《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向LwIP的Nios II網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)
摘要: 本文作者創(chuàng)新點(diǎn): 利用ZLG/GUI作為軟件平臺(tái),開發(fā)出了類windows的圖形用戶界面,為嵌入式系統(tǒng)的GUI開發(fā)提供一種簡便、低成本、可行的解決方案。
Abstract:
Key words :

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

  1  ARM處理器

  嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)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(shí)集成系統(tǒng)。[2]ARM是當(dāng)前嵌入式領(lǐng)域使用最廣泛的微處理器[3] 。ARM(Advanced RISC Machines)微處理器是采用ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)(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(quán)。世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設(shè)計(jì)的ARM微處理器核,根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域,加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?,從而形成自己的ARM微處理器芯片進(jìn)入市場。

  本次設(shè)計(jì)中使用ARM7TDMI作為嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)核。ARM7TDMI核是通用的32微處理器內(nèi)核,采用馮•諾伊曼結(jié)構(gòu),具有高性能和低功耗的特性。ARM7TDMI使用三級(jí)流水線技術(shù)來增加處理器指令流的速度,處理器和存儲(chǔ)器的所有部分都可連續(xù)工作。通常在執(zhí)行一條指令的同時(shí)就對(duì)下一條指令進(jìn)行譯碼,并將第三條指令從存儲(chǔ)器中取出[4]。ARM結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計(jì)算機(jī)原理而設(shè)計(jì)的,指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡單得多。

  2  圖形用戶界面特征和發(fā)展趨勢

  2.1 圖形用戶界面的特征

  圖形用戶界面(Graphic User InteRFace,GUI)的廣泛流行是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的重大成就之一,它極大的方便了非專業(yè)用戶的使用,人們不再需要死記硬背大量的命令,而可以通過窗口、菜單方便的進(jìn)行操作。“Visual”已成為當(dāng)前流行的形容詞,如Visual Basic、Visual C++等。圖形用戶界面的主要特征如下[5]:

  1、WIMP

  其中W(Windows)指窗口,指用戶或系統(tǒng)的一個(gè)工作區(qū)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(biāo)志,易于人們隱喻和理解。M(Menu)指菜單,可供用戶選擇的功能提示。P(Pointing Devices),指鼠標(biāo)器等,便于用戶直接對(duì)屏幕對(duì)象進(jìn)行操作。

  2、用戶模型

  GUI采用了不少Desktop桌面辦公的隱喻,是應(yīng)用者共享一個(gè)直觀的界面框架。由于人們熟悉辦公桌的情況,因而對(duì)計(jì)算機(jī)顯示的圖形符號(hào)的含義容易理解,諸如:文件夾、收件箱、畫筆、工作薄、鑰匙及時(shí)鐘等。

  3、直接操作

  過去的界面不僅需要記憶大量命令,而且需要制定操作對(duì)象的位置,如行號(hào)、空格數(shù)、X及Y的坐標(biāo)等。采用GUI后,用戶可直接對(duì)屏幕上的對(duì)象進(jìn)行操作,如拖動(dòng)、刪除、插入以至放大和旋轉(zhuǎn)等。用戶執(zhí)行操作后,屏幕能立即給出反饋信息或結(jié)果,因而稱為所見即所得(What you see is what you get)。用視、點(diǎn)(鼠標(biāo))代替了記、擊(鍵盤),給用戶帶來了方便。

  2.2 圖形用戶界面的發(fā)展趨勢

  隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展,新的人機(jī)交互技術(shù)不斷出現(xiàn),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(tǒng)GUI開發(fā)

  近年來,嵌入式系統(tǒng)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(duì)圖形用戶界面(GUI)的要求也越來越高。

  3.1  LCD及其驅(qū)動(dòng)

  本設(shè)計(jì)采用2.2英寸TFT液晶屏——TFT6758液晶模塊,其工作電壓為3.3V,內(nèi)帶白光LED背光燈,可以直接使用8位、16位或18位總線方式與控制器連接(因?yàn)橐壕K內(nèi)部包含了HD66781和HD66783液晶控制驅(qū)動(dòng)器)。為了得到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率,設(shè)計(jì)電路時(shí)采用16位總線接口,按照HD66781芯片數(shù)據(jù)手冊說明,需要將IM3和IM0引腳接0電平,16位數(shù)據(jù)分別為DB17~DB10和DB8~DB1引腳,未使用的DB0和DB9引腳接地,電路連接如圖1所示[6]。在使用液晶屏?xí)r需要先添加其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序,點(diǎn)陣液晶顯示器TFT6758的驅(qū)動(dòng)芯片為HD66781,門驅(qū)動(dòng)(Gate driver)芯片為 HD66783。

 3.2  軟件平臺(tái)的選用

  目前在市場上有幾種發(fā)展成熟、比較有代表性的嵌入式GUI開發(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(tǒng)各具特色,但大部分需要在嵌入式操作系統(tǒng)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(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)。


  ZLG/GUI是一種占用資源小、使用方便的嵌入式系統(tǒng)簡易的圖形用戶界面軟件,不需要在嵌入式操作系統(tǒng)上移植就能直接使用,提供了最基本的繪圖功能,具有一些較高級(jí)的接口功能,支持單色、灰度、偽彩、真彩等圖形顯示設(shè)備,簡單易學(xué)。

3.3  模擬Windows界面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

  我們經(jīng)常使用的Windows系統(tǒng)的桌面,便是一個(gè)華麗的圖形用戶界面,所以設(shè)計(jì)模擬了Windows的桌面的圖形界面。

  這個(gè)界面的設(shè)計(jì)思想是:在全屏填充一張圖片,作為Windows的桌面背景圖案。經(jīng)過計(jì)算得到狀態(tài)欄的坐標(biāo)值,在液晶顯示屏的下方選擇綠色和藍(lán)色填充兩個(gè)矩形,作為狀態(tài)欄。仍然使用填充矩形函數(shù)做出開始菜單的背景色。在相應(yīng)的地方通過計(jì)算獲得漢字的顯示坐標(biāo)值,在相應(yīng)的位置顯示漢字。判斷是否有鍵按下,若沒有就繼續(xù)顯示桌面,有鍵按下就顯示開始菜單。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(jié)束語

  近年來,隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展,嵌入式設(shè)備將適用于更廣闊的領(lǐng)域,航天、航空、軍事、醫(yī)學(xué),還有與百姓生活息息相關(guān)的家電、運(yùn)輸、通信等等,由于嵌入式產(chǎn)品更加商品化,會(huì)涉及到方便用戶使用的問題,對(duì)圖形用戶界面(GUI)的要求也越來越高,如何開發(fā)一個(gè)適合于自己硬件條件的GUI系統(tǒng),成了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)重要工作內(nèi)容。本次設(shè)計(jì)采用ZLG/GUI作為軟件平臺(tái),對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用可以采用MiniGUI等軟件作為軟件平臺(tái)。

  本文作者創(chuàng)新點(diǎn): 利用ZLG/GUI作為軟件平臺(tái),開發(fā)出了類windows的圖形用戶界面,為嵌入式系統(tǒng)的GUI開發(fā)提供一種簡便、低成本、可行的解決方案。

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