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基于uc/os-ii的嵌入式GUI研究與應用

   2012年03月21日 15:36  
  摘要:uC/GUI結構緊湊,功能完善,支持多種硬件平臺,在多任務環境下工作穩定可靠,非常適合做uC/OS-ii的圖形用戶界面。而且uC/GUI還提供了幾個非常有用的工具軟件,其中包括一個仿真器,它使得在進行移植工作的同時,就可以在仿真器上進行軟件界面部分的程序編寫,給整個軟件的編寫提供了有力的支持,加快了整個系統的開發速度。另外,uc/GUI強大的圖形功能,使人機界面更加豐富、友好,使其在嵌入式系統中得到了廣泛應用。

       1、引言
  
  人機界面是嵌入式系統的重要組成部分,當前比較流行的GUI主要有:Nano-X,microwindows,minigui,QT/Embedded,OpenGUI等,普遍采用客戶/服務器結構,多線程概念,主要用于嵌入式Linux系統中。uc/os-ii是一個簡單、的嵌入式實時操作系統內核,憑借其源代碼開放,系統內核可剪裁等特點,被廣泛應用到各種嵌入式系統中。但是,uc/os-ii只是一個實時多任務內核,不具有現代操作系統的線程,客戶/服務器機制,上述GUI不能方便的運行在uc/os-ii上。
  
  uC/GUI是一個源代碼開放的GUI,可以實現Windows風格的圖形界面。微型是其zui大的特點,占用很小的系統資源,易于移植,功能強大;可以運行在uc/os-ii操作系統中;采用了的ANSIC編寫,可以應用于任何LCD和CPU中;加上其源代碼開放的特點,使用起來非常靈活。
  
  2、系統組成
  
  系統是基于三星的S3C44B0X,1MB的Flash:SST39VF160,8MB的SDRAM:HY57V641620;使用了CASIO公司320×240象素STN偽彩色LCD,輸入使用4線電阻式觸摸屏,操作系統為uc/os-ii,編譯器使用ARM公司ADS1.2;根據實際需要設計了兩路A/D轉換電路、一路D/A轉換電路。系統的功能框圖如圖(1)所示:
  
  圖(1)系統框圖
  
  3、uC/GUI的移植
  
  在進行移植之前首先要了解uC/GUI的組織結構。uC/GUI是以ANSIC源碼包的形式提供的,由Config和GUI兩個目錄組成,如表(1)所示:
    
  表(1)uC/GUI目錄結構
  
  Config目錄下包含了LCDConf.h,GUITouchConf.h和GUIConf.h三個文件用來對具體使用的LCD驅動程序、觸摸屏驅動程序和uC/GUI進行配置。
  
  uC/GUI的移植過程主要是對Config目錄下三個文件的修改,以及進行觸摸屏和LCD驅動程序的編寫。
  
  3.1觸摸屏的移植
  
  在使用觸摸屏之前必須將Config目錄下GUIConf.h中的GUI_SUPPORT_TOUCH設置為1,由于項目中使用了操作系統所以同時將GUI_OS也設置為1。觸摸屏觸點位置的獲得是通過調用GUI/core/目錄中GUI_TOUCH_DriverAnalog.c文件中的GUI_TOUCH_Exec()函數來實現的,對該函數進行修改后的偽代碼如下:
  
  voidGUI_TOUCH_Exec(void)
  
  {
  
  讀取觸點在觸摸屏上(x,y)點實際坐標值;
  
  進行實際坐標值到邏輯坐標的轉換;
  
  調用GUI_TOUCH_StoreState(x,y)保存邏輯坐標值;
  
  }
  
  系統為了實時得到觸點坐標,就要不斷調用GUI_TOUCH_Exec()函數。因此需要在uc/os-ii操作系統中建立一個單獨的任務對該函數進行調用,這樣可以保證觸摸屏任務的實時響應。實現方式如下:
  
  voidTask_Touch(void*id){//建立觸摸屏任務
  
  while(1){GUI_TOUCH_Exec();//調用此函數
  
  OSTimeDly(1);}//延時一個時鐘節拍
  
  }
  
  3.2液晶屏的移植
  
  LCD的移植與具體使用的LCD有關,并且相同的LCD可以有不同的顯示模式,這些都影響相關配置文件的修改。本系統使用的是CASIO公司320×240象素STN偽彩色LCD,S3C44B0X中的LCD控制器與LCD的連接方式為8位單掃描方式,顯示模式為彩色顯示。
  
