GUI(图形用户界面)极大地方便了非专业用户的使用,用户无需记忆大量的命令,取而代之的是可以通过窗口、菜单、按键等方式进行操作。在某些场合,设计一款人机界面丰富友好的嵌入式产品能赢得更多的用户。笔者此处就s3c2416基于UCGUI图形用户界面的使用作一个简单的介绍。
1. 代码准备
UCGUI 3.98源码,这个版本的UCGUI是开放源码的最高版本,之后版本只提供库文件,不再开源。笔者以UCGUI 3.98这个版本移植作为讲解,请读者自行下载UCGUI3.98的版本,其它版本文件命名有些不一致。关于UCGUI概述、使用、移植等详细内容,可以直接阅读UCGUI用户手册。
s3c2416启动代码工程,启动代码是s3c2416/50/51这系列arm9芯片在运行用户c代码main函数之前必须先运行的代码,启动代码支持sd、Nand启动,为用户设置系统时钟,初始化内存,自动识别启动设备并搬移代码到RAM,MMU映射,中断管理等,用户只需专注于用c开发其它功能函数即可。关于启动代码以及启动代码的实现过程,笔者前面章节有非常详细的介绍。此处以GCC下移植UCGUI为讲解,下载”GCC启动代码工程应用实例”中的启动代码源码即可。如果在MDK下开发,下载”MDK启动代码工程应用实例”中的启动代码源码,MDK下开发设置均比较简单,不再细分MDK下UCGUI的移植。
用户代码,用c开发的所有功能代码,其中,用户代码入口为main()函数,在这里实现LCD屏、触摸屏的模块驱动以支持UCGUI显示以及触控。
2. 工程搭建
在linux操作系统下任一路径下新建一个UCGUI的工程目录,下载UCGUI 3.98源码并解压,把Start目录下的GUI、Config这两个目录拷贝到UCGUI目录中,GUI目录下为UCGUI源码实现,Config目录下包括GUI、LCD、触摸屏的配置文件。再把Sample目录下GUIDemo这个目录拷贝到UCGUI目录中,GUIDemo为micrium公司编写的测试代码,用以告诉用户UCGUI可以怎样应用。拷贝Sample->GUI_X下GUI_X.c和GUI_X_Touch.c这两个代码文件到UCGUI目录下的GUI_X目录中,GUI_X.c为GUI与系统相关的扩展部分,如实现延时,不涉及到操作系统。GUI_X_Touch.c为GUI支持触屏实现的接口部分。
把启用代码目录start_code拷贝到UCGUI目录下,这部分代码无需任何的修改。并保留其中的Makefile这些文件。GCC启动代码下的工程管理Makefile提取自uboot,可以方便地增加源代码以及代码目录。
在UCGUI目录下新建apps目录,用来保存应用相关的源码。
最终的UCGUI目录内容如下:

3. 修改UCGUI
UCGUI要用到LCD以及触摸屏,需要根据我们实际的屏以及触摸屏进行配置以及接口调用。
3.1. Config目录
进入Config目录,打开GUIConf.h对GUI进行总体的配置,由于内存充足,可以设置较大的动态内存以及支持内存设备,此处并不支持操作系统以及鼠标。修改后的内容如下:
#ifndef GUICONF_H#define GUICONF_H#define GUI_OS (0) /* 不支持多任务 */#defineGUI_SUPPORT_TOUCH (1) /* Support a touch screen (req. win-manager)*/#defineGUI_SUPPORT_MOUSE (0) /* 不支持鼠标 */#defineGUI_SUPPORT_UNICODE (1) /* Support mixed ASCII/UNICODE strings */#defineGUI_DEFAULT_FONT &GUI_Font6x8#defineGUI_ALLOC_SIZE (1024*1024) /* 动态内存1M*//*********************************************************************** Configuration of available packages*/#defineGUI_WINSUPPORT 1 /* Window manager package available */#defineGUI_SUPPORT_MEMDEV 1 /* Memory devices available */#defineGUI_SUPPORT_AA 1 /* Anti aliasing available */#endif /* Avoidmultiple inclusion */
打开LCDConf.h对LCD进行配置,笔者使用的是16位(R:5-G:6-B:5)色深800*480的RGB屏,清空LCDConf.h中的所有内容,因为这是其它LCD屏的配置,与所用屏完全不一致,修改后的内容如下:
