一種嵌入式GUI的研究與應(yīng)用

引 言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各式各樣的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)滲入到人們生活的每一個(gè)角落。小到手機(jī)、MP3、MP4、數(shù)碼相機(jī)、機(jī)頂盒等產(chǎn)品，大到汽車(chē)、數(shù)控機(jī)床、火箭等產(chǎn)品。嵌入式GUI（Graphical Ｕser Interface）作為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，已經(jīng)成為當(dāng)今圖形用戶(hù)界面領(lǐng)域的發(fā)展焦點(diǎn)。[2]

1 GUI 的概述

GUI以一種以圖形化為基礎(chǔ)的用戶(hù)界面，使用統(tǒng)一的圖形操作系統(tǒng)，如可移動(dòng)的視窗、選項(xiàng)與鼠標(biāo)，作為用戶(hù)與操作系統(tǒng)之間的中介。GUI最重要的優(yōu)勢(shì)在于使用戶(hù)擺脫了在命令行提示符下與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互的方式，用戶(hù)可以?xún)H僅通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊來(lái)實(shí)現(xiàn)熟悉程序的操作，而且由于圖表、對(duì)話框等的引入，使得操作直觀形象。GUI已成為一種用戶(hù)與計(jì)算機(jī)交互的標(biāo)準(zhǔn)。包括Microsoft的視窗系統(tǒng)、Unix的Motif、Linux的桌面系統(tǒng)GNOME。

在計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)下的GUI模型一般如圖１所示：

uC/GUI是由Micrium公司專(zhuān)門(mén)針對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一款圖形開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。它設(shè)計(jì)用于為任何使用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， 并適用于任意 LCD 控制器和 CPU 下任何尺寸的真實(shí)顯示或虛擬顯示。

對(duì)于開(kāi)發(fā)uC/GUI圖形應(yīng)用不需要什么目標(biāo)系統(tǒng)， 大部分的圖形應(yīng)用開(kāi)發(fā)都可以在模擬器下進(jìn)行； 但是最終的目的是通常還是在目標(biāo)系統(tǒng)上運(yùn)行程序。

目標(biāo)系統(tǒng)（硬件）：

[1].CPU（8/16/32/64位）。

[2].必要的RAM和ROM 存儲(chǔ)。

[3].LCD 顯示器（任何類(lèi)型及分辨率的）。

對(duì)于內(nèi)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(biāo)系統(tǒng)上的編譯器的效率。 內(nèi)存的占用量無(wú)法估計(jì)準(zhǔn)確的值， 下面就一些的數(shù)值適用于多數(shù)的目標(biāo)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(yīng)用程序中使用的字體數(shù)目而增長(zhǎng)。

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(shè)備和一般應(yīng)用提供了高性?xún)r(jià)比和高性能的微控制器解決方案。為了降低成本，同時(shí)增強(qiáng)穩(wěn)定性，S3C44B0X提供了豐富的內(nèi)置部件，包括：8KB Cache和 內(nèi)部SRAM，LCD控制器等，其主頻可以達(dá)到66MHz，速度幾乎相當(dāng)于486CPU，而且擴(kuò)展了完整豐富的外圍設(shè)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(kāi)發(fā)通用的嵌入式系統(tǒng)，S3C44B0X的運(yùn)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(dǎo)程序，通常稱(chēng)為Boot Loader，是在系統(tǒng)復(fù)位后執(zhí)行的第一段代碼，相當(dāng)于PC上的BIOS，完成系統(tǒng)硬件的初始化，包括時(shí)鐘的設(shè)置、存儲(chǔ)區(qū)的映射等，設(shè)置堆棧指針，然后跳轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)內(nèi)核的入口，將系統(tǒng)控制權(quán)交給操作系統(tǒng)，在此之后系統(tǒng)的運(yùn)行和Boot Loader 再無(wú)任何關(guān)系。Boot Loader獨(dú)立于操作系統(tǒng)，必須由用戶(hù)自己設(shè)計(jì)，它的實(shí)現(xiàn)高度依賴(lài)于硬件，包括處理器的體系結(jié)構(gòu)、具體型號(hào)、硬件電路板的設(shè)計(jì)。

另一種是無(wú)操作系統(tǒng)的，系統(tǒng)的初始化以及主程序都是在Flash內(nèi)，它與S3C44B0X的Bank0相連，上電復(fù)位后系統(tǒng)使程序從0x00000000開(kāi)始運(yùn)行。

