μC／GUI是一種專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的通用圖形接口軟件。本文詳細介紹了μC／GUI的結(jié)構(gòu)框架和基于STM32平臺的μC／OS-II上的μC／GUI移植過程，并在此基礎(chǔ)上進行圖形界面設(shè)計；闡述了μC／GUI的窗口管理機制，提出了實現(xiàn)μC／GUI中文小型字庫的兩種方法并采用存儲設(shè)備解決了圖形顯示的閃爍問題。

嵌入式系統(tǒng)的圖形用戶界面，要求具有占用資源少、性能高、可靠性高、可移植、可配置等特點，μC／GUI就是這樣一種專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的圖形用戶界面軟件。μC／GUI可應(yīng)用于多任務(wù)環(huán)境中，同時使用實時操作系統(tǒng)與μC／GUI，既可以發(fā)揮優(yōu)先級的實時性，又能實現(xiàn)良好的人機界面。本文使用Cortex-M3內(nèi)核的STM32平臺，介紹了基于STM32平臺的μC／OS-II上的μC／GUI移植過程，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了基于μC／GUI的圖形用戶界面。

1 μC／GUI結(jié)構(gòu)框架

1．1 μC／GUI的文件組織

μC／GUI軟件采用模塊化組織架構(gòu)，其中較為重要的文件目錄是配置文件目錄Config和GUI庫文件目錄。考慮到未來升級方便，建議保持μC／GUI原有的目錄結(jié)構(gòu)，這樣升級到新版本時只要覆蓋原文件目錄即可，而不會改變整個工程的文件路徑。

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、可擴充的字符集，UnICode，位圖顯示，多級RGB顏色管理及灰度處理調(diào)整機制，動畫優(yōu)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、進度條、單選復選框、滑動條等）；同時，支持鍵盤、鼠標、觸摸屏等輸入設(shè)備和雙LCD的輸出，提供占用極少RAM的窗口管理體系。各個子目錄的路徑及功能支持如表1所列。

1．2 μC／GUI的層次結(jié)構(gòu)

μC／GUI內(nèi)核提供多種圖形顯示功能，用戶程序通過API函數(shù)接口調(diào)用μC／GUI函數(shù)庫中的各個功能函數(shù)，然后各個功能函數(shù)通過調(diào)用硬件驅(qū)動實現(xiàn)圖形界面顯示。

一個典型的包含有μC／GUI的軟件系統(tǒng)可以理解為一個層次結(jié)構(gòu)，詳細的μC／GUI軟件體系的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 基于STM32平臺的μC／GUI移植

2．1 STM32F103系列單片機和移植平臺簡介

硬件開發(fā)平臺的核心是ST公司的STM32F103系列單片機，實時操作系統(tǒng)選擇移植性較強的μC／OS-II。STM32F103系列單片機最高主頻為72 MHz；片內(nèi)多達51 2 KB的Flash并可以直接運行程序，片內(nèi)還有64 KB的RAM；擁有眾多的定時器、中斷源和外設(shè)，內(nèi)部集成了一個高速外部存儲器接口FSMC總線，可以很方便地控制液晶顯示模塊。目標平臺的液晶模塊采用320×240分辨率，通過FSMC總線接口連接STM32F103單片機，并在系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)開辟一塊內(nèi)存作為液晶顯示的后臺緩存。

2．2 μC／OS-II上的μC／GUI移植

μC／GUI的移植內(nèi)容主要分成4部分：μC／GUI配置文件的參數(shù)修改，LCD驅(qū)動程序的編寫，LCD觸摸屏驅(qū)動程序編寫，以及與μC／OS-II操作系統(tǒng)相關(guān)接口部分的修改。

2．2．1 μC／GUI配置文件的參數(shù)修改

主要是根據(jù)系統(tǒng)的實際情況對GUI／Config目錄下3個配置文件的參數(shù)進行修改，設(shè)計采用的LCD選用320×240的液晶顯示模塊，LCD控制器采用ili9320。

