文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2011)09-0035-04
隨著嵌入式系統(tǒng)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,對(duì)圖形化人機(jī)交互界面的需求逐漸增加。由于嵌入式系統(tǒng)硬件資源有限,從而要求圖形用戶界面具有輕型、占用資源少、高性能等特點(diǎn)。μC/GUI是一種用于嵌入式應(yīng)用的Windows風(fēng)格圖形支持軟件,它為任何使用圖形LCD的應(yīng)用提供一個(gè)有效的不依賴于處理器和LCD控制器的圖形用戶接口,工作在單任務(wù)或多任務(wù)系統(tǒng)環(huán)境下,適用于使用任何LCD控制和任何CPU尺寸的物理或虛擬顯示。因此,掌握μC/GUI在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用極為重要。移植μC/GUI到Nios II嵌入式軟核處理器[1]成了最佳選擇。本文根據(jù)自助點(diǎn)菜系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用,詳細(xì)介紹了μC/GUI移植方法,并在融合觸摸屏操作的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)控件使用和操作系統(tǒng)開發(fā)。
1 硬件
系統(tǒng)中顧客使用終端觸摸屏瀏覽服務(wù)信息并實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作,通過無線局域網(wǎng)絡(luò)和前臺(tái)通信。各個(gè)點(diǎn)菜終端作為獨(dú)立系統(tǒng)工作,所有數(shù)據(jù)傳到前臺(tái)上位機(jī)協(xié)調(diào)處理。本文僅介紹與μC/GUI相關(guān)的點(diǎn)菜終端構(gòu)成部分。終端硬件框圖如圖1所示,利用片上可編程系統(tǒng)(SoPC)技術(shù)將Nios II處理器、外設(shè)接口控制器等功能模塊集成到FPGA,構(gòu)成可編程片上系統(tǒng)[2]。SDRAM、Flash控制器用于處理程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ);512 KB SRAM作為圖像數(shù)據(jù)緩存區(qū);FPGA內(nèi)部自定義LTM控制器和SD卡控制器模塊,輔助軟核工作,操作觸摸屏并讀取SD卡內(nèi)的JPEG圖片;UART接口用于和移植到CC2430的ZigBee模塊通信;采用定時(shí)器以嵌入?滋C/OS II操作系統(tǒng)。
觸摸顯示屏是4.3英寸數(shù)字LCD觸碰面板TRDB-LTM,長(zhǎng)寬比為15:9,支持24 bit并行RGB接口,能通過內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD7843)將觸碰點(diǎn)X/Y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)數(shù)字信息。觸摸屏物理分辨率為800×480,支持16 bit RGB565格式。
2 μC/GUI移植
本系統(tǒng)的用戶界面采用?滋C/GUI,其最新版本是3.98,其中一些組件不太完整。根據(jù)點(diǎn)菜系統(tǒng)使用需求,特添加3.94版本的JPEG模塊來顯示圖片數(shù)據(jù)。ucgui398\Start\Config和ucgui398\Start\GUI是源碼包最重要的兩個(gè)文件夾,其中包括各種配置文件、μC/GUI內(nèi)核文件、與字體相關(guān)的代碼文件、LCD驅(qū)動(dòng)代碼文件、μC/GUI支持的控件代碼以及視窗管理部分代碼等[3]。
2.1 修改LCD配置文件
為使系統(tǒng)正確工作,必須修改文件LCDConf.h(GUI目錄中)中的一些配置宏。該文件與硬件直接相關(guān),根據(jù)所使用的LCD類型和LCD控制器進(jìn)行配置。由于μC/GUI提供不同型號(hào)的LCD配置文件(文件夾Sample\LCDConf\xxx中,xxx代表LCD驅(qū)動(dòng)器名稱),應(yīng)用程序開發(fā)者可直接在此基礎(chǔ)上修改程序。實(shí)際應(yīng)用中,選擇LCDLin.c驅(qū)動(dòng)文件。由于LTM控制器對(duì)顯示分辨率進(jìn)行硬擴(kuò)處理,因此LCD尺寸選擇400×240。系統(tǒng)底層配置的部分宏如表1所示。