  配置的參數包含在LCDConf.h文件中,修改后的參數如下:
  
  #defineLCD_XSIZE320//X,Y大小
  
  #defineLCD_YSIZE240
  
  #defineLCDCOLOR//定義顯示模式
  
  #defineLCD_BITSPERPIXEL8//每個象素點的位數
  
  #defineLCD_SWAP_RB1//是否交換藍色分量和紅色分量
  
  #defineLCD_FIXEDPALETTE332//調色板模式,本例使用3紅,3綠,2藍
  
  #defineLCD_MAX_LOG_COLORS(256)//zui大的邏輯顏色數
  
  以上是對LCD各配置參數的修改,接下來將完成LCD驅動API函數。其偽代碼如下:
  
  U32BUFFER[LCD_YSIZE][LCD_XSIZE/4]//定義顯存,對顯存操作直接反映到LCD上
  
  intLCD_L0_Init(void){//LCD初始化函數
  
  關閉LCD;
  
  設定S3C44B0XLCD控制寄存器;
  
  打開LCD;
  
  return0;
  
  }
  
  voidLCD_SetPixel(BUFFER,x,y,color)//畫象素點函數
  
  BUFFER[(y)][(x)/4]=((BUFFER[(y)][(x)/4]&(~(0xff000000>>((x)%4)*8)))|((c)<<((4-1-((x)%4))*8)));
  
  另外,在uc/os-ii操作系統中也需要建立一個單獨的任務對GUI_Exec()函數進行調用,以保證屏幕的及時刷新,給此屏幕刷新任務分配一個盡量低的優先級,確保核心任務的實時性。實現方式如下:
  
  voidTask_LCDfresh(void*id){//該任務完成屏幕刷新
  
  while(1){GUI_Exec();//完成屏幕刷新
  
  GUI_X_ExecIdle();}//空閑任務
  
  }
  
  3.3uc/os-ii接口文件的編寫
  
  uc/os-ii下使用uC/GUI需要提供一些內核接口函數,來實現任務間同步。接口函數實現如下:
  
  staticOS_EVENT*DispSem;//uC/GUI使用的信號量
  
  intGUI_X_GetTime(void)//獲得當前時間
  
  {return((int)OSTimeGet());}
  
  voidGUI_X_Delay(intperiod)//uC/GUI中的時間延時
  
  {INT32Uticks;
  
  ticks=(period*1000)/OS_TICKS_PER_SEC;
  
  OSTimeDly(ticks);}
  
  voidGUI_X_InitOS(void)//初始化信號量
  
  {DispSem=OSSemCreate(1);}
  
  voidGUI_X_Lock(void)//鎖定GUI任務
  
  {INT8Uerr;
  
  OSSemPend(DispSem,0,&err);}
  
  voidGUI_X_Unlock(void){//解除鎖定
  
  OSSemPost(DispSem);
  
  }
  
  U32GUI_X_GetTaskId(void){//返回當前任務的ID號
  
  return((U32)(OSTCBCur->OSTCBPrio));
  
  }
  
  有了這些內核接口函數,就可以使uC/GUI運行于uc/os-ii系統上。通過任務調度來實現各個任務間的協調工作,在任務建立時注意不要超出GUI/Core/guitask.c中規定的任務zui大數GUI_MAXTASK。
  
  4、中文小字庫的實現
  
  uC/GUI帶有多種常用的ASCII字體,也支持UNICODE字符顯示。移植GUI目的就是使人機界面友好﹑方便操作,所以對于國內用戶來說裝入漢字庫是必須的。由于嵌入式系統內存資源十分有限,而整個漢字庫又十分龐大,裝入漢字庫就意味著要犧牲很多的內存空間。基于上述考慮本文提出了建立自己的小型漢字庫,不但解決了漢字顯示問題還節約了寶貴的內存空間。接下來重點講述小型漢字庫的創建方法及其相關程序代碼。
  
  uC/GUI的文字顯示是通過查找字模的方式實現。字庫中每一個字母都有其對應的字模,所有字母的字模都是由GUI_FONT和GUI_FONT_PROP這兩個結構體來統一管理。從漢字庫中選出所必須的漢字,組成自己的漢字庫,選出的漢字其機內碼可能是不連續的,這樣必須要為每一個漢字建立一個GUI_FONT_PROP結構,再將它們鏈接成鏈表。此種方法比較煩瑣,要為每個漢字都建立一個鏈表結構。本文提出了一種新的構造方式,即采取自定義的編碼。自定義的編碼也是兩個字節,但這些編碼必須是連續的,這樣就將不連續的漢字機內碼映射到此連續區域。此時只需要建立一個GUI_FONT_PROP結構就可以管理所有的漢字了。比如要實現“參數設置”這四個漢字,具體實現的偽代碼如下:
  