#ifndef LCDCONF_H#define LCDCONF_H/********************************************************************** Generalconfiguration of LCD***********************************************************************/#define LCD_XSIZE (800) /* 屏X水平像素点 */#define LCD_YSIZE (480) /* 屏Y水平像素点 */#define LCD_BITSPERPIXEL (16) /* 16位色深*/#define LCD_CONTROLLER (-1) /* 宏开关,使用LCDDriver下的模板 */#define LCD_FIXEDPALETTE (565) /* R:5-G:6-B:5 */#define LCD_SWAP_RB (1) /*RB颜色调换 */#define LCD_SWAP_XY (0) /* 屏x,y方向不调换 */#define LCD_INIT_CONTROLLER() LCD_RGB_Init() /* 屏驱动初始化接口 */#endif /* LCDCONF_H */
打开GUITouchConf.h对触摸屏进行配置,笔者使用的是电容屏,驱动IC已处理好返回的触摸坐标值与屏像素坐标一一对应,也可以在移植后进行校准。
#ifndefGUITOUCH_CONF_H#defineGUITOUCH_CONF_H#defineGUI_TOUCH_AD_LEFT 0 /* 触摸屏能返回最左边的值 */#defineGUI_TOUCH_AD_RIGHT 800 /* 触摸屏能返回最右边的值 */#defineGUI_TOUCH_AD_TOP 0 /* 触摸屏能返回最上面的值 */#defineGUI_TOUCH_AD_BOTTOM 480 /* 触摸屏能返回最下面的值 */#defineGUI_TOUCH_SWAP_XY 0 /* 触摸屏x,y方向不调换 */#defineGUI_TOUCH_MIRROR_X 0 /* 触摸屏x方向不镜像调换*/#defineGUI_TOUCH_MIRROR_Y 0 /* 触摸屏y方向不镜像调换*/#endif /* GUITOUCH_CONF_H */
3.2. LCDDriver目录
进入GUI->LCDDriver目录,需修改UCGUI关于实际LCD的底层接口调用。由于我们在LCDConf.h里配置LCD_CONTROLLER为-1,这个宏开关会选择LCDTemplate.c这个模板文件进行编译,其它的接口文件不会被编译。LCDTemplate.c里面已经有相关的模板代码,只需加入LCD_L0_SetPixelIndex()和LCD_L0_GetPixelIndex()的实现即可,LCD_L0_SetPixelIndex设置LCD某一坐标的像素值,LCD_L0_GetPixelIndex从LCD某一坐标读出像素值,分别对应RGB屏驱动模块底层函数LCD_SetPixel()和LCD_GetPixel()。加入这两个模块中的底层函数即可。
LCD_L0_SetPixelIndex()修改后代码如下:
void LCD_L0_SetPixelIndex(int x, int y, int PixelIndex) {GUI_USE_PARA(x);GUI_USE_PARA(y);GUI_USE_PARA(PixelIndex);/* Convert logical into physicalcoordinates (Dep. on LCDConf.h) */#if LCD_SWAP_XY | LCD_MIRROR_X|LCD_MIRROR_Yint xPhys = LOG2PHYS_X(x, y);int yPhys = LOG2PHYS_Y(x, y);#else#define xPhys x#define yPhys y#endif/* Write into hardware ... Adapt toyour system */{LCD_SetPixel(x,y, (unsigned short)PixelIndex);}}
LCD_L0_GetPixelIndex()修改后的代码如下:
unsigned int LCD_L0_GetPixelIndex(int x, int y) {LCD_PIXELINDEX PixelIndex;GUI_USE_PARA(x);GUI_USE_PARA(y);/* Convert logical into physicalcoordinates (Dep. on LCDConf.h) */#if LCD_SWAP_XY | LCD_MIRROR_X|LCD_MIRROR_Yint xPhys = LOG2PHYS_X(x, y);int yPhys = LOG2PHYS_Y(x, y);#else#define xPhys x#define yPhys y#endif/* Read from hardware ... Adapt toyour system */{PixelIndex =(LCD_PIXELINDEX)(LCD_GetPixel(x, y));}return PixelIndex;}