LCD_READ_MEM(off)、LCD_WRITE_MEM(off,data)宏定義是μC/GUI與LTM控制器接口的關(guān)鍵[4]。SRAM_BASE是512 KB SRAM讀寫操作的基地址,這些宏定義能實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像數(shù)據(jù)緩存區(qū)的16 bit讀寫操作。此外,一般移植操作必須定義LCD_INIT_CONTROLLER(),以實(shí)現(xiàn)LCD屏初始化配置。LTM控制器初始化了觸摸屏,因此軟件配置中省略此項(xiàng)。
2.2 修改GUI和觸摸屏配置文件
在調(diào)整系統(tǒng)或減小內(nèi)存消耗時(shí)需配置LCDConf.h。具體步驟如下:(1)備份原始配置文件;(2)檢查所有配置開關(guān);(3)刪除配置中不使用部分。除此之外,系統(tǒng)工程編譯時(shí),會(huì)出現(xiàn)一些未定義錯(cuò)誤,需要將Sample\GUI_X\GUI_X.c添加到工程中,該文件定義GUI與操作系統(tǒng)的接口,以及Debug錯(cuò)誤報(bào)告等函數(shù)。由于系統(tǒng)使用μ/OS II,可選擇GUI_X_uCOS.c文件,并在文件結(jié)尾處添加以下函數(shù):
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);}
同時(shí)將GUI_X_ExecIdle( )中的OS_X_Delay(1)替換為OSTimeDly(1)。
GUI文件夾中另一個(gè)需要配置的文件是GUITouchConf.h,根據(jù)觸摸屏類型不同,宏參數(shù)也不同。執(zhí)行觸摸屏操作的主要流程在GUI\Core\GUI_TOUCH_DriverAnalog.c文件中。頭文件部分宏配置如表2所示。
2.3 觸摸屏與GUI接口
μC/GUI支持鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏等外設(shè),并在源碼級(jí)對(duì)其消息響應(yīng)。為使觸摸屏正常工作,系統(tǒng)除對(duì)相應(yīng)配置文件修改和添加一些相關(guān)函數(shù)外,必須實(shí)現(xiàn)觸摸屏底層驅(qū)動(dòng),即修改LCDLin.c驅(qū)動(dòng)文件。
理論上,GUI_TOUCH_AD_LEFT和GUI_TOUCH_AD_RIGHT取值應(yīng)當(dāng)為0或1 024,但實(shí)際操作時(shí),必須根據(jù)具體情況校準(zhǔn)。系統(tǒng)取觸摸屏四個(gè)角坐標(biāo)作為校正標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過多次試驗(yàn),四個(gè)坐標(biāo)分別是(29,160)、(3 936,160)、(29,3 900)和(3 936,3 900)。在GUI\Core\GUI_TOUCH_DriverAnalog.c中修改相應(yīng)宏,再據(jù)實(shí)際情形確定余下開關(guān)宏的值。
通過調(diào)用GUI_TOUCH_Exec()函數(shù)來獲得觸摸屏觸點(diǎn)位置:系統(tǒng)通過中斷服務(wù)程序讀回觸點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)值(x,y);接著將實(shí)際坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換到邏輯坐標(biāo);最后調(diào)用GUI_TOUCH_StoreState(x,y)保存邏輯坐標(biāo)值。為實(shí)時(shí)得到觸點(diǎn)坐標(biāo),需不斷調(diào)用GUI_TOUCH_Exec()函數(shù),因此建立單獨(dú)任務(wù)對(duì)該函數(shù)調(diào)用,以保證觸摸屏任務(wù)的實(shí)時(shí)響應(yīng)。該部分設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于中斷標(biāo)志清零,如果每次得到觸點(diǎn)位置后不能即刻清零,則會(huì)影響GUI內(nèi)部去抖操作和校準(zhǔn)處理,因此在保存穩(wěn)定坐標(biāo)值后再清除標(biāo)志位。
