基于A(yíng)RM嵌入式系統GUI開(kāi)發(fā)研究

隨著(zhù)嵌入式系統的發(fā)展，它在軟件和硬件上日趨復雜，對于人機交互的效率的要求也日漸提高，特別是一些復雜的工控設備和消費電子產(chǎn)品。因此，圖形用戶(hù)界面（GUI）就從嵌入式系統的系統程序中被獨立了出來(lái)。嵌入式GUI發(fā)展至今，已經(jīng)有了許多的種類(lèi)，具有了強大的功能。嵌入式GUI已經(jīng)成為一個(gè)成功的嵌入式系統不可缺少的組成部分[1]。本文在ARM為核心的嵌入式系統上進(jìn)行了圖形界面的開(kāi)發(fā)，并對Windows界面進(jìn)行了模擬。

1 ARM處理器

嵌入式系統是將先進(jìn)的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物。嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統，對功能、對可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。它一般由以下幾部分組成： 嵌入式微處理器 ；外圍硬件設備；嵌入式操作系統。嵌入式系統是將先進(jìn)的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng )新的知識集成系統。所以，介入嵌入式系統行業(yè)，必須有一個(gè)正確的定位。例如Palm之所以在PDA領(lǐng)域占有70%以上的市場(chǎng)，就是因為其立足于個(gè)人電子消費品，著(zhù)重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河的Vxworks之所以在火星車(chē)上得以應用，則是因為其高實(shí)時(shí)性和高可靠性。

特定的應用程序ARM（Advanced RISC Machines）微處理器是采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權（IP）核的微處理器，這種ARM核技術(shù)是由英國的ARM公司所授權。世界各大半導體生產(chǎn)商從ARM公司購買(mǎi)其設計的ARM微處理器核，根據各自不同的應用領(lǐng)域，加入適當的外圍電路，從而形成自己的ARM微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。ARM處理器是一個(gè)32位元精簡(jiǎn)指令集（RISC）處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。ARM處理器特點(diǎn)：體積小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令執行速度更快；大多數數據操作都在寄存器中完成；尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執行效率高；指令長(cháng)度固定。

2 圖形用戶(hù)界面特征和發(fā)展趨勢

2.1 圖形用戶(hù)界面的特征

圖形用戶(hù)界面或圖形用戶(hù)接口（Graphical User Interface，GUI）是指采用圖形方式顯示的計算機操作環(huán)境用戶(hù)接口。與早期計算機使用的命令行界面相比，圖形界面對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)更為簡(jiǎn)便易用。GUI的廣泛應用是當今計算機發(fā)展的重大成就之一，它極大地方便了非專(zhuān)業(yè)用戶(hù)的使用人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是可用用通過(guò)窗口、菜單、按鍵等方式來(lái)方便地進(jìn)行操作。而嵌入式GUI具有下面幾個(gè)方面的基本要求：輕型、占用資源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特點(diǎn)。的廣泛流行是當今計算機技術(shù)的重大成就之一，它極大的方便了非專(zhuān)業(yè)用戶(hù)的使用，人們不再需要死記硬背大量的命令，而可以通過(guò)窗口、菜單方便的進(jìn)行操作。圖形用戶(hù)界面的主要特征如下：

1、WIMP

其中W（Windows）指窗口，指用戶(hù)或系統的一個(gè)工作區域。一個(gè)屏幕上可以有多個(gè)窗口。I（IcONs）指圖形，系形象化的圖形標志，易于人們隱喻和理解。M（Menu）指菜單，可供用戶(hù)選擇的功能提示。P（Pointing Devices），指鼠標器等，便于用戶(hù)直接對屏幕對象進(jìn)行操作。

2、用戶(hù)模型

GUI采用了不少Desktop桌面辦公的隱喻，是應用者共享一個(gè)直觀(guān)的界面框架。由于人們熟悉辦公桌的情況，因而對計算機顯示的圖形符號的含義容易理解，諸如：文件夾、收件箱、畫(huà)筆、工作薄、鑰匙及時(shí)鐘等。