LCDTemplate.c是UCGUI最底层的接口实现,将直接访问LCD,因此这些接口函数往往需要根据LCD屏的特点重新改写,以达到最好的访问速度。例如LCD_L0_DrawVLine画坚线函数、LCD_L0_FillRect矩形填充函数等,模板的实现是调用LCD_L0_SetPixelIndex一个点一个点地写屏,这对于i80接口的LCD是致命的,因为每个点的访问都是需要先写命令、地址,最后才是数据,屏访问速度会非常慢,因此应改写为连续写方式,即写入连续写命令后再连续送出数据。为进一步提高UCGUI访问LCD的性能,通过减小函数嵌套调用的层次,减小不必要的底层代码,甚至汇编实现等都可以尝试。由于笔者采用的是RGB屏,屏显存在主系统内存区,对屏的访问实际是对显存的访问,UCGUI其它接口函数采用模板默认的实现函数也不会造成性能的明显变差,其它接口函数不再改写优化。
最后在LCDTemplate.c中加入LCD驱动接口访问的模块头文件#include “lcd_rgb.h”即可。
3.3. GUI_X目录
GUI_X目录下保存了UCGUI扩展部分,GUI_X.c无需操作系统的支持,只需要系统时间OS_TimeMS一个变化的时间计数即可,UCGUI的延时函数如GUI_Delay()等都是以这个计时为标准的,可在用户代码中实现定时器时间计数。GUI启动前,除了LCD可能还有其它需初始化的硬件设备,例如UCGUI要用到LCD以及触摸屏,那么在GUI使用前就应先初始化这些设备,在GUI_X_Init()函数中实现如下:
void GUI_X_Init(void){#if GUI_SUPPORT_TOUCHTP_Init();// 使用UCGUI时先初始化触摸屏#endif}
同时在此文件中加入TP接口模块访问的头文件#include”tp_ft5206.h”
GUI_X_Touch.c为UCGUI触摸屏访问接口,只要实现GUI_TOUCH_X_MeasureX()和GUI_TOUCH_X_MeasureY()即可。GUI_TOUCH_X_MeasureX要求如果有触按,应返回触摸屏X位置,否则返回无效的位置值(如-1)。GUI_TOUCH_X_MeasureY要求如果有触按,应返回触摸屏Y位置,否则返回无效的位置值(如-1)。这两个函数分别与电容屏模块获得第一个触摸点x,y位置的底层函数TP_GetPoint1_X()与TP_GetPoint1_Y()对应。由于UCGUI不支持多点触摸,因此在电容屏驱动模块中实现任何时候只返回第一个触摸的点即可。加入电容屏模块访问头文件#include “tp_ft5206.h”即可访问电容屏模块接口。GUI_X_Touch.c修改后的内容如下:
#include "GUI.h"#include "GUI_X.h"#include "tp_ft5206.h"void GUI_TOUCH_X_ActivateX(void) {}void GUI_TOUCH_X_ActivateY(void) {}int GUI_TOUCH_X_MeasureX(void) {return TP_GetPoint1_X();}int GUI_TOUCH_X_MeasureY(void) {return TP_GetPoint1_Y();}
4. 修改用户代码
4.1. LCD驱动模块实现
LCD驱动模块需提供设置某一坐标像素颜色接口LCD_SetPixel()和从某一坐标读出像素颜色接口LCD_GetPixel()。笔者用的RGB屏驱动模块实现在前面章节有详细的介绍,此处不再详述。lcd_rgb.c模块实现如下:
#include"s3c2416.h"#include"lcd_rgb.h"#define VBPD 15#define VFPD 5#define VSPW 5#define HBPD 25#define HFPD 88#define HSPW 20// 帧缓存数据通过LCD DMA传输到接口,为保证数据的一致性,cpu每次写显存应直接访问主存,// 即访问显存时应关cache或无效cache中的数据,分配no_cache段缓存并在MMU中关闭// 对应区域内存的cache,以作DMA传输用,如LCD显存,IIS 音频DMA传输等,声明属性section("No_Cache")static unsigned shortFrameBuffer[HSize*VSize] __attribute__((section("No_Cache"),zero_init));unsigned short*GetFrameBuffer(){return FrameBuffer;}void LCD_Enable(intEnable){if (Enable) {rVIDCON0 |= (0x03 << 0);} else {rVIDCON0 &= ~(0x03 << 0);}}voidLCD_BackLight(int On){rGPBCON &= ~(0x3 << 0);rGPBCON |= (0x1 << 