μC／GUI在NiOSⅡ上的移植設計

便攜式醫療監護儀已成為人們日常生活中不可缺少的一部分。便攜式設備是由硬件與軟件緊湊組合的一個(gè)單元模塊，是一種體積小、智能化程度高、功能全、使用靈活、操作方便的便攜機，適合家庭使用、外出攜帶等用途。為了使便攜式心電監護儀實(shí)現友好的人機交互和更加方便的顯示，這里提出一種GUI界面系統設計，就是在基于NiosⅡ處理器的嵌入式平臺上實(shí)現μC／GUI的移植，使之實(shí)現系統功能。

1 μC／GUI的系統移植

1．1 μC／GUI簡(jiǎn)介及可移植性分析

μC／GUI是Micrium公司開(kāi)發(fā)的通用的嵌入式圖形用戶(hù)界面軟件，其中圖形用戶(hù)接口GUI(Graphical User Interface)。該界面軟件被設計用于為任何使用一個(gè)圖形LCD的應用提供一個(gè)有效的不依賴(lài)于處理器和LCD控制器的圖形用戶(hù)接口。它能工作于單任務(wù)或多任務(wù)的系統環(huán)境下。μC／GUI適用于使用任何LCD控制器和CPU的任何尺寸的物理和虛擬顯示，具有源代碼開(kāi)放及模塊化設計的特點(diǎn)。

μC／GUI的代碼全部用ANSI的C語(yǔ)言編寫(xiě)的，具有很強的移植性。由于μC／GUI采用分層結構，即具有驅動(dòng)接口層和應用層，因此可方便地移植到各種 CPU下使用。μC／GUI對各類(lèi)圖像LCD顯示器具有良好的支持，并且有常見(jiàn)的2D圖形庫和窗口管理功能，而且消耗較少的系統資源，占用RAM和ROM 的空間很小。在典型的應用中，μC／GUI需要的資源如表1所示。由表1可見(jiàn)，運行μC／GUI需要的系統資源不是很多，并支持幾乎所有類(lèi)型的CPU與大多數的LCD模塊，μC／GUI的源代碼規模適中，移植過(guò)程中可將不需要的代碼進(jìn)行剔除，而且結構層次清晰，因此適合用于嵌入式系統中。


1．2 μC／GUI移植原理

嵌入式用戶(hù)圖形界面系統μC／GUI與嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-Ⅱ都是美國Micrium公司產(chǎn)品，μC／GUI能更輕易地在 μC／OS-Ⅱ上應用，實(shí)現與μC／0S-Ⅱ的無(wú)縫結合。在NiosⅡ嵌入式系統中，Altera公司已經(jīng)將μC／OS-Ⅱ操作系統移植成功并且提供使用，所做的工作是將μC／GUI移植到NiosⅡ嵌入式平臺之上，使其能與μC／OS-Ⅱ操作系統結合使用，采用μC／GUI 3．98版本的源代碼進(jìn)行移植。

μC／GUI的軟件體系結構如圖1所示，μC／GUI函數庫為用戶(hù)程序提供GUI接口，包含的函數有文本、數值、二維圖形、輸入設備以及各種窗口對象。其中，輸入設備可以是鍵盤(pán)、鼠標或觸摸屏；二維圖形包括圖片、直線(xiàn)、多邊形、圓、橢圓、圓弧等；窗口對象包括按鈕、編輯框、進(jìn)度條、復選框等。

μC／GUI函數庫可以通過(guò)GUIConf．h文件進(jìn)行配置，包括內存設備，窗口管理器，支持操作系統、觸摸屏，以及配置動(dòng)態(tài)內存的大小等。在移植中，需要根據系統需要以外設所支持的功能對GUIConf．h文件進(jìn)行配置。

在LCDConf．h文件中定義了與硬件有關(guān)的各種屬性，如液晶的大小、顏色以及與液晶的接口函數。而LCD驅動(dòng)文件則負責把μC／GUI的各種函數解釋成LCDConf.h文件定義的液晶接口函數，這個(gè)文件與具體的硬件連接無(wú)關(guān)。在移植時(shí)，需要對LCDConf．h文件進(jìn)行配置，并針對LCD控制器編寫(xiě)相應的LCD驅動(dòng)文件。

2 μC／GUI在NiOSⅡ上的移植設計

2．1 TFT LCD IP核結構

μC／GUI的移植是基于IP核的移植，編寫(xiě)TFT LCD控制器，所以移植時(shí)，在底層配置文件，參數的配置要和TFT LCDIP的相關(guān)參數相匹配，否則不可能移植成功，該IP核的結構如圖2所示。

液晶屏采用臺灣統寶公司的TRDB_LCM 3．6寸屏，該屏的分辨率是320x240，支持24位色，也就是RGB888模式，但是由于A(yíng)valon總線(xiàn)支持傳輸數據寬度的差異，因此只用16位色，即RGB為565的模式。由于DE2-70有2個(gè)32 MB的SDRAM，所以拿使用其中一塊作為數據的存儲器，Nio-sⅡ處理器將圖像數據寫(xiě)入該SDRAM中，在NiosⅡIDE中用軟件控制緩沖器的開(kāi)啟，當開(kāi)啟緩沖器之后，該BUFFER會(huì )源源不斷地讀取SDRAM中的數據，為避免讀數據和NiosⅡ處理器向其中寫(xiě)入數據時(shí)發(fā)生沖突，Avalon總線(xiàn)自動(dòng)在二者之間加入了一個(gè)Arbitrator仲裁模塊來(lái)決定執行哪個(gè)操作。

