一種嵌入式GUI的研究與應用

引 言

隨著半導體技術和信息技術的飛速發(fā)展，各式各樣的嵌入式系統(tǒng)產品已經滲入到人們生活的每一個角落。小到手機、MP3、MP4、數(shù)碼相機、機頂盒等產品，大到汽車、數(shù)控機床、火箭等產品。嵌入式GUI（Graphical Ｕser Interface）作為嵌入式系統(tǒng)的應用軟件，已經成為當今圖形用戶界面領域的發(fā)展焦點。[2]

1 GUI 的概述

GUI以一種以圖形化為基礎的用戶界面，使用統(tǒng)一的圖形操作系統(tǒng)，如可移動的視窗、選項與鼠標，作為用戶與操作系統(tǒng)之間的中介。GUI最重要的優(yōu)勢在于使用戶擺脫了在命令行提示符下與操作系統(tǒng)進行交互的方式，用戶可以僅僅通過鼠標點擊來實現(xiàn)熟悉程序的操作，而且由于圖表、對話框等的引入，使得操作直觀形象。GUI已成為一種用戶與計算機交互的標準。包括Microsoft的視窗系統(tǒng)、Unix的Motif、Linux的桌面系統(tǒng)GNOME。

在計算機硬件平臺下的GUI模型一般如圖１所示：

uC/GUI是由Micrium公司專門針對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一款圖形開發(fā)系統(tǒng)。它設計用于為任何使用LCD圖形顯示的應用提供高效的獨立于處理器及 LCD 控制器的圖形用戶接口，它適用單任務或是多任務系統(tǒng)環(huán)境， 并適用于任意 LCD 控制器和 CPU 下任何尺寸的真實顯示或虛擬顯示。

對于開發(fā)uC/GUI圖形應用不需要什么目標系統(tǒng)， 大部分的圖形應用開發(fā)都可以在模擬器下進行； 但是最終的目的是通常還是在目標系統(tǒng)上運行程序。

目標系統(tǒng)（硬件）：

[1].CPU（8/16/32/64位）。

[2].必要的RAM和ROM 存儲。

[3].LCD 顯示器（任何類型及分辨率的）。

對于內存的需求取決于你選用的 UCGUI 的功能模塊以及你所使用的目標系統(tǒng)上的編譯器的效率。 內存的占用量無法估計準確的值， 下面就一些的數(shù)值適用于多數(shù)的目標系統(tǒng)。

注：①小型系統(tǒng)指不包含窗口管理功能，大型系統(tǒng)指包含窗口管理及各種窗體控件功能。

②ROM的需求量隨著應用程序中使用的字體數(shù)目而增長。

2 基于S3C44B0X處理器的嵌入式系統(tǒng)的基本組成

三星公司推出的16/32位RISC處理器S3C44B0X為手持設備和一般應用提供了高性價比和高性能的微控制器解決方案。為了降低成本，同時增強穩(wěn)定性，S3C44B0X提供了豐富的內置部件，包括：8KB Cache和 內部SRAM，LCD控制器等，其主頻可以達到66MHz，速度幾乎相當于486CPU，而且擴展了完整豐富的外圍設備的接口，圖2是典型的系統(tǒng)的框圖。

　圖2 系統(tǒng)框圖

采用三星的S3C44B0X開發(fā)通用的嵌入式系統(tǒng)，S3C44B0X的運行方式通常有兩種：一種是有操作系統(tǒng)的，由于操作系統(tǒng)所占用的空間比較大，所以Flash里面裝的是系統(tǒng)引導程序，通常稱為Boot Loader，是在系統(tǒng)復位后執(zhí)行的第一段代碼，相當于PC上的BIOS，完成系統(tǒng)硬件的初始化，包括時鐘的設置、存儲區(qū)的映射等，設置堆棧指針，然后跳轉到操作系統(tǒng)內核的入口，將系統(tǒng)控制權交給操作系統(tǒng)，在此之后系統(tǒng)的運行和Boot Loader 再無任何關系。Boot Loader獨立于操作系統(tǒng)，必須由用戶自己設計，它的實現(xiàn)高度依賴于硬件，包括處理器的體系結構、具體型號、硬件電路板的設計。

另一種是無操作系統(tǒng)的，系統(tǒng)的初始化以及主程序都是在Flash內，它與S3C44B0X的Bank0相連，上電復位后系統(tǒng)使程序從0x00000000開始運行。