0);if (On) {rGPBDAT |= (0x1 << 0);} else {rGPBDAT &= ~(0x1 << 0);}}void LCD_RGB_Init(){rGPCCON = 0xaaaa02aa; // GPC配置为RGB数据[7:0]、控制功能rGPDCON = 0xaaaaaaaa; // GPD配置为RGB[23:8]LCD_Enable(0);// 16bpp (R5-G6-B5),第一像素在内存低地址,选择buffer0rWINCON0 = (5<<2) | (1<<16) |(0<<23);rWINCON1 = (5<<2) | (1<<16) |(1<<6);// 选择HCLK=100M,3分频得到VCLK=33.3M,RGB并口格式(RGB),暂不启动控制逻辑rVIDCON0 = (0<<22) |(0<<13) | (0<<12) | (2<<6) |(1<<5) | (1<<4) | (0<<2) |(0<<0);// VCLK下降沿锁存数据,行场同步信号低激活,数据使能高有效rVIDCON1 = (0<<7) |(1<<6) | (1<<5) | (0<<4);// 设置时序控制参数rVIDTCON0 =((VBPD-1)<<16) | ((VFPD-1)<<8) | ((VSPW-1)<<0);rVIDTCON1 = ((HBPD-1)<<16)| ((HFPD-1)<<8) | ((HSPW-1)<<0);// 设置屏幕像素尺寸rVIDTCON2 =((VSize-1)<<11) | ((HSize-1)<<0);// 设置OSD图像与屏幕尺寸一致rVIDOSD0A = (0<<11) |(0<<0);rVIDOSD0B =((HSize-1)<<11) | ((VSize-1)<<0);rVIDOSD1A =(0<<11) | (0<0);rVIDOSD1B = ((HSize-1)<<11) |((VSize-1)<<0);// alpha混合方式,基色匹配时全透明,未匹配部分完全不透明rVIDOSD1C = 0xfff000;// 设置帧缓存的地址rVIDW00ADD0B0 = (unsigned int)FrameBuffer;rVIDW00ADD1B0 = ((unsigned int)(FrameBuffer+ HSize*VSize) & 0xffffff);// 不使用虚拟屏幕rVIDW00ADD2B0 = (00<<13) | ((HSize*2)<<0);// 窗口0使用rWINCON0 |= (1 << 0);LCD_Enable(1);LCD_BackLight(1);}voidLCD_ClearScreen(unsigned short BackColor){unsigned int i;for (i=0; i<HSize*VSize; i++) {FrameBuffer[i] = BackColor;}}voidLCD_SetPixel(unsigned int x, unsigned int y, unsigned short Color){if ((x >= HSize) || (y >= VSize)) {return;}FrameBuffer[y*HSize+x] = Color;}unsignedshort LCD_GetPixel(unsigned int x, unsigned int y){if ((x >= HSize) || (y >= VSize)) {return 0;}return FrameBuffer[y*HSize+x];}lcd_rgb.h模块头文件如下:#ifndef __LCD_RGB_H__#define __LCD_RGB_H__#ifdef__cplusplusextern"C" {#endif#define HSize 800// 水平行像素点#define VSize 480 // 垂直像素点extern voidLCD_BackLight(int On);extern voidLCD_Enable(int Enable);extern voidLCD_RGB_Init(void);extern voidLCD_ClearScreen(unsigned short BackColor);externunsigned short *GetFrameBuffer(void);externunsigned short LCD_GetPixel(unsigned intx, unsigned int y);extern voidLCD_SetPixel(unsigned int x, unsigned int y, unsigned short Color);#ifdef__cplusplus}#endif#endif
4.2. 电容屏驱动模块实现
