄存器接口進(jìn)行硬件接口的配制和定義。對(duì)于片上集成LCD控制器平臺(tái)而言，通過(guò)對(duì)片內(nèi)LCD控制器寄存器的設(shè)置來(lái)配制LCD接口信號(hào)。在一般的LCD中需要配制的LCD接口信號(hào)包括VFRAME幀同步信號(hào)，VLINE線(xiàn)同步脈沖信號(hào)，VCLK象素時(shí)鐘信號(hào)，VM信號(hào)和數(shù)據(jù)位不等的象素點(diǎn)數(shù)據(jù)輸出信號(hào)。

(3) LCD驅(qū)動(dòng)編程的實(shí)質(zhì)是液晶屏上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顯存編程，最底層調(diào)用函數(shù)為畫(huà)點(diǎn)函數(shù)，用戶(hù)可根據(jù)自身平臺(tái)情況根據(jù)總線(xiàn)接口和寄存器接口或者LCD控制器寄存器進(jìn)行操作。_SetPixel()，_GetPixel()，XorPixel()為最底層直接對(duì)顯存操作函數(shù)。mc/GUI提供部分控制器驅(qū)動(dòng)，文件為GUI/LCDDriver/LCDSLin.c，如sed1335，T6963等簡(jiǎn)單LCD控制器。核心函數(shù)為L(zhǎng)CD_Write(). _SetPixel()調(diào)用LCD_Write()寫(xiě)顯存。

(4) 在SampleGUI_X文件夾內(nèi)包括有與硬件聯(lián)系緊密的文件，包括GUI_X.c，GUI_X_embOS.c， GUI_X_uCOS.c等文件， GUI_X.c包括大部分與硬件的關(guān)聯(lián)函數(shù)，如定時(shí)器的初始化和觸摸屏相關(guān)函數(shù)。mc/GUI與操作系統(tǒng)掛接的核心是定時(shí)器的設(shè)置和掛接。μc/GUI是通過(guò)延時(shí)函數(shù)GUI_Delay()調(diào)用GUI_X_Delay，再調(diào)用GUI_Exec()處理窗口部件中的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行重繪。在任何一款嵌入式操作系統(tǒng)中都需要定時(shí)器的心臟跳動(dòng)作用，支持OS的μc/GUI可以通過(guò)定時(shí)器的設(shè)置達(dá)到嵌入式操作系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)的實(shí)時(shí)和同步操作。在GUI_X_uCos.c中通過(guò)μc/os中的延時(shí)程序同μc/GUI掛接實(shí)現(xiàn)整合。

圖2  μc/GUI軟件結(jié)構(gòu)圖

(5) 經(jīng)過(guò)移植之后，GUI應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)通過(guò)μc/GUI而變得非常容易，在調(diào)用GUI_Init()后，用戶(hù)可以根據(jù)需要正確配制μc/GUI后，可使用其強(qiáng)大的庫(kù)函數(shù)和豐富的GUI資源進(jìn)行編程。在GUI編程過(guò)程中，可以打開(kāi)抗鋸齒功能減小圖形失真，得到高質(zhì)量的圖形和字體效果。采用內(nèi)存設(shè)備能有效克服閃爍現(xiàn)象，獲得更快的顯示速度，但它和抗鋸齒功能一樣需要額外的內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)。

μc/GUI和其他圖形系統(tǒng)的比較

(1) μc/GUI優(yōu)勢(shì)在于其體積小，配制性強(qiáng)，運(yùn)用領(lǐng)域非常之廣泛。相對(duì)于眾多嵌入式圖形系統(tǒng)，如MicroWindows/NanoX， OpenGUI， Qt/Embedded， MiniGUI等，只要滿(mǎn)足RAM100bytes，堆棧500bytes，ROM10kbytes的小型系統(tǒng)中都可以運(yùn)行μc/GUI，而這個(gè)需求是其他圖形系統(tǒng)所不及的，可以廣泛運(yùn)用到國(guó)內(nèi)已經(jīng)運(yùn)用非常成熟的單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，增強(qiáng)系統(tǒng)性能。在資源豐富的大型系統(tǒng)中，也只需要RAM2-6Kb，堆棧1200bytes，ROM30-60Kb就可以滿(mǎn)足mc/GUI的各種功能。對(duì)比于其他圖形系統(tǒng)最少幾百K，動(dòng)輒上M的系統(tǒng)而言是非常有優(yōu)勢(shì)的。其眾多的配制，滿(mǎn)足不同需求用戶(hù)需要，方便靈活小巧，實(shí)用性大大增強(qiáng)。

(2) 平臺(tái)的廣泛性，移植方便。由于μc/GUI是100%C編寫(xiě)，適應(yīng)絕大多數(shù)軟硬平臺(tái)，其適應(yīng)性非常強(qiáng)，相對(duì)于眾多具有軟硬件針對(duì)性的圖形系統(tǒng)而言，結(jié)構(gòu)劃分和模塊劃分非常清晰，分設(shè)專(zhuān)門(mén)的LCD驅(qū)動(dòng)模塊，移植簡(jiǎn)單方便。代碼量相對(duì)較小，易操作可擴(kuò)展性強(qiáng)，方便用戶(hù)定制和自主更新完善滿(mǎn)足個(gè)性需求。

結(jié)語(yǔ)

本文著重介紹了μc/GUI和其移植方法，作為一個(gè)面向嵌入式系統(tǒng)的圖形用戶(hù)界面支持系統(tǒng)，μc/GUI系統(tǒng)需求、執(zhí)行效率、可定制方面非常出色，體積小，移植方便，程序適應(yīng)平臺(tái)廣泛，在嵌入式系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中大大簡(jiǎn)化了圖形系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的周期和難度，具有很高的實(shí)用價(jià)值?！?/P>