3、直接操作

過(guò)去的界面不僅需要記憶大量命令，而且需要制定操作對象的位置，如行號、空格數、X及Y的坐標等。采用GUI后，用戶(hù)可直接對屏幕上的對象進(jìn)行操作，如拖動(dòng)、刪除、插入以至放大和旋轉等。用戶(hù)執行操作后，屏幕能立即給出反饋信息或結果，因而稱(chēng)為所見(jiàn)即所得（What you see is what you get）。用視、點(diǎn)（鼠標）代替了記、擊（鍵盤(pán)），給用戶(hù)帶來(lái)了方便。

2.2 圖形用戶(hù)界面的發(fā)展趨勢

隨著(zhù)虛擬現實(shí)、科學(xué)計算可視化及多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，新的人機交互技術(shù)不斷出現，更加自然的交互方式將逐漸為人們所重視。新一代界面的主要特征可描述如下：以用戶(hù)為中心、智能化、高帶寬、不限制地點(diǎn)、圖示編程等。

3 ARM嵌入式系統GUI開(kāi)發(fā)

近年來(lái)，嵌入式系統得到了飛速的發(fā)展，產(chǎn)品形態(tài)多種多樣，由于嵌入式產(chǎn)品更加商品化，對圖形用戶(hù)界面（GUI）的要求也越來(lái)越高。

3.1 LCD及其驅動(dòng)

本設計采用2.2英寸TFT液晶屏——TFT6758液晶模塊，其工作電壓為3.3V,內帶白光LED背光燈，可以直接使用8位、16位或18位總線(xiàn)方式與控制器連接（因為液晶模塊內部包含了HD66781和HD66783液晶控制驅動(dòng)器）。在使用液晶屏時(shí)需要先添加其相應的驅動(dòng)程序，點(diǎn)陣液晶顯示器TFT6758的驅動(dòng)芯片為HD66781,門(mén)驅動(dòng)（Gate driver）芯片為 HD66783。

圖1 TFT6758液晶模塊應用電路

3.2 軟件平臺的選用

目前在市場(chǎng)上有幾種發(fā)展成熟、比較有代表性的嵌入式GUI開(kāi)發(fā)軟件，如北京飛漫軟件公司的MiniGUI、美國Century軟件公司的MicroWindows、挪威Troltech公司的Qt/Embedded等，這幾種GUI系統各具特色，但大部分需要在嵌入式操作系統上進(jìn)行移植，這樣就一定會(huì )增加時(shí)間和精力的投入，所以綜合考慮各方面的因素后，使用ZLG/GUI作為此次設計的軟件平臺。

3.3 模擬Windows界面的設計實(shí)現

我們經(jīng)常使用的Windows系統的桌面，便是一個(gè)華麗的圖形用戶(hù)界面，所以設計模擬了Windows的桌面的圖形界面。

這個(gè)界面的設計思想是：在全屏填充一張圖片，作為Windows的桌面背景圖案。經(jīng)過(guò)計算得到狀態(tài)欄的坐標值，在液晶顯示屏的下方選擇綠色和藍色填充兩個(gè)矩形，作為狀態(tài)欄。判斷是否有鍵按下，若沒(méi)有就繼續顯示桌面，有鍵按下就顯示開(kāi)始菜單。顯示W(wǎng)indows界面流程如圖2所示。模擬Windows界面在LCD上顯示如圖3所示。

　　圖2 顯示W(wǎng)indows界面流程

　　圖3 模擬Windows界面

4 結束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統得到了飛速的發(fā)展，嵌入式設備將適用于更廣闊的領(lǐng)域，航天、航空、軍事、醫學(xué)，還有與百姓生活息息相關(guān)的家電、運輸、通信等等，由于嵌入式產(chǎn)品更加商品化，會(huì )涉及到方便用戶(hù)使用的問(wèn)題，對圖形用戶(hù)界面（GUI）的要求也越來(lái)越高，如何開(kāi)發(fā)一個(gè)適合于自己硬件條件的GUI系統，成了嵌入式系統開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要工作內容。本次設計采用ZLG/GUI作為軟件平臺，對于復雜的應用可以采用MiniGUI等軟件作為軟件平臺。