3 μC/GUI應(yīng)用開發(fā)
3.1 觸摸屏消息響應(yīng)機(jī)制
GUI所有外設(shè)輸入均以消息形式發(fā)送給當(dāng)前窗體回調(diào)函數(shù)處理,具體流程如圖2所示[5]。觸摸屏的消息傳遞實(shí)質(zhì)是對(duì)全局變量_State記載和更新。_State有3個(gè)成員變量:消息發(fā)生點(diǎn)x坐標(biāo)、y坐標(biāo)、外設(shè)按下與否的操作狀態(tài)。外設(shè)輸入消息統(tǒng)稱為WM_TOUCH,函數(shù)WM_HandlePID()專門處理這種消息。通過GUI_PID_GetState獲取GUI_PID_STATE結(jié)構(gòu)的WM_TOUCH消息,將新獲取消息與函數(shù)內(nèi)靜態(tài)舊消息變量比較,包括該消息發(fā)生點(diǎn)的屏幕坐標(biāo)及外設(shè)操作狀態(tài)。狀態(tài)發(fā)生變化是將操作狀態(tài)變化作為獨(dú)立消息WM_PID_STATE_CHANGED發(fā)送,再發(fā)送WM_TOUCH消息。構(gòu)造WM_TOUCH消息所用到的數(shù)據(jù),需要獲取當(dāng)前焦點(diǎn)窗體句柄,當(dāng)前焦點(diǎn)窗體是用WM_hCapture全局變量記載,如果為0則調(diào)用函數(shù)WM_Screen2hWin(),根據(jù)消息發(fā)生點(diǎn)屏幕坐標(biāo)獲取窗體句柄。向當(dāng)前焦點(diǎn)窗體發(fā)送消息后,更新當(dāng)前消息到舊消息變量,結(jié)束本次消息處理。
3.2 窗口、控件和對(duì)話框應(yīng)用
系統(tǒng)界面豐富,頻繁用到頁面切換,因此使用?滋C/GUI視窗管理器(WM)進(jìn)行窗口創(chuàng)建、顯示、隱藏和刪除等。用戶程序中對(duì)不同窗口指定不同回調(diào)函數(shù),當(dāng)指定事件發(fā)生時(shí),通知圖形系統(tǒng)調(diào)用指定函數(shù),如窗口內(nèi)容改變時(shí)自動(dòng)重繪的場(chǎng)合等。圖3(a)、圖3(b)分別為菜品推薦及菜單顯示窗口。
為使點(diǎn)菜系統(tǒng)功能更加豐富,界面中加入按鈕、列表框、單選按鈕、框架窗口等控件。控件是構(gòu)造用戶接口的元素,能自動(dòng)對(duì)某些事件反應(yīng)??丶彩峭ㄟ^其構(gòu)造函數(shù)返回的句柄而引用??丶褂靡暣肮芾砥?,一旦一個(gè)控件建立,它被處理成與其他窗口一樣,WM保證它在需要時(shí)能正確顯示(及重繪)。
控件消息響應(yīng)機(jī)制在使用中十分重要,包括按鈕觸碰響應(yīng)、單選按鈕序列號(hào)獲取、列表框滑動(dòng)等。下面以按鈕為例介紹其功能。Button按鈕在其回調(diào)函數(shù)中對(duì)相關(guān)消息(WM_MOUSEOVER/WM_PID_STATE_CHANGED/WM_TOUCH)進(jìn)行處理,在button.c文件中可找到相關(guān)實(shí)現(xiàn)函數(shù),用觸摸屏點(diǎn)擊該按鈕時(shí)發(fā)送以下三種消息之一:WM_NOTIFICATION_MOVED_OUT、WM_NOTIFICATION_RELEASED、WM_NOTIFICATION_PRESSED,之后在該按鈕父窗口捕獲并處理消息。系統(tǒng)是通過捕獲WM_NOTIFICATION_RELEASED消息實(shí)現(xiàn)按鈕觸碰功能的。
系統(tǒng)除了點(diǎn)菜外,還能存儲(chǔ)會(huì)員信息,用于累積會(huì)員積分,如圖3(c)。對(duì)于新建和登錄賬戶界面,使用對(duì)話框是很需要的。建立對(duì)話框需要做兩件基本工作:一個(gè)資源表,定義包括的控件;另一個(gè)是定義控件的初始化。對(duì)話框包含多個(gè)控件(框架窗口、按鈕、編輯框、文本框),通過對(duì)不同控件的選擇向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求信息。多數(shù)消息被對(duì)話框自動(dòng)處理,其他傳送給對(duì)話框指定的回調(diào)函數(shù)。其中,將WM_INIT_DIALOG和WM_NOTIFY_PARENT兩種類型的附加消息傳送到對(duì)話框窗口進(jìn)行處理。對(duì)話框顯示前,WM_INIT_DIALOG消息立即被發(fā)送到對(duì)話框處理,對(duì)話框程序用這個(gè)消息初始化控件以及實(shí)現(xiàn)其他影響對(duì)話框顯示的初始化任務(wù);通過對(duì)話框的子窗口發(fā)送WM_NOTIFY_PARENT消息到對(duì)話框,通知父窗口以保證事件同步。