①LCDConf．h文件主要定義LCD控制器和顯示屏尺寸及可選擇的功能。修改如下：

2．2．2 LCD驅(qū)動程序的編寫

LCD的驅(qū)動程序在GUI／LCDDriver目錄下，在本次移植中編寫的ili9320．c驅(qū)動文件主要定義了GUI與LCD的硬件接口函數(shù)，包括畫點、線、矩形、多邊形、位圖等二維圖形的函數(shù)等等。μC／GUI所有的系統(tǒng)函數(shù)都是通過調(diào)用這些硬件接口來實現(xiàn)其功能的，而這些接口函數(shù)又可以通過調(diào)用畫點函數(shù)來實現(xiàn)，可以認為幾乎所有的μC／GUI顯示功能都是通過最終調(diào)用畫點函數(shù)來實現(xiàn)的。所以筆者的LCD驅(qū)動程序重點在畫點函數(shù)的編寫。代碼如下：

2．2．3 LCD觸摸屏驅(qū)動程序的編寫

STM32F103通過SPI總線與觸摸屏芯片相連，通常的方法是采用輪詢的方法獲取觸摸屏的觸點動作，這種方法不僅實時性差而且浪費單片機的執(zhí)行周期。采用觸摸屏的觸點動作通過外部中斷進行檢測，在中斷服務(wù)程序中獲取觸點的位置坐標，并通過調(diào)用函數(shù)GUI TOUCHStoreSta te（xScreen，yScreen），將觸點坐標保存并通知μC／GUI。由于觸摸屏和LCD的大小不一定完全相等，坐標原點的位置也可能不同，為了實現(xiàn)對應(yīng)，需要進行A／D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)數(shù)值到邏輯坐標的轉(zhuǎn)換。

2．2．4 操作系統(tǒng)相關(guān)接口部分的修改

μC／OS-II操作系統(tǒng)下使用μC／GUI需要提供一些內(nèi)核接口函數(shù)來實現(xiàn)任務(wù)間同步。有了這些內(nèi)核接口函數(shù)，就可以使μC／GUI運行于μC ／OS-II系統(tǒng)上，通過任務(wù)調(diào)度來實現(xiàn)各個任務(wù)之間的協(xié)調(diào)工作，接口函數(shù)實現(xiàn)如下：

至此，μC／GUI的移植就基本上完成了，需要編寫測試用例，如果顯示效果不理想，再對移植的GUI進行底層配置優(yōu)化和改進。

3 μC／GUI的圖形界面設(shè)計

μC／GUI是具有類似Windows窗口風格的圖形系統(tǒng)，以其窗口作為內(nèi)存管理的基本單元，采用消息傳遞機制和回調(diào)函數(shù)機制。μC／GUI提供給窗口和窗口控件回調(diào)機制的背后，是一個事件驅(qū)動標志（即消息）。回調(diào)函數(shù)的過程也是消息傳遞的過程。

3. 1 μC／GUI的窗口管理機制

μC／GUI的窗口管理器用于管理LCD屏幕上圖形顯示的區(qū)域（即窗口），使其重疊、嵌套和并列。使用μC／GUI窗口管理時，任何能顯示在顯示終端上的內(nèi)容都包含在一個窗口中，這個窗口是LCD屏幕上的一個給用戶畫圖或者顯示目標的區(qū)域。窗口的創(chuàng)建、顯示以及刪除都離不開消息傳遞和回調(diào)函數(shù)機制。

在μC／GUI中定義了數(shù)十種用于各類基本操作的消息宏，對每個窗口的操作都是通過向其對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)傳送消息參數(shù)來完成的?；卣{(diào)函數(shù)是由用戶定義的，當特定事件發(fā)生時，指示圖形系統(tǒng)調(diào)用特定的函數(shù)。當窗口的內(nèi)容發(fā)生改變時，它們用來自動重繪窗口。具體操作是通過一個指向函數(shù)的指針從窗口結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)項中得到回調(diào)函數(shù)的首地址，并將消息作為參數(shù)調(diào)用該函數(shù)來完成的，回調(diào)函數(shù)在接收到消息后進行相應(yīng)處理。

