μC／GUI在基于NiosⅡ嵌入式開發(fā)平臺的環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)中的移植與應(yīng)用

0 引言

人機(jī)交互是智能化嵌入式產(chǎn)品一項(xiàng)重要功能，在設(shè)計(jì)智能監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)人機(jī)交互需要界面設(shè)計(jì)軟件，常用的圖形界面軟件有MiniGUI，QT／Embedded，OpenGUI等。Altera公司NiosⅡ已經(jīng)集成了μC／OS-Ⅱ系統(tǒng)。μC／OS-Ⅱ是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，不具有現(xiàn)代操作系統(tǒng)的線程，上述GUI不能方便的運(yùn)行。

μC／GUI是一個(gè)優(yōu)秀的嵌入式圖形用戶界面，具有眾多的優(yōu)點(diǎn)。如，代碼開源，占用系統(tǒng)資源少，所有的代碼均由ANSIC實(shí)現(xiàn)，功能強(qiáng)大且易于移植，可以應(yīng)用于任何的LCD控制和CPU任何尺寸的物理與虛擬顯示，非常適合用于資源有限的嵌入式系統(tǒng)中。同時(shí)，μC／GUI與μC ／OS-Ⅱ都是美國Micrium公司產(chǎn)品，μC／GUI能輕易地在μC／OS-Ⅱ上應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)與μC／OS-Ⅱ的無縫結(jié)合。

本文在設(shè)計(jì)具有人機(jī)交互功能的基于NiosⅡ的嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互和更加方便的顯示，將μC／GUI移植到NiosⅡ嵌入式平臺，系統(tǒng)采用通用液晶顯示器顯示，具有更加廣泛的通用性。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的硬件平臺是Altera公司生產(chǎn)的DE2開發(fā)板，使用軟件是QuartusⅡ9．0，F(xiàn)PGA芯片是EP2C35F672C6，通過VGA接口連接液晶顯示器顯示，利用QuartusⅡ軟件的SOPC Builder搭建的系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。其中，PS／2 IP核是采用AItera公司大學(xué)計(jì)劃中的IP核，SDR AM為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存。在系統(tǒng)中運(yùn)行交互界面時(shí)，通過PIO傳輸系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)，控制硬件實(shí)現(xiàn)的視頻的采集、顯示與相關(guān)視頻分析算法的實(shí)現(xiàn)。

VGA IP核采用突發(fā)傳輸模式，這樣可以提高從端口的數(shù)據(jù)吞吐量，在主端口一次多個(gè)數(shù)據(jù)單元的時(shí)候，可以達(dá)到極高的效率。在本設(shè)計(jì)的VGA IP核設(shè)計(jì)一次傳輸10個(gè)數(shù)據(jù)單元，額外的burstcount信號為4位。

2 μC／GUI移植

本系統(tǒng)采用μC／GUI 3．98版本進(jìn)行移植，在移植μC／GUI之前，有必要熟悉μC／GUI的軟件體系結(jié)構(gòu)與文件結(jié)構(gòu)，μC／GUI的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

μC／GUI函數(shù)庫為用戶程序提供GUI接口，包含的函數(shù)有文本、數(shù)值、二維圖形、輸入設(shè)備以及各種窗口對象。其中，輸入設(shè)備可以是鼠標(biāo)、鍵盤或觸摸屏；二維圖形包括圖片、直線、多邊形、圓、橢圓、圓弧等；窗口對象包括按鈕、編輯框、進(jìn)度條、復(fù)選框等。μC／GUI由庫函數(shù)目錄GUI和配置文件目錄Config兩個(gè)目錄組成，表1是μC／GUI目錄結(jié)構(gòu)，帶星號的都是可選項(xiàng)。

其中Config目錄下包括3個(gè)文件分別是LCDConf．h、GUIConf．h和GUITouchConf．h，3個(gè)文件分別用來配置LCD驅(qū)動、μC／GUI配置、觸摸屏的配置。μC／GUI移植主要就是對Config文件以及LCDDriver的移植，針對不同的平臺做相應(yīng)的修改。

