摘要：為了使便攜式心電監(jiān)護儀具有友好的人機交互和方便的顯示，移植了一個GUI界面系統(tǒng)。以DE2-70配套開發(fā)板為驗證平 臺，TFTLCD IP核是在QuartusⅡ9．0軟件平臺下，使用Verilog在FPGA上用硬件邏輯電路進行設計。該IP核是利用QuartusⅡ開發(fā)和其集成的 SOPC Builder系統(tǒng)開發(fā)工具而設計的。μC／GUI則是在配套開發(fā)軟件NiosⅡIDE中進行移植實現(xiàn)。實驗結果表明，μC／GUI界面系統(tǒng)成功運行在開 發(fā)板上，可實現(xiàn)窗口管理、在指定位置顯示文字和顯示圖片等功能。
關鍵詞：μC／GUI；TFT LCD IP；SOPC；移植；NiosⅡ
便攜式醫(yī)療監(jiān)護儀已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?。便攜式設備是由硬件與軟件緊湊組合的一個單元模塊，是一種體積小、智能化程度高、功能全、使用靈 活、操作方便的便攜機，適合家庭使用、外出攜帶等用途。為了使便攜式心電監(jiān)護儀實現(xiàn)友好的人機交互和更加方便的顯示，這里提出一種GUI界面系統(tǒng)設計，就 是在基于NiosⅡ處理器的嵌入式平臺上實現(xiàn)μC／GUI的移植，使之實現(xiàn)系統(tǒng)功能。
1 μC／GUI的系統(tǒng)移植
1．1 μC／GUI簡介及可移植性分析
μC／GUI是Micrium公司開發(fā)的通用的嵌入式圖形用戶界面軟件，其中圖形用戶接口GUI(Graphical User Interface)。該界面軟件被設計用于為任何使用一個圖形LCD的應用提供一個有效的不依賴于處理器和LCD控制器的圖形用戶接口。它能工作于單任 務或多任務的系統(tǒng)環(huán)境下。μC／GUI適用于使用任何LCD控制器和CPU的任何尺寸的物理和虛擬顯示，具有源代碼開放及模塊化設計的特點。
μC／GUI的代碼全部用ANSI的C語言編寫的，具有很強的移植性。由于μC／GUI采用分層結構，即具有驅動接口層和應用層，因此可方便地移植到各種 CPU下使用。μC／GUI對各類圖像LCD顯示器具有良好的支持，并且有常見的2D圖形庫和窗口管理功能，而且消耗較少的系統(tǒng)資源，占用RAM和ROM 的空間很小。在典型的應用中，μC／GUI需要的資源如表1所示。由表1可見，運行μC／GUI需要的系統(tǒng)資源不是很多，并支持幾乎所有類型的CPU與大 多數(shù)的LCD模塊，μC／GUI的源代碼規(guī)模適中，移植過程中可將不需要的代碼進行剔除，而且結構層次清晰，因此適合用于嵌入式系統(tǒng)中。
1．2 μC／GUI移植原理
嵌入式用戶圖形界面系統(tǒng)μC／GUI與嵌入式實時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ都是美國Micrium公司產(chǎn)品，μC／GUI能更輕易地在 μC／OS-Ⅱ上應用，實現(xiàn)與μC／0S-Ⅱ的無縫結合。在NiosⅡ嵌入式系統(tǒng)中，Altera公司已經(jīng)將μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)移植成功并且提供使 用，所做的工作是將μC／GUI移植到NiosⅡ嵌入式平臺之上，使其能與μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)結合使用，采用μC／GUI 3．98版本的源代碼進行移植。
μC／GUI的軟件體系結構如圖1所示，μC／GUI函數(shù)庫為用戶程序提供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GUIConf．h文件進行配置，包括內(nèi)存設備，窗口管理器，支持操作系統(tǒng)、觸摸屏，以及配置動態(tài)內(nèi)存的大小等。在移植中，需要根據(jù)系統(tǒng)需要以外設所支持的功能對GUIConf．h文件進行配置。
在LCDConf．h文件中定義了與硬件有關的各種屬性，如液晶的大小、顏色以及與液晶的接口函數(shù)。而LCD驅動文件則負責把μC／GUI的各種函數(shù)解釋 成LCDConf.h文件定義的液晶接口函數(shù)，這個文件與具體的硬件連接無關。在移植時，需要對LCDConf．h文件進行配置，并針對LCD控制器編寫 相應的LCD驅動文件。[!--empirenews.page--]
2 μC／GUI在NiOSⅡ上的移植設計
2．1 TFT LCD IP核結構
μC／GUI的移植是基于IP核的移植，編寫TFT LCD控制器，所以移植時，在底層配置文件，參數(shù)的配置要和TFT LCDIP的相關參數(shù)相匹配，否則不可能移植成功，該IP核的結構如圖2所示。
液晶屏采用臺灣統(tǒng)寶公司的TRDB_LCM 3．6寸屏，該屏的分辨率是320x240，支持24位色，也就是RGB888模式，但是由于Avalon總線支持傳輸數(shù)據(jù)寬度的差異，因此只用16位 色，即RGB為565的模式。由于DE2-70有2個32 MB的SDRAM，所以拿使用其中一塊作為數(shù)據(jù)的存儲器，Nio-sⅡ處理器將圖像數(shù)據(jù)寫入該SDRAM中，在NiosⅡIDE中用軟件控制緩沖器的開 啟，當開啟緩沖器之后，該BUFFER會源源不斷地讀取SDRAM中的數(shù)據(jù)，為避免讀數(shù)據(jù)和NiosⅡ處理器向其中寫入數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突，Avalon總線 自動在二者之間加入了一個Arbitrator仲裁模塊來決定執(zhí)行哪個操作。