3.3μC/OS II應(yīng)用
系統(tǒng)使用接口函數(shù)OSTaskCreateExt 創(chuàng)建任務(wù),根據(jù)系統(tǒng)要求,設(shè)計(jì)四個(gè)任務(wù),分別是:初始化任務(wù)(TaskStart)、接收消息任務(wù)(TaskRxmsg)、響應(yīng)觸摸任務(wù)(TaskTouch)和更新任務(wù)(TaskUpdate)。任務(wù)間通過信號(hào)量、全局變量等方式通信,具體狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖4所示。
(1)初始化任務(wù)
優(yōu)先級(jí)別最高,用于建立和調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)。系統(tǒng)上電后,首先對(duì)各個(gè)硬件模塊、軟件內(nèi)各數(shù)據(jù)初始化,如果SD卡讀取不成功、無線運(yùn)行不正常,LED燈提示系統(tǒng)初始化失敗,同時(shí)系統(tǒng)退出運(yùn)行狀態(tài)。反之,初始化完畢,系統(tǒng)開始任務(wù)調(diào)度。
(2)接收消息任務(wù)
接收上位機(jī)傳回的確認(rèn)信息,實(shí)時(shí)顯示菜單狀態(tài):準(zhǔn)備中、制作中、傳送中和已上菜。由于無線發(fā)回?cái)?shù)據(jù)不定時(shí),且為了避免數(shù)據(jù)丟失,該任務(wù)優(yōu)先級(jí)別高于TaskTouch。該任務(wù)與TaskTouch之間用信號(hào)量通信。
(3)響應(yīng)觸摸任務(wù)
用于執(zhí)行GUI_TOUCH_Exec()函數(shù),更新觸摸點(diǎn)狀態(tài),設(shè)置窗口、對(duì)話框等的回調(diào)函數(shù),進(jìn)行界面切換。放棄對(duì)CPU占用后,系統(tǒng)調(diào)度將CPU占用權(quán)交給TaskUpdate。
(4)更新任務(wù)
由于使用視窗管理回調(diào)機(jī)制,該任務(wù)必須實(shí)現(xiàn),并定期調(diào)用(至少每秒鐘100次),優(yōu)先級(jí)別最低。僅從一個(gè)任務(wù)調(diào)用GUI更新函數(shù)(即GUI_Exec(),GUI_Delay()),有助于保持程序結(jié)構(gòu)清晰。任務(wù)完成后,按任務(wù)優(yōu)先級(jí)高低開始新一輪調(diào)度。
以μC/OS-II操作系統(tǒng)為基礎(chǔ),系統(tǒng)在響應(yīng)觸摸任務(wù)和更新任務(wù)中分別調(diào)用μC/GUI函數(shù)。該項(xiàng)工作通過在配置中使能多任務(wù)支持及配合內(nèi)核接口函數(shù)來完成。由于任務(wù)實(shí)時(shí)行為只受運(yùn)行在更高級(jí)別任務(wù)的影響,所以在低級(jí)別任務(wù)中設(shè)置用戶界面,使其切換到用戶界面時(shí)不會(huì)影響實(shí)時(shí)行為。
本文介紹的系統(tǒng),在Nios II架構(gòu)上移植了可視化圖形庫μC/GUI,系統(tǒng)重點(diǎn)研究了如何應(yīng)用?滋C/GUI。在實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作的基礎(chǔ)上,結(jié)合消息響應(yīng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)窗口、控件和對(duì)話框的使用,并融合多任務(wù)操作系統(tǒng)提高點(diǎn)菜的實(shí)時(shí)性。LTM觸摸屏顯示帶有Windows風(fēng)格圖形界面,顧客可根據(jù)菜品圖片、營養(yǎng)介紹及價(jià)格隨時(shí)點(diǎn)餐。通過GUI整合的觸摸操作,實(shí)現(xiàn)了自助點(diǎn)菜、查看菜品狀態(tài)、加菜、退菜以及結(jié)賬功能,可提供更優(yōu)質(zhì)、更人性化的服務(wù)。
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