触摸屏驱动模块在有触摸时,应返回触摸点的X位置以及触摸点的Y位置给UCGUI,如果没有触摸,可直接返回-1。这可通过获取第一个触摸点X位置函数TP_GetPoint1_X()和Y位置TP_GetPoint1_Y()实现。电容屏的驱动笔者在前面章节有详细的介绍,此处不再详述。由于UCGUI只支持单点触摸,电容屏中断输出配置成查询方式,通过查询中断线的电平状态来确定有无触摸事件。同时,电容屏基本都是IIC接口的,需要IIC驱动模块的支持,IIC驱动实现在前面章节有详细的介绍,此处不再详述。
电容屏tp_ft5206.c模块实现如下:
#include"s3c2416.h"#include"IIC.h"#include"tp_ft5206.h"static voidDelay_ms(unsigned int nCount){//延时1ms,共延时nCount(R0) ms__asm__ __volatile__ ("0:\n\t""ldr r1, =100000\n\t" // Arm clock为400M"1:\n\t""subs r1, r1, #1\n\t" // 一个Arm clock"bne 1b\n\t" // 跳转会清流水线,3个Armclock"subs %0, %0, #1\n\t" // 调用者确保nCount不为0"bne 0b\n\t": : "r"(nCount) :"r1");}voidTP_Reset(){rGPFDAT &= ~ TP_RST; //位低复位线GPF5Delay_ms(20);rGPFDAT |= TP_RST;Delay_ms(200);}int TP_GetPoint1_X(){unsigned char Point1_X[2];if (!(rGPGDAT &TP_INT)) { // 触屏按下时,INT拉低// 调用IIC读,对电容屏内部某一地址进行连续读,获得12位X轴坐标IIC_ReadBytes(TP_SlaveAddr, TOUCH1_XH, Point1_X, 2);if (!(rGPGDAT &TP_INT)) {//获得AD时应保持按下,不然AD值可能不准确,应丢弃return((((int)(Point1_X[0]&0xf)) << 8) | Point1_X[1]);}}return -1; //返回无效值,表未按下或释放了}int TP_GetPoint1_Y(){unsigned char Point1_Y[2];if (!(rGPGDAT &TP_INT)) { // 触屏按下时,INT拉低// 调用IIC读,对电容屏内部某一地址进行连续读,获得12位Y轴坐标IIC_ReadBytes(TP_SlaveAddr, TOUCH1_YH, Point1_Y, 2);if (!(rGPGDAT &TP_INT)) {//获得AD时应保持按下,不然AD值可能不准确,应丢弃return((((int)(Point1_Y[0]&0xf)) << 8) | Point1_Y[1]);}}return -1; //返回无效值,表未按下或释放了}int TP_WriteBytes(unsigned char WriteAddr,unsigned char *pData,int Length){int Ret;// 调用IIC接口写,对电容屏内部某一地址进行连续写Ret =IIC_WriteBytes(TP_SlaveAddr, WriteAddr, pData, Length);return Ret;}int TP_ReadBytes(unsignedchar ReadAddr, unsigned char *pData, int Length){int Ret;// 调用IIC接口读,对电容屏内部某一地址进行连续读Ret =IIC_ReadBytes(TP_SlaveAddr, ReadAddr, pData, Length);return Ret;}voidTP_Init(){unsigned char InterruptMode;rGPGUDP &= ~(0x3 << 8);rGPGUDP |= (0x2 << 8); // TP_INT GPG4上拉rGPGCON &= ~(0x3 << 8);rGPGCON |= (0x0 << 8); // GPG4配置成IO口输入,不使用中断方式rGPFUDP &= ~(0x3 << 10);rGPFUDP |= (0x2 << 10); // TP_RST GPF5上拉rGPFCON &=~(0x3 << 10);rGPFCON |= (0x1 << 10);// GPF5配置成输出TP_Reset();// 按住TP时,TP不应多点上报(ucgui会认为连续多点按下),应电平触发// TP设置成电平触发模式,此时不能多点识别,ucgui也只能单点InterruptMode = 0;// 电容屏设置成电平触发,一次按下产生一个中断信号TP_WriteBytes(ID_G_MODE,&InterruptMode, 1);}tp_ft5206.h模块头文件实现如下:#ifndef __TP_FT5206_H__#define __TP_FT5206_H__#ifdef __cplusplusextern"C" {#endif// TP IIC的7位从机地址#define