技术标签: include manager buffer 存储 Linux Kernel 嵌入式 图形
uc/gui是一个优秀的嵌入式图形用户界面,这几天的工作就是将它移植到nios II系统上。前人也做了一些工作,不过大部分都是针对其他硬核处理器,针对nios II软核处理器的移植资料那简直是凤毛麟角。在阅读了相关文档后,我决定自己亲自动手实践,这下面的很多过程都是自己摸索出来的,并通过了实验的验证。这只是一个初步的移植,也许在以后的更复杂的应用中,还需要对其进行调整。但对目前我的应用而言,应该足够了。
写这篇文章的目的一是由于自己记性不好,所以需要给自己留个备忘,免得以后忘的一干二净;二是给有需要的朋友提供一些参考,也好相互交流,共同进步。请大家多提宝贵意见。
一、源码和文档下载
http://www.ucgui.com/上有很多不同版本的源码下载,目前能下到的最新版本是3.98,不过还有一些组件不是很完整,但作基础开发已经够用了。
ucgui3.98源码下载地址:uC-GUI-V3-98.zip。
ucgui最新版用户手册下载地址:uC-GUI-user.rar。
开发软件:quartus II 6.0, Nios II IDE 6.0。
二、移植过程
先来看看解压后都有些什么东西:
如图,核心的东西包括Config和GUI两个文件夹,这里面是ucgui的所有源码和配置文件。ConvertColor包含彩色转换函数,ConvertMono包含灰度到彩色转换的函数,Core包含核心程序,Font是字体文件,LCDDriver包含多种控制器驱动,Widget是窗口控件库,WM是窗口库,提供复杂的功能。其他文件夹包含一些应用范例以及一些有用的工具,留待慢慢探索。
1、config文件的移植:
Config文件夹是ucgui的配置文件夹,里面有3个文件:
GUIConf.h:gui的基本属性配置文件,有很多开关可以配置,具体可以参考ucgui的用户手册,这里只需配置几个必要的参数如下:
#ifndef GUICONF_H
#define GUICONF_H
#define GUI_OS (1) /* 支持操作系统,nios系统自带了ucosII,所以我们选择此项,使gui支持该操作系统 */
#define GUI_SUPPORT_TOUCH (0) /* 支持触摸屏,由于暂时没有用触摸屏,所以关掉这个开关 */
#define GUI_SUPPORT_MOUSE (0) /* 支持鼠标,暂时关闭 */
#define GUI_SUPPORT_UNICODE (1) /* Unicode字符串支持 */
#define GUI_DEFAULT_FONT &GUI_Font6x8/* 默认字体 */
#define GUI_ALLOC_SIZE 12500/* WM和memery device分配的内存 */
#define GUI_WINSUPPORT 1 /* Window manager available */
#define GUI_SUPPORT_MEMDEV 0 /* Memory devices available,由于下载到的源代码中缺少memery device组件的源码,所以关闭此项 */
#define GUI_SUPPORT_AA 1 /* Anti aliasing available */
#endif /* Avoid multiple inclusion */
LCDConf.h:LCD控制器的硬件配置文件,这个文件与硬件直接相关,一般是根据你所使用的LCD的类型和所用的LCD控制器的类型来配置。我的配置是一块640*480的TFT LCD,支持18位色,不过我只使用16位,RGB565色彩模式,足矣。LCD控制器就是自己写的一个硬件模块,挂在avalon总线上,负责读取显示缓冲区中的数据,然后按照该LCD的时序输出显示到LCD上。显示缓冲区直接开辟在系统内存中,系统使用一块SDRAM作为系统内存,CPU可以直接对其进行32位读写访问。通过仔细阅读ucgui的用户手册,可以知道,在我这种硬件配置条件下,可以选择LCDLin32.c这个驱动文件(后面将详细讲述对LCDLin32.c的修改与移植),那么对应了LCD_CONTROLLER 必须配置为3200。
#ifndef LCDCONF_H
#define LCDCONF_H
#define LCD_XSIZE (640) /* X-resolution of LCD, Logical coor. */
#define LCD_YSIZE (480) /* Y-resolution of LCD, Logical coor. */
#define LCD_BITSPERPIXEL (16) /* 每个象素点需要的Bit数 */
#define LCD_CONTROLLER 3200 /* 控制器名称 */
#define LCD_ENDIAN_BIG 0 /* 选择little endian */
#define LCD_FIXEDPALETTE 565 /* 选择RGB565色彩模式 */
#define LCD_SWAP_RB 1 /* gui默认为GRB565,定义这个开关可以使之转换为RGB565,即交换R和B */