  /*參*/
  
  GUI_FLASHconstunsignedcharacFontHZ12_b2ce[24]={……………}//漢字“參”的點陣
  
  /*數*/
  
  GUI_FLASHconstunsignedcharacFontHZ12_cafd[24]={……………}//漢字“數”的點陣
  
  /*設*/
  
  GUI_FLASHconstunsignedcharacFontHZ12_c9e8[24]={……………}//漢字“設”的點陣
  
  /*置*/
  
  GUI_FLASHconstunsignedcharacFontHZ12_d6c3[24]={……………}//漢字“置”的點陣
  
  GUI_FLASHconstGUI_CHARINFOGUI_FontHZ12_CharInfo[4]={//建立自己的漢字庫
  
  {12,12,2,(voidGUI_FLASH*)&acFontHZ12_b2ce},//參0xa1a1
  
  {12,12,2,(voidGUI_FLASH*)&acFontHZ12_cafd},//數0xa1a2
  
  {12,12,2,(voidGUI_FLASH*)&acFontHZ12_c9e8},//設0xa1a3
  
  {12,12,2,(voidGUI_FLASH*)&acFontHZ12_d6c3}//置0xa1a4
  
  };
  
  GUI_FLASHconstGUI_FONT_PROPGUI_FontHZ12_Propa2={
  
  0xa1a1,//映射地址起始位置
  
  0xa1fe,//映射地址結束位置
  
  &GUI_FontHZ12_CharInfo[0],//字模代碼入口位置
  
  0
  
  };
  
  GUI_FLASHconstGUI_FONTGUI_FontHZ12={
  
  GUI_FONTTYPE_PROP_SJIS,//字體類型
  
  12,//字體的高度
  
  12,//字體Y軸的間距
  
  1,//Y軸的放大倍數
  
  1,//X軸的放大倍數
  
  (voidGUI_FLASH*)&GUI_FontHZ12_Propa2
  
  };
  
  完成上述代碼后,再將GUIConfig.h中的GUI_DEFAULT_FONT設置為:&GUI_FontHZ12;在GUI/Core/GUI.H中定義:externconstGUI_FONTGUI_FontHZ12;至此移植的主要工作已完成,將修改后的代碼加入工程中一起編譯,漢字就能顯示在LCD屏幕上了。
  
  5、uC/GUI應用實例
  
  本文中數據采集主要是對離子信號采集,并將采集到的信號進行繪圖。對于采集時的各種參數需要人工設置,包括:觸發方式﹑采集間隔﹑脈沖寬度﹑顯示時間﹑累加次數﹑平均次數。另一種需要采集的是溫度,包括:樣品溫度﹑腔體溫度﹑尾部溫度﹑擴散內溫﹑擴散外溫。
  
  控制系統界面如圖(2)、圖(3)所示,圖(2)為系統的主界面,通過各種按鈕能夠進入相應的子窗口。圖(3)是溫度監測界面,將采集到的溫度值顯示在編輯框內。
  
  圖(2)系統主界面
  
  圖(3)溫度監測界面
  
  6、結束語
  
  具體應用證明,uC/GUI結構緊湊,功能完善,支持多種硬件平臺,在多任務環境下工作穩定可靠,非常適合做uC/OS-ii的圖形用戶界面。而且uC/GUI還提供了幾個非常有用的工具軟件,其中包括一個仿真器,它使得在進行移植工作的同時,就可以在仿真器上進行軟件界面部分的程序編寫,給整個軟件的編寫提供了有力的支持,加快了整個系統的開發速度。另外,uc/GUI強大的圖形功能,使人機界面更加豐富、友好,使其在嵌入式系統中得到了廣泛應用。

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