TP_SlaveAddr 0x38#define TP_INT (1<<4) // GPG4#define TP_RST (1<<5) // GPF5#define TOUCH1_XH 0x03 // 触摸点1坐标X高4位寄存器地址#define TOUCH1_XL 0x04 // 触摸点1坐标X低8位寄存器地址#define TOUCH1_YH 0x05 // 触摸点1坐标Y高4位寄存器地址#define TOUCH1_YL 0x06 // 触摸点1坐标Y低8位寄存器地址#define ID_G_MODE 0xA4 // 中断模式控制寄存器extern void TP_Reset(void);extern void TP_Init(void);extern int TP_GetPoint1_X(void);extern int TP_GetPoint1_Y(void);extern int TP_WriteBytes(unsigned char WriteAddr,unsigned char *pData, int Length);extern intTP_ReadBytes(unsigned char ReadAddr,unsigned char *pData, int Length);#ifdef__cplusplus}#endif#endif/*__TP_FT5206_H__*/
4.3. main.c实现
启动代码为用户设置了必要的运行环境后,就会跳转到main执行用户的c代码,UCGUI所有的测试代码在GUIDemo目录中,main函数再跳转到GUIDEMO_main()即可开始演示GUIDemo下所有的例程。在前面提到UCGUI延时实现需要一个计时标准,这里,我们在main.c中使用s3c2416的定时器4中断产生1ms的SystemTick为计时。同时,必须保证周期性(约100HZ)执行GUI_TOUCH_Exec(),UCGUI用来获得用户的触摸屏输入操作。
main.c的实现如下:
#include"s3c2416.h"#include"Exception.h"#include"GUI.h"#include"GUIDEMO.h"#include"IIC.h"static void Timer4_IRQ(void){extern volatile intOS_TimeMS;static unsigned char TP_Period = 0;OS_TimeMS++; // 1ms计数,在GUI_X.c中定义,用来UCGUI延时计数TP_Period++;if (TP_Period >= 10) { // 每隔10ms检查触摸屏输入TP_Period = 0;IRQ_Enable(); // 开启中断嵌套GUI_TOUCH_Exec();// 保证100HZ的触摸屏输入检查}rSRCPND1 |= (0x01 << INT_TIMER4); // write 1 to clearrINTPND1 |= (0x01 << INT_TIMER4); // write 1 to clear}void Timer4_Start(){rTCON |= (0x1 << 20); // 定时器开启}void Timer4_Stop(){rTCON &= ~(0x1 << 20); // 定时器停止}void Timer4_Init(){// 定时器4时钟频率为PCLK(66.66666M)/(0+1)/16=4.166MHZrTCFG1 &= ~(0xf << 16);rTCFG1 |= (0x3 << 16); // Timer4 16分频rTCFG0 &= ~(0xff << 8);rTCFG0 |= (0 << 8); // PCLK预分频为1rTCNTB4 = 4166; // System Tick设1msrTCON |= (0x1 << 21); // 更新计数值rTCON &= ~(0x1 << 21); // 清除rTCON |= (0x1 << 22); // 自动重装载IRQ_Register(INT_TIMER4, Timer4_IRQ); // 注册Timer4中断函数rINTMOD1 &= ~(1 << INT_TIMER4); //Timer4 IRQ 模式rINTMSK1 &= ~(1 << INT_TIMER4); //Timer4开中断}int main(){Timer4_Init();Timer4_Start();IIC_Init();// 电容屏用到IIC接口GUI_Init();// GUI初始化时会同时会初始化LCD屏和触摸屏while (1) {GUIDEMO_main(); // 调用UCGUI DEMO}return 0;}
5. 设置工程
修改实现所有UCGUI移植接口后,最后就是加入工程中的源码,进行头文件搜索路径的设置,以及其它编译选择,生成输出文件的设置。对于MDK等可视化集成编译环境来说,以上设置都很容易操作,笔者不再细说MDK的工程设置,可以在文章末尾链接下载完整的MDK工程。
MDK移植UCGUI效果图:

