嵌入式圖形用戶界面在S3C44B0X上的移植

 1 引言

如今隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用在消費(fèi)電子、工業(yè)應(yīng)用、軍事國防、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。μC/GUI作為一個(gè)通用的嵌入式應(yīng)用的圖形模塊，它在嵌入式系統(tǒng)中的作用也顯得的越來越重要。 μC/GUI是一個(gè)源代碼開放的圖形系統(tǒng)，它提供了豐富的資源，包括二維繪圖庫、多字體及可擴(kuò)充字符集、Unicode、位圖顯示、多級(jí)RGB及灰度調(diào)整、動(dòng)畫優(yōu)化顯示、具有Windows風(fēng)格的對(duì)話框和預(yù)定義控件(按鈕、編輯框、列表框等)，以及對(duì)鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏等輸入設(shè)備和雙LCD輸出的支持，目前在具有圖形界面的嵌入式產(chǎn)品中得到越來越廣泛地應(yīng)用。

2 通用嵌入式圖形模塊uC/GUI

μC/GUI是一個(gè)通用的嵌入式應(yīng)用的圖形模塊，它是美國Micrium公司開發(fā)的一種高效的、與處理器和LCD控制器獨(dú)立的通用GUI，可以適用各種CPU和LCD，在單任務(wù)和多任務(wù)操作系統(tǒng)中，它都可以工作得很好。它具有驅(qū)動(dòng)接口層和應(yīng)用層，全部代碼采用ANSI _C編寫，提供源代碼，可以方便的移植到各種平臺(tái)下。

2.1 μC/GUI特點(diǎn)

(1) 支持任何8位、16位和32位的CPU，只要求CPU具有相應(yīng)的ANSI_C編譯器即可。

(2) 所有硬件接口定義都使用可配置的宏。

(3) 字符、位圖可顯示與LCD的任意點(diǎn)，并不限制與字節(jié)長度的整數(shù)倍數(shù)地址。

(4) 所有程序在長度和速度方面都進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)構(gòu)清晰。

(5) 對(duì)于慢速的LCD控制器，可以使用緩沖存儲(chǔ)器減少訪問時(shí)間，提高顯示速度[1]。

因?yàn)?mu;C/GUI具有這些優(yōu)點(diǎn)，它越來越受到更多嵌入式設(shè)計(jì)者的青睞。

2.2 μC/OS-II介紹

在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，選擇操作系統(tǒng)與選擇開發(fā)平臺(tái)一樣的重要。雖然不是一個(gè)完整的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，只是一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，但與其它操作系統(tǒng)比起來它具有很多優(yōu)點(diǎn)因而得到了廣泛的應(yīng)用。首先它是一種結(jié)構(gòu)簡單、源代碼公開的操作系統(tǒng)，適合所有的開發(fā)者使用;它具有可移植性，它的絕大部分源碼都是用移植性很強(qiáng)的 ANSI _C編寫，與微處理器硬件相關(guān)的部分采用匯編語言編寫，很容易被移植到各種微處理器上;它還具有可固化和可裁剪等特點(diǎn)，對(duì)于嵌入式設(shè)計(jì)者來講的，只要擁有固化手段(C編譯、連接、下載和固化)，就可以很方便將其嵌入到產(chǎn)品中去。設(shè)計(jì)者還可以根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用程序的需要對(duì)μC/OS-II進(jìn)行相應(yīng)的裁剪來減少產(chǎn)品中的μC/OS-II所需的存儲(chǔ)器空間，這可以通過條件編譯來實(shí)現(xiàn)。

2.3 μC/GUI接口

μC/GUI 是運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上的程序，它既需要與操作系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，又需要與各種輸入輸出設(shè)備的協(xié)調(diào)，來實(shí)現(xiàn)用戶層與應(yīng)用程序?qū)拥穆?lián)結(jié)，即通過輸入設(shè)備接收用戶請(qǐng)求、通過輸出設(shè)備反映微處理器的響應(yīng)。因此在這一過程中GUI至少要與3個(gè)對(duì)象打交道:輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和操作系統(tǒng)。因此μC/GUI接口主要包括2 個(gè)，與操作系統(tǒng)的接口和與輸入輸出設(shè)備的接口，這也正是在移植μC/GUI的過程中所要解決的關(guān)鍵問題。

對(duì)于操作系統(tǒng)，GUI作為操作系統(tǒng)的一個(gè)顯示任務(wù)接受操作系統(tǒng)的調(diào)度，μC/GUI提供了與操作系統(tǒng)的接口支持。與操作系統(tǒng)的接口主要解決系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。對(duì)于用戶輸入，μC/GUI提供了鍵盤、鼠標(biāo)以及觸摸屏等支持，對(duì)于輸出設(shè)備GUI反映微處理器的響應(yīng)給用戶是通過LCD輸出圖像來完成的，對(duì)于不同型號(hào)和顯示原理的LCD要編制相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。

3 uC/GUI在基于S3C44B0X的μC/OS-II上移植

3.1 S3C44B0X 微處理器和開發(fā)平臺(tái)簡介

這里硬件開發(fā)平臺(tái)的微處理器選擇三星公司的S3C44B0X，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)選擇移植性較強(qiáng)的μC/OS-II。

S3C44B0X 微處理器是三星公司專為手持設(shè)備和一般應(yīng)用提供的一款高性價(jià)比的微處理器解決方案，它采用ARM 7TDM I核，工作在66MHz，為減少外圍件, 該芯片集成了8KB的Cache、LCD控制器、5通道PWM定時(shí)器和一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器、71個(gè)I/O口、8個(gè)外部中斷源、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等[3]。

移植的目標(biāo)平臺(tái)的液晶模塊使用320×240分辨率, 通過總線的形式連接在S3C44B0X的Bank3上, 并在系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)開辟了一塊內(nèi)存作為液晶顯示的后臺(tái)緩存。

要成功將μC/GUI移植到該平臺(tái)上一般要解決以下幾方面的問題。

3.2 μC/GUI與操作系統(tǒng)的接口相關(guān)部分的修改

μC/GUI 在與μC/OS-II結(jié)合應(yīng)用時(shí)通常被分為幾個(gè)小的顯示任務(wù)，由于每個(gè)顯示任務(wù)都共用一個(gè)GUI_Context上下文變量，在操作系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)切換時(shí)一個(gè)GUI任務(wù)對(duì)上下文的操作可能被另外一個(gè)GUI任務(wù)打斷，此時(shí)新的GUI任務(wù)對(duì)上下文的操作是在被中斷任務(wù)的上下文基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這樣前一個(gè)任務(wù)的信息會(huì)被后一個(gè)任務(wù)所使用，有些基本信息作為公用信息需要被共用，而有些信息在處理過程中是不能被打斷的。這就存在資源互斥的問題。

μC/GUI在設(shè)計(jì)時(shí)是通過上鎖和解鎖來解決此問題。其過程是通過在關(guān)鍵區(qū)域入口設(shè)置GUI_X_Lock()以獲得專一訪問權(quán)，用完后在出口處設(shè)置GUI_X_ Unlock()讓出資源，達(dá)到多個(gè)GUI任務(wù)對(duì)同一數(shù)據(jù)在關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)訪問的互斥。

在μC/GUI移植到μC/OS-II的過程中，則需要利用操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源互斥的系統(tǒng)調(diào)用對(duì)上述宏進(jìn)行替換，這涉及到3個(gè)任務(wù)調(diào)度函數(shù)的重新定義:

void GUI_X_InitOS (void);

/*任務(wù)初始化*/

void GUI_X_Lock (void);

/*任務(wù)鎖定*/

void GUI_X_Unlock (void);

/*任務(wù)解鎖*/

此外μC/GUI還用到μC/OS-II中的延時(shí)調(diào)用，通過在GUI_X_Delay()中調(diào)用μC/OS-II的OSTimeDly()實(shí)現(xiàn)延時(shí)和任務(wù)切換。這涉及到2個(gè)系統(tǒng)時(shí)間接口函數(shù)的定義:

int GUI_X_GetTime (void);

/*取系統(tǒng)時(shí)間*/

void GUI_X_Delay (int ms);

/*延時(shí)函數(shù)*/

3.3 μC/GUI與輸入輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口模塊設(shè)計(jì)

本文以LCD驅(qū)動(dòng)接口模塊設(shè)計(jì)為例介紹在μC/GUI移植過程中LCD驅(qū)動(dòng)程序的編寫，以最終實(shí)現(xiàn)圖形顯示。

驅(qū)動(dòng)程序主要是LCD初始化，這個(gè)函數(shù)完成對(duì)44B0X LCD控制器的配置、顯存的映射等。這里還是以320×240彩色LCD為例介紹一下初始化程序的編寫。具體如下:

void LCD_Init(void)

{

int i;

LCD_DisplayOpen(FALSE);[!--empirenews.page--]

/* 關(guān)LCD顯示 */

for(i=0; i<320*240; i++)

/* 初始化顯存 */

*(pLCDBuffer256+i) = 0x0;

rPDATD = 0xff;;

/* PDATD[7 :0]: 此處初始化為0xff */

rPCOND = 0xaaaa;

/* PCOND[15:0]: 配置為功能端 */

rPUPD = 0x00;

/* PUPD [7 :0]: 允許相應(yīng)位的上拉電阻(0=允許, 1=禁止) */

rLCDCON1 = (0)|(DISMODE<<5)|(WDLY<<8)|(WLH<<10)|(CLKVAL<<12);

/* disable,8B_SNGL_SCAN,WDLY=16clk,WLH=16clk, CLKVAL="10"*/

rLCDCON2 = (LINEVAL)|(HOZVAL<<10)|(LINEBLANK<<21);

/* 彩色模式, LCDBANK="0xc000000", LCDBASEU="0x0" */

rLCDSADDR1= (MODESEL<<27) | (((U32)pLCDBuffer256>>22)<<21) |

M5D((U32)pLCDBuffer256>>1);

rLCDSADDR2= M5D(((U32)pLCDBuffer256+(LCDWIDTH*LCDHEIGHT))>>1) |

(MVAL<<21);

rLCDSADDR3= PAGEWIDTH | (OFFSIZE<<9);

rREDLUT = 0xfdb97531;

/* 設(shè)置紅綠藍(lán)三色的顏色值*/

rGREENLUT = 0xfdb97531;

rBLUELUT = 0xfb73;

rDITHMODE = 0x0;

rDP1_2 = 0xa5a5;

rDP4_7 = 0xba5da65;

rDP3_5 = 0xa5a5f;

rDP2_3 = 0xd6b;

rDP5_7 = 0xeb7b5ed;

rDP3_4 = 0x7dbe;

rDP4_5 = 0x7ebdf;

rDP6_7 = 0x7fdfbfe;

/* enable,8B_SNGL_SCAN,WDLY=16clk,WLH=16clk, CLKVAL="10"*/

rLCDCON1 = (1)|(DISMODE<<5)|(WDLY<<8)|(WLH<<10)|(CLKVAL<<12);

Delay(5000);

LCD_BkLight(TRUE);

/* 開背光 */

LCD_DisplayOpen(TRUE);

/* 打開LCD顯示 */

}

完成如上LCD驅(qū)動(dòng)以后, 再設(shè)置相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序(IS), μC/GU I就可以穩(wěn)定地運(yùn)行在μC/OS-II和目標(biāo)平臺(tái)之上了。

3.4 μC/GUI配置文件參數(shù)的修改

主要是LCDConf.h配置文件的修改，如果LCD選用320×240彩色，就要作如下修改LCDConf.h的內(nèi)容:

/*LCDConf.h*/

#ifndef LCDCONF_H

#define LCDCONF_H

#define LCD_XSIZE (320)

/* LCD水平分辨率 */

#define LCD_YSIZE (240)

/* LCD豎直分辨率 */

#define LCD_BITSPERPIXEL (8)

#endif

另外，還涉及到LCD寄存器常量的設(shè)置等這里不一一詳述。

到這里μc/GUI的移植基本完成。本文只介紹了μc/GUI結(jié)合LCD在基于S3C44B0X的μC/OS-II上的移植。如果涉及到輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)以及觸摸屏的移植還要編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和其相關(guān)參數(shù)的修改。

4 結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了嵌入式圖形用戶界面在基于μC/OS-II目標(biāo)平臺(tái)上的移植過程，實(shí)際表明在具有圖形界面的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中，采用基于μC/OS-II的圖形系統(tǒng)μc/GUI，移植簡便、使用方便靈活，目前基于 μC/OS-II的μc/GUI系統(tǒng)已成功移植到了系統(tǒng)效率測(cè)試儀上，系統(tǒng)的電能參數(shù)(電流、電壓、功率)可以實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)波形顯示;參數(shù)設(shè)置以菜單、編輯框的形式實(shí)現(xiàn)，界面的切換以窗口的形式實(shí)現(xiàn)。充分利用了μc/GUI強(qiáng)大的圖形功能，使人機(jī)界面更加豐富、友好。實(shí)踐表明系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。