配置LCD采用3線串行總線配置LCD，緩沖器以Avalon存儲器映像主機的方式從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)，然后以Avalon Streaming Soume的方式把這些數(shù)據(jù)傳送到LCD控制器上，LCD控制器是以Avalon Streaming Sink的方式接收從緩沖器傳來的數(shù)據(jù)，LCD控制器生成時序，在適當時候將數(shù)據(jù)送出到TFT LCD屏上顯示。
2．2 移植過程
2. 2．1 μC／GUI的文件組織結構
μC／GUI是以ANSI C源碼包的形式提供的。源碼包由配置文件目錄(Config)和庫函數(shù)目錄(GUI)2個文件目錄組成。在Config目錄中包含了LCDConf．h、GUITouchConf．h、GUIConf．h 3個配置文件，這3個文件分別用于LCD底層接口的配置、觸摸屏底層接口的配置以及μC／GUI自身的配置。在GUI目錄中的庫函數(shù)文件按照不同功能又分成若干子目錄如圖3所示，各子目錄所實現(xiàn)的功能如表2所示。
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2．2．2 移植過程
首先建立一個硬件系統(tǒng)，采用Altera公司的QuartusⅡ9．0版本的配套軟件，硬件系統(tǒng)在QuartusⅡ集成的 SOPCBuilder系統(tǒng)開發(fā)工具中建立，添加NiosⅡ處理、JTAG調(diào)試模塊、添加定時器SDRAM控制器、BUFFER IP、TFT LCD IP以及其他部分組件，最后生成一個硬件系統(tǒng)。然后在NiosⅡIDE環(huán)境下針對該系統(tǒng)建立一個TFT LCD軟件工程，并且將μC／GUI有關的源代碼拷貝到工程目錄下，修改LCDConf．h、GUIConf． h、LCDLin32．c以及GUI_X_uCOS.c文件，使之與LCD控制相匹配，在該系統(tǒng)中，LCD采用16位數(shù)據(jù)總線，而CPU是32位的 NiosⅡ軟核處理器，先查看一下μC／GUI所支持的數(shù)據(jù)寬度信息，其數(shù)據(jù)寬度和NiosⅡ處理器所支持的寬度基本吻合，只要在改動代碼時注意就可以。 以下是具體的代碼實現(xiàn)情況：
因為這里是基于TFT LCD IP核的移植，所以要定義LCD的讀寫函數(shù)，即LCD_READ_MEM(Off)和LCD_WRITE_MEM(Off，data)以及顯示緩存區(qū)的起 始位置，讀寫函數(shù)中的Off和data都是32位的無符號數(shù)，而操作函數(shù)IORD_32DIRECT()以及IOWR_32DIRECT()都是一次執(zhí)行 32位數(shù)的操作，剛好和NiosⅡ處理器的數(shù)據(jù)寬度相匹配。由于支持μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，所以要對GUI_X_uCOS．c文件進行修改，增加系統(tǒng)延 時函數(shù)OSTimeDly(1)，使之能與μC／OSⅡ操作系統(tǒng)實現(xiàn)無縫銜接，以及3個子函數(shù)，void GUI_X_Log(const char*s){GUI_USE_PARA (s)；}；void GUI_X_Warn
(const char*s){GUI_USE_PARA(s)；}；void GUI_X_ErrorOut(const char*s){ GUI_USE_PARA(s)；}；LCDLin32．e是對應3200型號控制器的驅動文件，由于在LCDConf．h中已經(jīng)對用到的參量進行設置，所以無需修改，剩下的工作就是把不用的文件進行剔除，以減少編譯時產(chǎn)生多余的代碼量。
3 移植驗證
在NiosⅡIDE環(huán)境下修改配置文件以及驅動文件，然后編譯該系統(tǒng)，系統(tǒng)編譯成功，編譯成功之后還有MICRIUM公司的聯(lián)系方式，這個是提醒用戶該系列軟件如果要用于商業(yè)目的是需要買license的，用于研究目的是免費的。
圖片驗證是采用μC／GUI自帶的位圖轉換工具uC-GUI-BitmapConvert．exe，該工具可以將．bmp格式圖片轉換成指定的C語言數(shù)組 的形式保存，例如將蘭博基尼跑車標志的圖片轉換成RGB565的格式進行保存，加入工程，編譯工程，然后下載驗證，如圖4所示。窗口管理組件驗證采用代碼 包中自帶的一個測試代碼，其效果如圖5所示。實驗結果表明，移植是成功的。
4 結論
本文介紹了μC／GUI界面系統(tǒng)，以及NiosⅡ嵌入式系統(tǒng)，詳細介紹了移植的過程，以及最終實現(xiàn)移植。實驗結果表明，在嵌入式系統(tǒng)中使 用μC／GUI進行人機界面的開發(fā)，不但移植簡單、使用靈活，而且功能強大，穩(wěn)定高效，大大降低了在嵌入式系統(tǒng)中開發(fā)圖形人機界面的復雜程度，而且 μC／GUI還提供了幾個非常實用的工具軟件，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，加快了整 個系統(tǒng)的開發(fā)進度。還有位圖轉換工具，可以輕松地將圖片轉換成C語言數(shù)組的形式保存，方便界面開發(fā)。μC ／GUI還支持其他PS2鼠標、PS2鍵盤、觸摸屏，包含豐富的繪圖庫、動畫顯示優(yōu)化、還可以自己加入中文字體，通過使用μC／GUI的各項功能，相信可 以在嵌入式系統(tǒng)中開發(fā)出功能強大的人機界面，而且在嵌入式系統(tǒng)中有很好的應用前景。
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