3 利用uC/GUI開(kāi)發(fā)GUI應(yīng)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(gè)平臺(tái)下，使用時(shí)，只要將uC/GUI的軟件壓縮包解壓縮到一個(gè)目錄下就可以了。

3.1 uC/GUI的結(jié)構(gòu)

uC/GUI的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。uC/GUI函數(shù)庫(kù)為用戶(hù)的應(yīng)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(shè)備以及各種窗口對(duì)象。其中，輸入設(shè)備可以是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)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(duì)象包括按鈕、編輯框、進(jìn)度條、復(fù)選框等。μC／GUI函數(shù)庫(kù)可以通過(guò)GUI_CONf.h文件進(jìn)行配置，配置的內(nèi)容包括是否采用內(nèi)存設(shè)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(dòng)態(tài)內(nèi)存的大小等。

圖3 uC/GUI的軟件體系結(jié)構(gòu)

3.2 利用uC/GUI開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的步驟

由于uC/GUI提供了源代碼，在開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，用戶(hù)可以首先將核心文件、LCD驅(qū)動(dòng)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(shí)際的硬件需要，包含內(nèi)存設(shè)備輸入設(shè)備控件和窗口管理部分。

具體可以分為以下幾步：

⑴按照實(shí)際需要，定制自己的uC/GUI開(kāi)發(fā)環(huán)境。其中包括對(duì)上述目錄的篩選，或?qū)δ夸浿形募暮Y選。

⑵指定硬件設(shè)備的地址，編寫(xiě)接口驅(qū)動(dòng)代碼。這里需要修改LCD_Conf.h文件。

⑶編譯、鏈接、調(diào)試示例程序。

⑷修改示例程序并測(cè)試，增加需要的功能。

⑸如果準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)多任務(wù)應(yīng)用，則需要修改GUI_MAXTASK和GUI_OS宏，實(shí)現(xiàn)uC/GUI與操作系統(tǒng)的結(jié)合。

⑹編寫(xiě)自己的應(yīng)用程序。

使用uC/GUI開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，目標(biāo)系統(tǒng)不是必須配備的，因?yàn)閡C/GUI提供了一個(gè)模擬器，用戶(hù)可以在模擬器上面看到應(yīng)用程序的執(zhí)行的結(jié)果。所以，對(duì)于開(kāi)發(fā)環(huán)境，uC/GUI僅要求有一個(gè)符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的“C”語(yǔ)言編譯器。至于C++編譯器，它不是必須的，但是如果用戶(hù)使用C++語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)應(yīng)用程序，那就需要一個(gè)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(yùn)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(xiě)的源文件，編譯鏈接就可以看到運(yùn)行結(jié)果。

3.3應(yīng)用實(shí)例

下圖是用uC/GUI開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的一個(gè)實(shí)例，該程序是顯示汽車(chē)運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一個(gè)界面。

圖4 用戶(hù)界面圖

黑色的背景是這個(gè)LCD的窗口區(qū)域，大小為640*480。先利用畫(huà)線函數(shù)繪制基本的弧線，再利用填充函數(shù)填充相應(yīng)的背景顏色，最后用一個(gè)分片存儲(chǔ)設(shè)備執(zhí)行一個(gè)指定的繪圖函數(shù)，在這種情況下，在一段時(shí)間內(nèi)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(chǔ)設(shè)備對(duì)象 */

GUI_SetColor（GUI_WHITE）； /*設(shè)置顏色*/

GUI_SetFont（GUI_Font8x16）；/*設(shè)置字體*/

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

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

GUI_AA_SetFactor（MAG）；

GUI_MEMDEV_CreateAuto（AutoDev）； /* 建立 GUI_AUTODEV 對(duì)象 */

/* 顯示在一個(gè)固定時(shí)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(gè)多邊形來(lái)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(jié)束語(yǔ)

本文只是簡(jiǎn)單展示了uC/GUI在開(kāi)發(fā)圖形用戶(hù)界面上的應(yīng)用，其巨大的應(yīng)用潛力還有待進(jìn)一步的研究。相信隨著計(jì)算機(jī)滲透到人類(lèi)工作和生活的各個(gè)方面，以嵌入式系統(tǒng)為核心的后PC時(shí)代的到來(lái)，uC/GUI的應(yīng)用前景也將更為廣闊。