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(guān)鍵詞： μC/GUI 實時操作系統(tǒng) 接口 S3C44B0X 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、多字體及可擴充字符集、Unicode、位圖顯示、多級RGB及灰度調(diào)整、動畫優(yōu)化顯示、具有Windows風(fēng)格的對話框和預(yù)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(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(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，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行了優(yōu)化，結(jié)構(gòu)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(yōu)點，它越來越受到更多嵌入式設(shè)計者的青睞。
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)平臺一樣的重要。雖然不是一個完整的實時操作系統(tǒng)，只是一個實時內(nèi)核，但與其它操作系統(tǒng)比起來它具有很多優(yōu)點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，對于嵌入式設(shè)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(chǎn)品中去。設(shè)計者還可以根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用程序的需要對μC/OS-II進行相應(yīng)的裁剪來減少產(chǎn)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(xiàn)。
2.3 μC/GUI接口
μC/GUI 是運行于操作系統(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個對象打交道: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，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。
對于操作系統(tǒng)，GUI作為操作系統(tǒng)的一個顯示任務(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(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，對于不同型號和顯示原理的LCD要編制相應(yīng)的驅(qū)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(fā)平臺簡介
這里硬件開發(fā)平臺的微處理器選擇三星公司的S3C44B0X，實時操作系統(tǒng)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(shè)備和一般應(yīng)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(nèi)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(tǒng)的內(nèi)存區(qū)開辟了一塊內(nèi)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(tǒng)的接口相關(guān)部分的修改
μC/GUI 在與μC/OS-II結(jié)合應(yīng)用時通常被分為幾個小的顯示任務(wù)，由于每個顯示任務(wù)都共用一個GUI_Context上下文變量，在操作系統(tǒng)進行任務(wù)切換時一個GUI任務(wù)對上下文的操作可能被另外一個GUI任務(wù)打斷，此時新的GUI任務(wù)對上下文的操作是在被中斷任務(wù)的上下文基礎(chǔ)上進行的，這樣前一個任務(wù)的信息會被后一個任務(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)計時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，達到多個GUI任務(wù)對同一數(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)實現(xiàn)資源互斥的系統(tǒng)調(diào)用對上述宏進行替換，這涉及到3個任務(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中的延時調(diào)用，通過在GUI_X_Delay()中調(diào)用μC/OS-II的OSTimeDly()實現(xiàn)延時和任務(wù)切換。這涉及到2個系統(tǒng)時間接口函數(shù)的定義:
int GUI_X_GetTime (void);
/*取系統(tǒng)時間*/
void GUI_X_Delay (int ms);
/*延時函數(shù)*/
3.3 μC/GUI與輸入輸出設(shè)備驅(qū)動接口模塊設(shè)計
本文以LCD驅(qū)動接口模塊設(shè)計為例介紹在μC/GUI移植過程中LCD驅(qū)動程序的編寫，以最終實現(xiàn)圖形顯示。
驅(qū)動程序主要是LCD初始化，這個函數(shù)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(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)定地運行在μC/OS-II和目標平臺之上了。
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、鼠標以及觸摸屏的移植還要編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序和其相關(guān)參數(shù)的修改。
4 結(jié)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(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)效率測試儀上，系統(tǒng)的電能參數(shù)(電流、電壓、功率)可以實時采集和實時波形顯示;參數(shù)設(shè)置以菜單、編輯框的形式實現(xiàn)，界面的切換以窗口的形式實現(xiàn)。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(tǒng)具有良好的實時性和穩(wěn)定性。
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