//#define LCD_VRAM_ADR 0x20000000 /* 显示缓冲区起始地址,这个宏定义定义了显示缓冲区的地址,在驱动文件LCDLin32.c中要用到这个地址。由于我的显示缓冲区要在程序运行起来之后,由malloc函数在系统内存中分配,所以这个地址无法预先定义。于是我取消了这个宏定义,而改为一个指针变量,直接放在LCDLin32.c中,通过修改其中的一些函数定义,完全可以实现这样的改变。 */
//#define LCD_READ_MEM(Off) IORD_32DIRECT((U32 *)LCD_VRAM_ADR + ((U32)Off) << 2),0)
//#define LCD_WRITE_MEM(Off,data) IOWR_32DIRECT((U32 *)LCD_VRAM_ADR + ((U32)Off) << 2),0,Data)
/* 使用驱动LCDLin32.c需要定义的函数,用于读写显示缓冲区,由于把显示缓冲区的地址指针放到LCDLin32.c中去了,所以这两个函数也直接放到LCDLin32.c中去,在这里就可以不要了 */
#define LCD_INIT_CONTROLLER() LCD_Controller_Init() /* LCD 控制器初始化函数,由gui_init()调用,我在这里替换为自己的控制器初始化函数LCD_Controller_Init(),该函数在后文中叙述 */
#endif /* LCDCONF_H */
GUITouchConf.h:触摸屏的配置文件,暂时没有使用。
至此,config文件移植完毕。
2、LCD device驱动的移植
这里所说的LCD device驱动移植主要是指前面所说的LCDLin32.c文件的修改。LCDLin32.c在GUI/LCDDriver文件夹中,其中定义了几个关键的函数,用于gui对显示缓冲区进行操作,如
void LCD_L0_SetPixelIndex(int x, int y, int PixelIndex)/* 画点 */
unsigned int LCD_L0_GetPixelIndex(int x, int y)/* 读点 */
void LCD_L0_XorPixel(int x, int y)/* 异或点 */
void LCD_L0_DrawHLine(int x0, int y, int x1) /* 画水平线 */
void LCD_L0_DrawVLine(int x, int y0, int y1) /* 画垂直线 */
void LCD_L0_FillRect(int x0, int y0, int x1, int y1) /* 矩阵填充 */
void LCD_L0_DrawBitmap(int x0, int y0,
int xsize, int ysize,
int BitsPerPixel,
int BytesPerLine,
const U8 GUI_UNI_PTR * pData, int Diff,
const LCD_PIXELINDEX* pTrans) /* 画位图 */
void LCD_On (void) /* 打开LCD */
void LCD_Off (void) /* 关闭LCD */
由于我的LCD不具备打开和关闭功能,所以LCD_On()和LCD_Off()定义为空函数。在上述的几个画点画线函数中,与硬件(显示缓冲区)直接相关的就是
LCD_WRITE_MEM(Off,data)/*写存储器*/
LCD_READ_MEM /*读存储器*/
我们只需要将这两个宏定义修改一下,使之指向我们自己定义的操作。由于这两个函数是对显示缓冲区进行读写操作,所以需要先知道显示缓冲区的起始地址,在我的系统中该缓冲区由malloc函数得到,于是需要预先定义一个指针变量,用来存储显示缓冲区的首地址:
U32 *lcd_framebuffer0; /* our frame buffer first address */
但是预编译无法处理malloc函数,所以我将这个操作放到自定义的LCD_Controller_Init()函数中执行。这里使用了Nios系统中hal库的一些函数,所以需要先包含相应的头文件:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <alt_types.h>
#include "io.h"
#include "sys/alt_alarm.h"
#include "sys/alt_cache.h"
#include "system.h"
#include "priv/alt_file.h"
这其中实际上有几个头文件是没有必要包含进来的,不过我也没去管它,所以就都写在这里了,应该不会有什么害处。
#define LCD_BYTESPERFRAME LCD_XSIZE * LCD_YSIZE * LCD_BITSPERPIXEL / 8
void LCD_Controller_Init(void)
{
lcd_framebuffer0 = (U32 *)alt_uncached_malloc(LCD_BYTESPERFRAME);
memset( (void *)lcd_framebuffer0, 0x0, LCD_BYTESPERFRAME ) ; /* reset the frame buffer to 0x0 */
IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 0, 0x0 ); /* Reset the VGA controller */
IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 4, lcd_framebuffer0 ); /* Where our frame buffer starts */
IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 8, LCD_BYTESPERFRAME ); /* amount of memory needed */
IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 0, 0x1 ); /* Set the go bit. */
}
这个函数初始化了显示缓冲区,并对LCD控制器进行配置,使之正确运行。其中,VGA_CONTROLLER_0_BASE是LCD控制器的基地址,由system.h文件定义,所以要将它include进来。LCD_BYTESPERFRAME为每帧需要的字节数。由宏定义得到。这样,在系统调用GUI_Init()函数时,LCD_Controller_Init()函数也会被调用,这就可以保证gui在做任何操作以前,显示缓冲区都已经准备好了,LCD控制器也已经配置好并已经开始运行了。
实际上,LCDLin32.c文件中对LCD_READ_MEM和LCD_WRITE_MEM已经做了定义,有了lcd_framebuffer0这个指针变量之后,我们只需要对LCD_READ_MEM和LCD_WRITE_MEM定义做一些修改,使之指向lcd_framebuffer0所指的缓冲区即可:
#define LCD_READ_MEM(Off) (*((U32 *)lcd_framebuffer0 + ((U32)Off)))
#define LCD_WRITE_MEM(Off, Data) *((U32 *)lcd_framebuffer0 + ((U32)Off)) = Data
这样,LCDLin32.c就基本上修改完毕了。当然,我们还可以修改其画点,画线,矩阵填充,画位图等函数,使之对于我们特定的硬件更加优化,以提高执行效率,这是后话。到目前为止,gui已经能够正确地操作我们的硬件了。
三、运行第一个程序:hello_gui
下面,我们就让刚移植好的gui到实际的系统上去运行一下。
1、配置好FPGA的硬件;
2、打开nios II IDE,以hello_world工程为模版建立一个新的工程hello_gui;
3、将ucgui的Config和GUI两个文件夹(包含有我们刚刚修改过的几个文件)复制到工程目录下;
4、在hello_gui工程选项中添加如下include paths:
yourprojectdir/software/hello_gui/Config
yourprojectdir/software/hello_gui/GUI/Core
yourprojectdir/software/hello_gui/GUI/Widget
yourprojectdir/software/hello_gui/GUI/WM
5、修改hello_world.c的内容为:
#include "GUI.H"
void main(void) {
GUI_Init(); /* 初始化GUI,同时初始化LCD控制器和显示缓冲区 */
GUI_SetBkColor(GUI_BLUE); /* 设置背景色为蓝色*/
GUI_Clear(); /* 清屏为背景色 */
GUI_SetColor(GUI_RED); /* 设置前景色为红色(后面画图操作将用该前景色) */
GUI_DispString("Hello world!"); /* 显示hello world! */
while(1);
}
6、在system library选项中选择RTOS为MicroC/OS-II;
这时如果编译工程,会出现一些未定义错误,类似于GUI_X_未定义等等,原来是缺少GUI_X.c文件,这个文件定义了gui与rtos的接口,以及debug错误报告等函数,于是我们需要添加这个文件。经过寻找,在Sample文件夹中发现了GUI_X这个文件夹,打开一看,里面有我们所需要的GUI_X.c文件,由于我们使用了MicroC/OS-II操作系统,所以我们使用其中的GUI_X_uCOS.c文件,将这个文件copy到工程目录下,并在文件结尾添加下面这几行:
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); }
并将其中的:
void GUI_X_ExecIdle (void)
{
OS_X_Delay(1);
}
改为:
void GUI_X_ExecIdle (void)
{
OSTimeDly(1); /* 调用uCOS-II的延时程序 */
}
方可编译通过。
7、Debug as hardware,这样,就可以看见结果了。我的结果是LCD上用篮底红字显示出了“hello world!”字样。表示ucgui3.98在Nios II上初步移植成功!
四、总结
至此,ucgui在Nios II上的移植获得了初步的成功。当然,这只是一小步,ucgui中还有丰富的功能,这些都将在以后的实践中慢慢摸索。
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