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)的開發(fā)已成為新的行業(yè)熱點,而嵌入式圖形系統(tǒng)的開發(fā)近年來隨著嵌入式系統(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、程序開發(fā)以及和其他圖形系統(tǒng)比較優(yōu)缺點。

GUI 在嵌入式系統(tǒng)或?qū)崟r系統(tǒng)中的地位

越來越多的市場需求數(shù)據(jù)顯示，包括 PDA、娛樂消費電子、機頂盒、DVD等影音設(shè)備、WAP 手機等高端電子產(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)，受到越來越多的關(guān)注。

對于輕量級 GUI 的系統(tǒng)而言，對 GUI 的要求相對較低，如傳統(tǒng)51類型單片機這類系統(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。目前此類系統(tǒng)都直接使用原有編程手段，采用比較簡單的手法實現(xiàn) GUI。對于太過龐大和臃腫的GUI系統(tǒng)而言，μc/GUI這類可運用于此類資源較緊張的輕型 GUI 的需求更加突出。

μc/GUI簡介及其配制

μc/GUI是美國Micrium公司出品的一款針對嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)秀圖形軟件。它是為任何使用LCD圖形顯示的應(yīng)用提供高效的獨立于處理器及LCD控制器而設(shè)計的圖形用戶接口，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，由不同的模塊中的不同層組成。包括液晶驅(qū)動模塊，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，多窗口、多任務(wù)機制，窗口管理及豐富窗口控件類(按鈕、檢驗框、單/多行編輯框、列表框、進度條、菜單等)，多字符集和多字體支持，多種常見圖像文件支持，鼠標、觸摸屏支持，靈活自由配制等特性。

圖1  μC/GUI模塊及開發(fā)套件

在開發(fā)套件上，μc/GUI提供眾多工具輔助開發(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平臺的模擬器，如圖1所示，其中μc/GUI核心模塊和LCD驅(qū)動模塊是必須的，其他均是可配置可選擇模塊。由于μc/GUI并非針對某一平臺而設(shè)計，它可以運行于所有支持ANSI C的平臺上，所以在PC上調(diào)試成功的應(yīng)用程序可以原封不動的移植到平臺上，避免繁瑣的片上調(diào)試過程。

μC/GUI可以在任何的CPU上運行， 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。還提供一個可擴展的2D圖形庫及占用極少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，這對于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，完全滿足資源非常緊張的系統(tǒng)之中。

mc/GUI移植重點和應(yīng)用程序開發(fā)

(1) 首先定義GUIConf.h和LCDConf.h這兩個文件，前者是μc/GUI功能模塊和動態(tài)存儲空間(用于內(nèi)存設(shè)備和窗口對象)大小，默認字體設(shè)置等基本GUI預(yù)定義控制的定義。后者LCDConf.h為LCD大小，控制器類別，總線寬度，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配制默認選項，包括LCD屏個數(shù)，控制器個數(shù) ，調(diào)色板，屏幕反向設(shè)置等眾多配制選項。如果配備觸摸屏可以通過GUITouchConf.h進行配制，根據(jù)觸摸屏及其控制芯片編制以下幾個函數(shù)
void TOUCH_X_ActivateX (void)；// 準備Y軸數(shù)據(jù)測量
void TOUCH_X_ActivateY (void)；// 準備X軸數(shù)據(jù)測量
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
以上幾個函數(shù)在GUI_TOUCH_Exec()會被調(diào)用。

(2) 對于LCD自帶控制器類別的液晶屏，通過LCDConf.h中的總線接口和寄存器接口進行硬件接口的配制和定義。對于片上集成LCD控制器平臺而言，通過對片內(nèi)LCD控制器寄存器的設(shè)置來配制LCD接口信號。在一般的LCD中需要配制的LCD接口信號包括VFRAME幀同步信號，VLINE線同步脈沖信號，VCLK象素時鐘信號，VM信號和數(shù)據(jù)位不等的象素點數(shù)據(jù)輸出信號。

(3) LCD驅(qū)動編程的實質(zhì)是液晶屏上的點對應(yīng)的顯存編程，最底層調(diào)用函數(shù)為畫點函數(shù)，用戶可根據(jù)自身平臺情況根據(jù)總線接口和寄存器接口或者LCD控制器寄存器進行操作。_SetPixel()，_GetPixel()，XorPixel()為最底層直接對顯存操作函數(shù)。mc/GUI提供部分控制器驅(qū)動，文件為GUI/LCDDriver/LCDSLin.c，如sed1335，T6963等簡單LCD控制器。核心函數(shù)為LCD_Write(). _SetPixel()調(diào)用LCD_Write()寫顯存。

(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)掛接的核心是定時器的設(shè)置和掛接。μc/GUI是通過延時函數(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)進行重繪。在任何一款嵌入式操作系統(tǒng)中都需要定時器的心臟跳動作用，支持OS的μc/GUI可以通過定時器的設(shè)置達到嵌入式操作系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)的實時和同步操作。在GUI_X_uCos.c中通過μc/os中的延時程序同μc/GUI掛接實現(xiàn)整合。

圖2  μc/GUI軟件結(jié)構(gòu)圖

(5) 經(jīng)過移植之后，GUI應(yīng)用程序開發(fā)通過μc/GUI而變得非常容易，在調(diào)用GUI_Init()后，用戶可以根據(jù)需要正確配制μc/GUI后，可使用其強大的庫函數(shù)和豐富的GUI資源進行編程。在GUI編程過程中，可以打開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)存開銷。

μc/GUI和其他圖形系統(tǒng)的比較

(1) μc/GUI優(yōu)勢在于其體積小，配制性強，運用領(lǐng)域非常之廣泛。相對于眾多嵌入式圖形系統(tǒng)，如MicroWindows/NanoX， OpenGUI， Qt/Embedded， MiniGUI等，只要滿足RAM100bytes，堆棧500bytes，ROM10kbytes的小型系統(tǒng)中都可以運行μc/GUI，而這個需求是其他圖形系統(tǒng)所不及的，可以廣泛運用到國內(nèi)已經(jīng)運用非常成熟的單片機系統(tǒng)內(nèi)，增強系統(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就可以滿足mc/GUI的各種功能。對比于其他圖形系統(tǒng)最少幾百K，動輒上M的系統(tǒng)而言是非常有優(yōu)勢的。其眾多的配制，滿足不同需求用戶需要，方便靈活小巧，實用性大大增強。

(2) 平臺的廣泛性，移植方便。由于μc/GUI是100%C編寫，適應(yīng)絕大多數(shù)軟硬平臺，其適應(yīng)性非常強，相對于眾多具有軟硬件針對性的圖形系統(tǒng)而言，結(jié)構(gòu)劃分和模塊劃分非常清晰，分設(shè)專門的LCD驅(qū)動模塊，移植簡單方便。代碼量相對較小，易操作可擴展性強，方便用戶定制和自主更新完善滿足個性需求。

結(jié)語

本文著重介紹了μc/GUI和其移植方法，作為一個面向嵌入式系統(tǒng)的圖形用戶界面支持系統(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)平臺廣泛，在嵌入式系統(tǒng)研發(fā)過程中大大簡化了圖形系統(tǒng)開發(fā)的周期和難度，具有很高的實用價值。■