嵌入式圖形用戶界面在S3C44B0X上的移植
嵌入式圖形用戶界面在S3C44B0X上的移植
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關鍵詞： μC/GUI 實時操作系統 接口 S3C44B0X 移植
1 引言
如今隨著信息化、智能化、網絡化的迅速發展，嵌入式系統已被廣泛應用在消費電子、工業應用、軍事國防、網絡設備等領域。μC/GUI作為一個通用的嵌入式應用的圖形模塊，它在嵌入式系統中的作用也顯得的越來越重要。 μC/GUI是一個源代碼開放的圖形系統，它提供了豐富的資源，包括二維繪圖庫、多字體及可擴充字符集、Unicode、位圖顯示、多級RGB及灰度調整、動畫優化顯示、具有Windows風格的對話框和預定義控件(按鈕、編輯框、列表框等)，以及對鍵盤、鼠標、觸摸屏等輸入設備和雙LCD輸出的支持，目前在具有圖形界面的嵌入式產品中得到越來越廣泛地應用。
2 通用嵌入式圖形模塊uC/GUI
μC/GUI是一個通用的嵌入式應用的圖形模塊，它是美國Micrium公司開發的一種高效的、與處理器和LCD控制器獨立的通用GUI，可以適用各種CPU和LCD，在單任務和多任務操作系統中，它都可以工作得很好。它具有驅動接口層和應用層，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下。
2.1 μC/GUI特點
(1) 支持任何8位、16位和32位的CPU，只要求CPU具有相應的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，并不限制與字節長度的整數倍數地址。
(4) 所有程序在長度和速度方面都進行了優化，結構清晰。
(5) 對于慢速的LCD控制器，可以使用緩沖存儲器減少訪問時間，提高顯示速度[1]。
因為μC/GUI具有這些優點，它越來越受到更多嵌入式設計者的青睞。
2.2 μC/OS-II介紹
在嵌入式系統的開發過程中，選擇操作系統與選擇開發平臺一樣的重要。雖然不是一個完整的實時操作系統，只是一個實時內核，但與其它操作系統比起來它具有很多優點因而得到了廣泛的應用。首先它是一種結構簡單、源代碼公開的操作系統，適合所有的開發者使用;它具有可移植性，它的絕大部分源碼都是用移植性很強的 ANSI _C編寫，與微處理器硬件相關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，對于嵌入式設計者來講的，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品中去。設計者還可以根據系統應用程序的需要對μC/OS-II進行相應的裁剪來減少產品中的μC/OS-II所需的存儲器空間，這可以通過條件編譯來實現。
2.3 μC/GUI接口
μC/GUI 是運行于操作系統之上的程序，它既需要與操作系統的協調，又需要與各種輸入輸出設備的協調，來實現用戶層與應用程序層的聯結，即通過輸入設備接收用戶請求、通過輸出設備反映微處理器的響應。因此在這一過程中GUI至少要與3個對象打交道:輸入設備、輸出設備和操作系統。因此μC/GUI接口主要包括2 個，與操作系統的接口和與輸入輸出設備的接口，這也正是在移植μC/GUI的過程中所要解決的關鍵問題。
對于操作系統，GUI作為操作系統的一個顯示任務接受操作系統的調度，μC/GUI提供了與操作系統的接口支持。與操作系統的接口主要解決系統實時性的要求。對于用戶輸入，μC/GUI提供了鍵盤、鼠標以及觸摸屏等支持，對于輸出設備GUI反映微處理器的響應給用戶是通過LCD輸出圖像來完成的，對于不同型號和顯示原理的LCD要編制相應的驅動程序。
3 uC/GUI在基于S3C44B0X的μC/OS-II上移植
3.1 S3C44B0X 微處理器和開發平臺簡介
這里硬件開發平臺的微處理器選擇三星公司的S3C44B0X，實時操作系統選擇移植性較強的μC/OS-II。
S3C44B0X 微處理器是三星公司專為手持設備和一般應用提供的一款高性價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定時器和一個內部定時器、71個I/O口、8個外部中斷源、實時時鐘等[3]。
移植的目標平臺的液晶模塊使用320×240分辨率, 通過總線的形式連接在S3C44B0X的Bank3上, 并在系統的內存區開辟了一塊內存作為液晶顯示的后臺緩存。
要成功將μC/GUI移植到該平臺上一般要解決以下幾方面的問題。
3.2 μC/GUI與操作系統的接口相關部分的修改
μC/GUI 在與μC/OS-II結合應用時通常被分為幾個小的顯示任務，由于每個顯示任務都共用一個GUI_Context上下文變量，在操作系統進行任務切換時一個GUI任務對上下文的操作可能被另外一個GUI任務打斷，此時新的GUI任務對上下文的操作是在被中斷任務的上下文基礎上進行的，這樣前一個任務的信息會被后一個任務所使用，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在設計時是通過上鎖和解鎖來解決此問題。其過程是通過在關鍵區域入口設置GUI_X_Lock()以獲得專一訪問權，用完后在出口處設置GUI_X_ Unlock()讓出資源，達到多個GUI任務對同一數據在關鍵區域內訪問的互斥。
在μC/GUI移植到μC/OS-II的過程中，則需要利用操作系統實現資源互斥的系統調用對上述宏進行替換，這涉及到3個任務調度函數的重新定義:
void GUI_X_InitOS (void);
/*任務初始化*/
void GUI_X_Lock (void);
/*任務鎖定*/
void GUI_X_Unlock (void);
/*任務解鎖*/
此外μC/GUI還用到μC/OS-II中的延時調用，通過在GUI_X_Delay()中調用μC/OS-II的OSTimeDly()實現延時和任務切換。這涉及到2個系統時間接口函數的定義:
int GUI_X_GetTime (void);
/*取系統時間*/
void GUI_X_Delay (int ms);
/*延時函數*/
3.3 μC/GUI與輸入輸出設備驅動接口模塊設計
本文以LCD驅動接口模塊設計為例介紹在μC/GUI移植過程中LCD驅動程序的編寫，以最終實現圖形顯示。
驅動程序主要是LCD初始化，這個函數完成對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);
/* 關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;
/* 設置紅綠藍三色的顏色值*/
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驅動以后, 再設置相應的中斷服務子程序(IS), μC/GU I就可以穩定地運行在μC/OS-II和目標平臺之上了。
3.4 μC/GUI配置文件參數的修改
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結合LCD在基于S3C44B0X的μC/OS-II上的移植。如果涉及到輸入設備鍵盤、鼠標以及觸摸屏的移植還要編寫相應的驅動程序和其相關參數的修改。
4 結束語
本文詳細介紹了嵌入式圖形用戶界面在基于μC/OS-II目標平臺上的移植過程，實際表明在具有圖形界面的嵌入式系統的開發中，采用基于μC/OS-II的圖形系統μc/GUI，移植簡便、使用方便靈活，目前基于 μC/OS-II的μc/GUI系統已成功移植到了系統效率測試儀上，系統的電能參數(電流、電壓、功率)可以實時采集和實時波形顯示;參數設置以菜單、編輯框的形式實現，界面的切換以窗口的形式實現。充分利用了μc/GUI強大的圖形功能，使人機界面更加豐富、友好。實踐表明系統具有良好的實時性和穩定性。
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