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主题 : 基于uc/os-ii的嵌入式GUI研究与应用
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楼主  发表于: 2009-11-21 00:18

基于uc/os-ii的嵌入式GUI研究与应用

 Research and Implementation of Embedded GUI system based on uc/os-ii
Abstract: Nowadays, uc/os-ii is applied widely in embedded system. However, there is few GUI for uc/os-ii up to date. This article describes the structure and feature of uC/GUI, and also illustrates the process of programming uC/GUI driver and application. The interface file of operating system and the mini Chinese characters’ storeroom are described detailedly in this article. Especially, because of being brought forward the mini characters’ storeroom, thousands of bytes of memory are used merely. Not only displaying Chinese characters, but also saving memory.
Key words: uc/os-ii;uC/GUI;LCD;touch screen;Chinese characters storeroom


摘要:目前, uc/os-ii在嵌入式系统中得到了广泛的应用,但适用于 uc/os-ii的图形界面却很少。本文介绍了一种适用于 uc/os-ii的图形界面 uC/GUI的体系结构和特点,给出 uC/GUI驱动程序和应用程序的编写实例。同时对操作系统接口文件的编写及自定义中文小字库的实现进行了详细介绍,尤其是自定义中文小字库的提出,使得汉字库仅仅占用几千个字节。不但实现了汉字显示,还节约了宝贵的存储空间。
关键词:uc/os-ii;uC/GUI;LCD;触摸屏;汉字库
1.引言
人机界面是嵌入式系统的重要组成部分,当前比较流行的 GUI主要有:Nano-X,microwindows, minigui,QT/Embedded,OpenGUI等,普遍采用客户 /服务器结构,多线程概念,主要用于嵌入式 Linux系统中。uc/os-ii是一个简单、高效的嵌入式实时操作系统内核,凭借其源代码开放,系统内核可剪裁等特点,被广泛应用到各种嵌入式系统中。但是, uc/os-ii只是一个实时多任务内核,不具有现代操作系统的线程,客户/服务器机制,上述 GUI不能方便的运行在 uc/os-ii上。
 uC/GUI是一个源代码开放的 GUI,可以实现 Windows风格的图形界面。微型是其最大的特点,占用很小的系统资源,易于移植,功能强大 [1];可以运行在 uc/os-ii操作系统中;采用了 100%的 ANSI C编写,可以应用于任何 LCD和 CPU中;加上其源代码开放的特点,使用起来非常灵活。
2.系统组成
系统是基于三星的 S3C44B0X, 1MB的 Flash:SST39VF160,8MB的 SDRAM:HY57V641620;使用了CASIO公司320×240象素STN伪彩色LCD,输入使用4线电阻式触摸屏,操作系统为 uc/os-ii,编译器使用 ARM公司 ADS1.2;根据实际需要设计了两路 A/D转换电路、一路 D/A转换电路。系统的功能框图如图(1)所示:


3.uC/GUI的移植
在进行移植之前首先要了解 uC/GUI的组织结构。uC/GUI是以 ANSI C源码包的形式提供的,由 Config和 GUI两个目录组成,如表(1)所示:


 Config目录下包含了 LCDConf.h,GUITouchConf.h和 GUIConf.h三个文件用来对具体使用的 LCD驱动程序、触摸屏驱动程序和 uC/GUI进行配置。 uC/GUI的移植过程主要是对 Config目录下三个文件的修改,以及进行触摸屏和 LCD驱动程序的编写[2]。
3.1触摸屏的移植
在使用触摸屏之前必须将 Config目录下 GUIConf.h中的 GUI_SUPPORT_TOUCH设置为 1,由于项目中使用了操作系统所以同时将 GUI_OS也设置为 1。触摸屏触点位置的获得是通过调用 GUI/core/目录中 GUI_TOUCH_DriverAnalog.c文件中的 GUI_TOUCH_Exec( )函数来实现的,对该函数进行修改后的伪代码如下: void GUI_TOUCH_Exec(void) {
读取触点在触摸屏上(x, y)点实际坐标值;
进行实际坐标值到逻辑坐标的转换;
调用GUI_TOUCH_StoreState(x, y)保存逻辑坐标值; }
系统为了实时得到触点坐标,就要不断调用 GUI_TOUCH_Exec( )函数。因此需要在 uc/os-ii操作系统中建立一个单独的任务对该函数进行调用,这样可以保证触摸屏任务的实时响应。实现方式如下: void Task_Touch(void*id){ //建立触摸屏任务
 while(1){  GUI_TOUCH_Exec(); //调用此函数  OSTimeDly(1); } //延时一个时钟节拍 }
3.2 液晶屏的移植
LCD的移植与具体使用的 LCD有关,并且相同的 LCD可以有不同的显示模式,这些都影响相关配置文件的修改。本系统使用的是 CASIO公司 320×240象素 STN伪彩色 LCD,S3C44B0X中的 LCD控制器与 LCD的连接方式为 8位单扫描方式,显示模式为彩色显示。
配置的参数包含在 LCDConf.h文件中,修改后的参数如下: #define LCD_XSIZE 320  //X,Y大小 #define LCD_YSIZE 240 #define LCDCOLOR //定义显示模式 #define LCD_BITSPERPIXEL 8 //每个象素点的位数 #define LCD_SWAP_RB 1 //是否交换蓝色分量和红色分量 #define LCD_FIXEDPALETTE  332 //调色板模式,本例使用 3红,3绿,2蓝 #define LCD_MAX_LOG_COLORS (256)  //最大的逻辑颜色数以上是对 LCD各配置参数的修改,接下来将完成 LCD驱动 API函数。其伪代码如下:  U32 BUFFER[LCD_YSIZE][ LCD_XSIZE/4]  //定义显存 , 对显存操作直接反映到 LCD上
  int LCD_L0_Init(void){ // LCD初始化函数关闭 LCD;设定 S3C44B0X LCD控制寄存器;打开 LCD; return 0;
} void LCD_SetPixel(BUFFER, x, y, color)  //画象素点函数  BUFFER[(y)][(x)/4]=((BUFFER[(y)][(x)/4]&(~(0xff000000>>((x)%4)*8)))|( (c)<<((4-1-((x)%4))*8) )); 另外,在 uc/os-ii操作系统中也需要建立一个单独的任务对 GUI_Exec()函数进行调用,以保证屏
幕的及时刷新,给此屏幕刷新任务分配一个尽量低的优先级,确保核心任务的实时性。实现方式如下: void Task_LCDfresh (void *id) {  //该任务完成屏幕刷新 while(1) {  GUI_Exec(); //完成屏幕刷新 GUI_X_ExecIdle(); } //空闲任务 }
3.3 uc/os-ii接口文件的编写 uc/os-ii下使用 uC/GUI需要提供一些内核接口函数,来实现任务间同步。接口函数实现如下: static OS_EVENT *DispSem; //uC/GUI使用的信号量 int  GUI_X_GetTime (void) //获得当前时间
 {  return ((int)OSTimeGet());  } void  GUI_X_Delay (int period)   //uC/GUI中的时间延时
 { INT32U ticks;  ticks = (period * 1000) / OS_TICKS_PER_SEC;   OSTimeDly(ticks); }
void  GUI_X_InitOS (void) //初始化信号量 { DispSem = OSSemCreate(1); } void  GUI_X_Lock (void) //锁定 GUI任务 { INT8U err; OSSemPend(DispSem, 0, &err);  } void  GUI_X_Unlock (void){ //解除锁定
OSSemPost(DispSem); } U32  GUI_X_GetTaskId (void) { //返回当前任务的 ID号
return ((U32)(OSTCBCur->OSTCBPrio)); } 有了这些内核接口函数,就可以使 uC/GUI运行于 uc/os-ii系统上。通过任务调度来实现各个任务间的协调工作,在任务建立时注意不要超出 GUI/Core/guitask.c中规定的任务最大数 GUI_MAXTASK。
