基于uc/os-ii的嵌入式GUI研究与应用

　　摘要：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。

       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、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zui大的特点，占用很小的系统资源，易于移植，功能强大；可以运行在uc/os-ii操作系统中；采用了的ANSIC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ANSIC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。
　　
　　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：
　　
　　voidGUI_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：
　　
　　voidTask_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：
　　
　　#defineLCD_XSIZE320//X,Y大小
　　
　　#defineLCD_YSIZE240
　　
　　#defineLCDCOLOR//定义显示模式
　　
　　#defineLCD_BITSPERPIXEL8//每个象素点的位数
　　
　　#defineLCD_SWAP_RB1//是否交换蓝色分量和红色分量
　　
　　#defineLCD_FIXEDPALETTE332//调色板模式，本例使用3红，3绿，2蓝
　　
　　#defineLCD_MAX_LOG_COLORS（256）//zui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：
　　
　　U32BUFFER[LCD_YSIZE][LCD_XSIZE/4]//定义显存,对显存操作直接反映到LCD上
　　
　　intLCD_L0_Init（void）{//LCD初始化函数
　　
　　关闭LCD；
　　
　　设定S3C44B0XLCD控制寄存器；
　　
　　打开LCD；
　　
　　return0;
　　
　　}
　　
　　voidLCD_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：
　　
　　voidTask_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
　　
　　}
　　
　　3.3uc/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：
　　
　　staticOS_EVENT*DispSem;//uC/GUI使用的信号量
　　
　　intGUI_X_GetTime（void）//获得当前时间
　　
　　{return（（int）OSTimeGet（））;}
　　
　　voidGUI_X_Delay（intperiod）//uC/GUI中的时间延时
　　
　　{INT32Uticks;
　　
　　ticks=（period*1000）/OS_TICKS_PER_SEC;
　　
　　OSTimeDly（ticks）;}
　　
　　voidGUI_X_InitOS（void）//初始化信号量
　　
　　{DispSem=OSSemCreate（1）;}
　　
　　voidGUI_X_Lock（void）//锁定GUI任务
　　
　　{INT8Uerr;
　　
　　OSSemPend（DispSem,0,&err）;}
　　
　　voidGUI_X_Unlock（void）{//解除锁定
　　
　　OSSemPost（DispSem）;
　　
　　}
　　
　　U32GUI_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zui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_FLASHconstunsignedcharacFontHZ12_b2ce[24]={……………}//汉字“参”的点阵
　　
　　/*数*/
　　
　　GUI_FLASHconstunsignedcharacFontHZ12_cafd[24]={……………}//汉字“数”的点阵
　　
　　/*设*/
　　
　　GUI_FLASHconstunsignedcharacFontHZ12_c9e8[24]={……………}//汉字“设”的点阵
　　
　　/*置*/
　　
　　GUI_FLASHconstunsignedcharacFontHZ12_d6c3[24]={……………}//汉字“置”的点阵
　　
　　GUI_FLASHconstGUI_CHARINFOGUI_FontHZ12_CharInfo[4]={//建立自己的汉字库
　　
　　{12,12,2,（voidGUI_FLASH*）&acFontHZ12_b2ce},//参0xa1a1
　　
　　{12,12,2,（voidGUI_FLASH*）&acFontHZ12_cafd},//数0xa1a2
　　
　　{12,12,2,（voidGUI_FLASH*）&acFontHZ12_c9e8},//设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,//映射地址结束位置
　　
　　&GUI_FontHZ12_CharInfo[0],//字模代码入口位置
　　
　　0
　　
　　};
　　
　　GUI_FLASHconstGUI_FONTGUI_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
　　
　　（voidGUI_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：externconstGUI_FONTGUI_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。