回調(diào)函數(shù)的基本作用是實現(xiàn)窗口刷新。一個簡單的自動更新窗口的回調(diào)函數(shù)如下：

3．2 μC／GUI實現(xiàn)中文小型字庫的兩種解決方法

μC／GUI帶有多種常用的ASCII字體，也支持UNICODE字符顯示，考慮到嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存資源有限，沒有裝入漢字庫，可以根據(jù)系統(tǒng)的實際需要建立一個小型漢字庫，以解決漢字的顯示問題。在μC／GUI下筆者提出兩種實現(xiàn)中文小型字庫的解決方法。

（1）在μC／GUI的字庫結(jié)構(gòu)體中建立一種新的字體

μC／GUI的文字顯示是通過查找字模的方式實現(xiàn)的。字庫中的每個文字都有其對應(yīng)的字模，所有的字模都是由GUI FONT和GUI FONT PORT這兩個結(jié)構(gòu)體來管理的。從漢字庫中選取必需的漢字組成字庫，并將漢字對應(yīng)的不連續(xù)漢字機內(nèi)碼映射到一個連續(xù)區(qū)域。此時需要建立一個GUI_FONT_PROP結(jié)構(gòu)來管理所有的漢字。例如，要實現(xiàn)“設(shè)置”這2個字，具體的偽代碼如下：

（2）直接建立漢字庫，通過LCD驅(qū)動直接顯示漢字

該方法通過將漢字的機內(nèi)碼和漢字點陣組合成一個漢字字模結(jié)構(gòu)體，然后選取所必需的漢字，按照漢字字模結(jié)構(gòu)體的方式存放在漢字庫數(shù)組中，然后通過調(diào)用一個“漢字搜索函數(shù)”來搜索這個漢字庫數(shù)組的機內(nèi)碼即可確定相應(yīng)的漢字，并把漢字對應(yīng)的點陣通過LCD驅(qū)動直接

進行顯示。

上述的兩種方法都能在嵌入式的圖形界面中實現(xiàn)中文顯示，方法二為通過LCD驅(qū)動直接顯示漢字，適合在窗體中顯示漢字，而不能在控件上直接顯示漢字。雖然可以用疊加的方法（即先畫一個控件，然后再在上面顯示漢字），但是這樣處理很不方便。方法一是在μC／GUI的字庫中建立了一種新的字體，因此在控件上顯示漢字時直接調(diào)用μC／GUI函數(shù)即可，不會出現(xiàn)上述問題，因此筆者推薦使用方法一實現(xiàn)μC／GUI的中文小型字庫。

3．3 采用存儲設(shè)備解決圖形顯示的閃爍問題

采用存儲設(shè)備可以有效地防止顯示屏在對有對象重疊的繪圖操作時的閃爍現(xiàn)象。沒有使用存儲設(shè)備時，繪圖操作直接寫屏，屏幕在繪圖操作執(zhí)行時更新，當不同的更新在執(zhí)行時會產(chǎn)生閃爍。如果這樣的操作使用一個存儲設(shè)備的話，那么所有的操作在存儲設(shè)備內(nèi)執(zhí)行，具有無閃爍的優(yōu)點。μC／GUI的存儲設(shè)備是一個可選的軟件項目，為了優(yōu)化軟件的性能，提高圖形的顯示效果，需要采用存儲設(shè)備技術(shù)。μC／GUI中存儲設(shè)備的使用一般流程為建立存儲設(shè)備、激活、執(zhí)行繪圖操作將結(jié)果拷貝到顯示屏顯示，最后將創(chuàng)建的存儲設(shè)備刪除。

4 結(jié)論

為了驗證移植丁作成功與否，需要建立一個多任務(wù)測試用例，這個用例由3個任務(wù)構(gòu)成：Main Task、GUITask、APP_Task。其中：Main_ Task任務(wù)用于設(shè)置背景窗口的回調(diào)函數(shù)和建立另外兩個任務(wù)；APP_Task任務(wù)用于建立一個窗口并設(shè)置其相關(guān)的屬性；GUI_Task任務(wù)用于視窗管理和多級圖形畫面的切換。將測試用例燒寫進目標板，目標板采用神舟III號STM32開發(fā)板，液晶屏為320×240像素的TFT型液晶屏幕。圖2為測試用例在目標板上的運行結(jié)果。