基于uc/os-ii的嵌入式GUI研究與應用

　　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：　　　　
　　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：
　　　　　　
　　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。　　　　　　
　　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。