4.中文小字库的实现
uC/GUI 带有多种常用的 ASCII字体,也支持 UNICODE字符显示。移植 GUI目的就是使人机界面友好﹑方便操作,所以对于国内用户来说装入汉字库是必须的。由于嵌入式系统内存资源十分有限,而整个汉字库又十分庞大,装入汉字库就意味着要牺牲很多的内存空间。基于上述考虑本文提出了建立自己的小型汉字库,不但解决了汉字显示问题还节约了宝贵的内存空间。接下来重点讲述小型汉字库的创建方法及其相关程序代码。
uC/GUI的文字显示是通过查找字模的方式实现。字库中每一个字母都有其对应的字模,所有字母的字模都是由 GUI_FONT和 GUI_FONT_PROP这两个结构体来统一管理。从汉字库中选出所必须的汉字,组成自己的汉字库,选出的汉字其机内码可能是不连续的,这样必须要为每一个汉字建立一个 GUI_FONT_PROP结构,再将它们链接成链表。此种方法比较烦琐,要为每个汉字都建立一个链表结构。本文提出了一种新的构造方式,即采取自定义的编码。自定义的编码也是两个字节,但这些编码必须是连续的,这样就将不连续的汉字机内码映射到此连续区域。此时只需要建立一个 GUI_FONT_PROP结构就可以管理所有的汉字了。比如要实现“参数设置”这四个汉字,具体实现的伪代码如下:
/* 参 */ GUI_FLASH const unsigned char acFontHZ12_b2ce[24] = {……………}  //汉字“参”的点阵 /* 数 */ GUI_FLASH  const unsigned char acFontHZ12_cafd[24] = {……………}  //汉字“数”的点阵 /* 设 */ GUI_FLASH const unsigned char acFontHZ12_c9e8[24] = {……………}  //汉字“设”的点阵 /* 置 */ GUI_FLASH const unsigned char acFontHZ12_d6c3[24] = {……………}  //汉字“置”的点阵 GUI_FLASH  const GUI_CHARINFO GUI_FontHZ12_CharInfo[4] = {  //建立自己的汉字库
{ 12, 12, 2, (void GUI_FLASH *)&acFontHZ12_b2ce }, //参 0xa1a1 { 12, 12, 2, (void GUI_FLASH *)&acFontHZ12_cafd },  //数 0xa1a2 { 12, 12, 2, (void GUI_FLASH *)&acFontHZ12_c9e8 }, //设 0xa1a3 { 12, 12, 2, (void GUI_FLASH *)&acFontHZ12_d6c3 } //置 0xa1a4
};
GUI_FLASH  const GUI_FONT_PROP GUI_FontHZ12_Propa2= { 0xa1a1, //映射地址起始位置 0xa1fe, //映射地址结束位置  &GUI_FontHZ12_CharInfo[0],  //字模代码入口位置 0
};
GUI_FLASH const GUI_FONT GUI_FontHZ12 = {   GUI_FONTTYPE_PROP_SJIS, //字体类型 12, //字体的高度 12, //字体 Y轴的间距 1, //Y轴的放大倍数 1, //X轴的放大倍数  (void GUI_FLASH *)&GUI_FontHZ12_Propa2
};
完成上述代码后,再将 GUIConfig.h中的 GUI_DEFAULT_FONT设置为:&GUI_FontHZ12;在 GUI/Core/GUI.H中定义:extern const GUI_FONT GUI_FontHZ12;至此移植的主要工作已完成,将修改后的代码加入工程中一起编译,汉字就能显示在 LCD屏幕上了。
5.uC/GUI应用实例
本文中数据采集主要是对离子信号采集,并将采集到的信号进行绘图。对于采集时的各种参数需要人工设置,包括:触发方式﹑采集间隔﹑脉冲宽度﹑显示时间﹑累加次数﹑平均次数。另一种需要采集的是温度,包括:样品温度﹑腔体温度﹑尾部温度﹑扩散内温﹑扩散外温。
控制系统界面如图(2)、图(3)所示,图(2)为系统的主界面,通过各种按钮能够进入相应的子窗口。图(3)是温度监测界面,将采集到的温度值显示在编辑框内。
 


6.结束语
具体应用证明,uC/GUI结构紧凑,功能完善,支持多种硬件平台,在多任务环境下工作稳定可靠,非常适合做 uC/OS-ii的图形用户界面。而且 uC/GUI还提供了几个非常有用的工具软件,其中包括一个仿真器,它使得在进行移植工作的同时,就可以在仿真器上进行软件界面部分的程序编写,给整个软件的编写提供了有力的支持,加快了整个系统的开发速度。另外, uc/GUI强大的图形功能,使人机界面更加丰富、友好,使其在嵌入式系统中得到了广泛应用。
参考文献:
[1] uC/GUI manual rev.0 version 3.26[M], Micrium, 2002.
[2]李红岩,侯媛彬,王秀.基于 S3C44B0X的 UC/GUI的移植研究[J].微计算机信息 , 2006, 2-2: 132-134
本文作者创新点:完成了触模屏﹑ LCD驱动程序和uC/OS接口文件的编写及自建中文汉字库的实现。