配置LCD采用3線(xiàn)串行總線(xiàn)配置LCD，緩沖器以Avalon存儲器映像主機的方式從SDRAM中讀取數據，然后以Avalon Streaming Soume的方式把這些數據傳送到LCD控制器上，LCD控制器是以Avalon Streaming Sink的方式接收從緩沖器傳來(lái)的數據，LCD控制器生成時(shí)序，在適當時(shí)候將數據送出到TFT LCD屏上顯示。

2．2 移植過(guò)程

2. 2．1 μC／GUI的文件組織結構

μC／GUI是以ANSI C源碼包的形式提供的。源碼包由配置文件目錄(Config)和庫函數目錄(GUI)2個(gè)文件目錄組成。在Config目錄中包含了LCDConf．h、GUITouchConf．h、GUIConf．h 3個(gè)配置文件，這3個(gè)文件分別用于LCD底層接口的配置、觸摸屏底層接口的配置以及μC／GUI自身的配置。在GUI目錄中的庫函數文件按照不同功能又分成若干子目錄如圖3所示，各子目錄所實(shí)現的功能如表2所示。


2．2．2 移植過(guò)程

首先建立一個(gè)硬件系統，采用Altera公司的QuartusⅡ9．0版本的配套軟件，硬件系統在QuartusⅡ集成的 SOPCBuilder系統開(kāi)發(fā)工具中建立，添加NiosⅡ處理、JTAG調試模塊、添加定時(shí)器SDRAM控制器、BUFFER IP、TFT LCD IP以及其他部分組件，最后生成一個(gè)硬件系統。然后在NiosⅡIDE環(huán)境下針對該系統建立一個(gè)TFT LCD軟件工程，并且將μC／GUI有關(guān)的源代碼拷貝到工程目錄下，修改LCDConf．h、GUIConf． h、LCDLin32．c以及GUI_X_uCOS.c文件，使之與LCD控制相匹配，在該系統中，LCD采用16位數據總線(xiàn)，而CPU是32位的 NiosⅡ軟核處理器，先查看一下μC／GUI所支持的數據寬度信息，其數據寬度和NiosⅡ處理器所支持的寬度基本吻合，只要在改動(dòng)代碼時(shí)注意就可以。以下是具體的代碼實(shí)現情況：

因為這里是基于TFT LCD IP核的移植，所以要定義LCD的讀寫(xiě)函數，即LCD_READ_MEM(Off)和LCD_WRITE_MEM(Off，data)以及顯示緩存區的起始位置，讀寫(xiě)函數中的Off和data都是32位的無(wú)符號數，而操作函數IORD_32DIRECT()以及IOWR_32DIRECT()都是一次執行 32位數的操作，剛好和NiosⅡ處理器的數據寬度相匹配。由于支持μC／OS-Ⅱ操作系統，所以要對GUI_X_uCOS．c文件進(jìn)行修改，增加系統延時(shí)函數OSTimeDly(1)，使之能與μC／OSⅡ操作系統實(shí)現無(wú)縫銜接，以及3個(gè)子函數，void GUI_X_Log(const char*s){GUI_USE_PARA (s)；}；void GUI_X_Warn(const char*s){GUI_USE_PARA(s)；}；void GUI_X_ErrorOut(const char*s){ GUI_USE_PARA(s)；}；LCDLin32．e是對應3200型號控制器的驅動(dòng)文件，由于在LCDConf．h中已經(jīng)對用到的參量進(jìn)行設置，所以無(wú)需修改，剩下的工作就是把不用的文件進(jìn)行剔除，以減少編譯時(shí)產(chǎn)生多余的代碼量。

3 移植驗證

在NiosⅡIDE環(huán)境下修改配置文件以及驅動(dòng)文件，然后編譯該系統，系統編譯成功，編譯成功之后還有MICRIUM公司的聯(lián)系方式，這個(gè)是提醒用戶(hù)該系列軟件如果要用于商業(yè)目的是需要買(mǎi)license的，用于研究目的是免費的。

圖片驗證是采用μC／GUI自帶的位圖轉換工具uC-GUI-BitmapConvert．exe，該工具可以將．bmp格式圖片轉換成指定的C語(yǔ)言數組的形式保存，例如將蘭博基尼跑車(chē)標志的圖片轉換成RGB565的格式進(jìn)行保存，加入工程，編譯工程，然后下載驗證，如圖4所示。窗口管理組件驗證采用代碼包中自帶的一個(gè)測試代碼，其效果如圖5所示。實(shí)驗結果表明，移植是成功的。


4 結論

本文介紹了μC／GUI界面系統，以及NiosⅡ嵌入式系統，詳細介紹了移植的過(guò)程，以及最終實(shí)現移植。實(shí)驗結果表明，在嵌入式系統中使用μC／GUI進(jìn)行人機界面的開(kāi)發(fā)，不但移植簡(jiǎn)單、使用靈活，而且功能強大，穩定高效，大大降低了在嵌入式系統中開(kāi)發(fā)圖形人機界面的復雜程度，而且 μC／GUI還提供了幾個(gè)非常實(shí)用的工具軟件，其中包括一個(gè)仿真器，它使得在進(jìn)行移植工作的同時(shí)，就可以在仿真器上進(jìn)行軟件界面部分的程序編寫(xiě)，加快了整個(gè)系統的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。還有位圖轉換工具，可以輕松地將圖片轉換成C語(yǔ)言數組的形式保存，方便界面開(kāi)發(fā)。μC ／GUI還支持其他PS2鼠標、PS2鍵盤(pán)、觸摸屏，包含豐富的繪圖庫、動(dòng)畫(huà)顯示優(yōu)化、還可以自己加入中文字體，通過(guò)使用μC／GUI的各項功能，相信可以在嵌入式系統中開(kāi)發(fā)出功能強大的人機界面，而且在嵌入式系統中有很好的應用前景。