3 利用uC/GUI開發(fā)GUI應用程序的基本方法

由于uC/GUI提供了源代碼，因此可以很容易地將它移植到各個平臺下，使用時，只要將uC/GUI的軟件壓縮包解壓縮到一個目錄下就可以了。

3.1 uC/GUI的結構

uC/GUI的軟件體系結構如圖3所示。uC/GUI函數(shù)庫為用戶的應用程序提供GUI接口，包含的函數(shù)有文本、數(shù)值、二維圖形、輸入設備以及各種窗口對象。其中，輸入設備可以是鍵盤、鼠標或觸摸屏；二維圖形包括圖片、直線、多邊形、圓、橢圓、圓弧等；窗口對象包括按鈕、編輯框、進度條、復選框等。μC／GUI函數(shù)庫可以通過GUI_CONf.h文件進行配置，配置的內容包括是否采用內存設備，是否采用窗口管理器，是否支持操作系統(tǒng)、觸摸屏、以及配置動態(tài)內存的大小等。

圖3 uC/GUI的軟件體系結構

3.2 利用uC/GUI開發(fā)應用程序的步驟

由于uC/GUI提供了源代碼，在開發(fā)應用程序時，用戶可以首先將核心文件、LCD驅動文件和需要的字體文件包含在自己的工程里，然后再根據(jù)實際的硬件需要，包含內存設備輸入設備控件和窗口管理部分。

具體可以分為以下幾步：

⑴按照實際需要，定制自己的uC/GUI開發(fā)環(huán)境。其中包括對上述目錄的篩選，或對目錄中文件的篩選。

⑵指定硬件設備的地址，編寫接口驅動代碼。這里需要修改LCD_Conf.h文件。

⑶編譯、鏈接、調試示例程序。

⑷修改示例程序并測試，增加需要的功能。

⑸如果準備開發(fā)多任務應用，則需要修改GUI_MAXTASK和GUI_OS宏，實現(xiàn)uC/GUI與操作系統(tǒng)的結合。

⑹編寫自己的應用程序。

使用uC/GUI開發(fā)應用程序時，目標系統(tǒng)不是必須配備的，因為uC/GUI提供了一個模擬器，用戶可以在模擬器上面看到應用程序的執(zhí)行的結果。所以，對于開發(fā)環(huán)境，uC/GUI僅要求有一個符合ANSI標準的“C”語言編譯器。至于C++編譯器，它不是必須的，但是如果用戶使用C++語言來編寫應用程序，那就需要一個C++編譯器。[1]

因此，在Windows系統(tǒng)下只要安裝了Microsoft Visual C++就可以運行uC/GUI的模擬器工程（工程名一般為Simulation.dsw），然后將該工程中的Application文件夾清空，加入自己編寫的源文件，編譯鏈接就可以看到運行結果。

3.3應用實例

下圖是用uC/GUI開發(fā)應用程序的一個實例，該程序是顯示汽車運行時發(fā)動機轉速的一個界面。

圖4 用戶界面圖

黑色的背景是這個LCD的窗口區(qū)域，大小為640*480。先利用畫線函數(shù)繪制基本的弧線，再利用填充函數(shù)填充相應的背景顏色，最后用一個分片存儲設備執(zhí)行一個指定的繪圖函數(shù)，在這種情況下，在一段時間內只有一小部分要更新。

STatic void DemoScale（void）

{

int Cnt;

int tDiff, t0 = GUI_GetTime（）；

PARAM Param; /* 繪圖函數(shù)的參數(shù) */

GUI_AUTODEV AutoDev; /* 分片存儲設備對象 */

GUI_SetColor（GUI_WHITE）； /*設置顏色*/

GUI_SetFont（GUI_Font8x16）；/*設置字體*/

GUI_DispStringHCenterAt（“Scale using GUI_AUTODEV-object”， 160, 0）；

GUI_AA_EnableHiRes（）；/* 啟動高分辨率用于抗鋸齒 */

GUI_AA_SetFactor（MAG）；

GUI_MEMDEV_CreateAuto（AutoDev）； /* 建立 GUI_AUTODEV 對象 */

/* 顯示在一個固定時間上的指針 */

for （Cnt = 0; （tDiff = GUI_GetTime（） - t0） 24000; Cnt++）；

{

/* 獲得數(shù)值用于顯示一個多邊形來表示指針 */

Param.Angle = GetAngle（tDiff）* DEG2RAD;

GUI_RotatePolygon （ Param.aPoints,

aNeedle,

countof（aNeedle），

Param.Angle）；

GUI_MEMDEV_DrawAuto（AutoDev, Param.AutoDevInfo, Draw, Param）；

}

4 結束語

本文只是簡單展示了uC/GUI在開發(fā)圖形用戶界面上的應用，其巨大的應用潛力還有待進一步的研究。相信隨著計算機滲透到人類工作和生活的各個方面，以嵌入式系統(tǒng)為核心的后PC時代的到來，uC/GUI的應用前景也將更為廣闊。