2．1 配置文件的移植

GUIConf．h是μC／GUI的基本屬性配置文件，有很多開關(guān)可以配置，配置的內(nèi)容包括是否采用內(nèi)存設(shè)備，是否采用窗口管理器，是否支持操作系統(tǒng)、觸摸屏，以及配置動態(tài)內(nèi)存的大小等。具體可以參考μC／GUI的用戶手冊，這里只需配置幾個(gè)必要的參數(shù)如下：


2．2 LCD驅(qū)動文件的移植

由于采用VGA顯示，根據(jù)LCDConf．h對LCD_CONTROLLER的配置，在LCD驅(qū)動文件目錄下選擇LCDDummy．c，刪除其他無關(guān)的驅(qū)動文件，LCD驅(qū)動文件負(fù)責(zé)把μC／GUI的各種函數(shù)解釋成LCDconf．h文件中定義的液晶接口函數(shù)，這個(gè)文件與具體的硬件連接無關(guān)，LCD驅(qū)動在SDRAM開辟幀緩沖以及往VGAIP中寫入數(shù)據(jù)，在函數(shù)LCD_Controller_Init()完成，開辟顯示緩沖區(qū)由framebuffer=(aIt_u32*)alt_uncached_malloc(LCD _XSIZE*LCD_YSIZE*LCD_BITSPERPIXEL／2)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)編寫void LCD_L0_SetPixelIndex(int x，int y，int PixelIndex)和unsigned int LCD_L0_GetPixelIndex(int x，int y)這2個(gè)函數(shù)，分別是設(shè)置一個(gè)像素和獲取一個(gè)像素的顏色，后面很多操作如畫點(diǎn)、線、圓等都需要調(diào)用這2個(gè)函數(shù)。

2．3 接口函數(shù)移植

由于支持μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，所以要對GUI_X_μCOS．c文件進(jìn)行修改，GUI_X_μCOs．c定義了GUI與RTOS的接口函數(shù)，使之能與μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫銜接，要增加系統(tǒng)延時(shí)函數(shù)OSTimeDly(1)，void GUI_X_Execldle(void){OS_X_Dday(1)；}改為：

到此，μC／GUI移植需要修改的代碼部分已經(jīng)全部完成。

3 μC／GUI應(yīng)用程序開發(fā)實(shí)例

根據(jù)平臺修改完配置、驅(qū)動文件和接口函數(shù)之后，在NiosⅡ9．0 IDE建立一個(gè)新的工程，選擇工程操作系統(tǒng)為μC／OS-Ⅱ，將已經(jīng)修改好的Config和GUI文件夾以及GUI_X_μCOS．c拷貝到建立的工程目錄下，可以根據(jù)實(shí)際需求，刪掉一些不需要的功能文件，減少編譯時(shí)間以及編程生成的執(zhí)行文件的大小。根據(jù)需求編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序，要使PS／2IP核正確使用，在應(yīng)用程序中要用要alt_up_ps2_open_dev(“／ dev／ps2”)，開啟PS／2 IP核，同時(shí)要正確顯示圖形界面在顯示界面代碼之前要調(diào)用GUI_Init()函數(shù)，它的功能是初始化GUI，同時(shí)初始化LCD控制器與顯示緩沖區(qū)。Nios II IDE編譯器成功編譯工程還要為移植的文件添加相應(yīng)的路徑，在include路徑要包括Config、GUI／Core，GUI／Widget和GUI／WM，編譯完成之后的工程目錄如圖3所示。成功編譯之后將程序下載到DE2開發(fā)平臺，程序運(yùn)行嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)交互界面，運(yùn)行畫面如圖4所示。

交互界面顯示了系統(tǒng)標(biāo)志，按鍵、窗口以及鍵盤，每個(gè)按鍵代表一個(gè)功能，按鍵按下，彈出參數(shù)輸入窗口，可以在鍵盤輸入相關(guān)的參數(shù)通過PIO傳輸?shù)接布K。

4 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了μC／GUI在NiosⅡ嵌入式系統(tǒng)中的移植過程，包括從硬件平臺的搭建到μC／GUI配置文件、驅(qū)動文件和接口函數(shù)的修改，采用自己編寫的VGA顯示IP核，使系統(tǒng)可使用任何通用的液晶顯示器，與其他很多專用的LCD驅(qū)動而言，本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的通用性。結(jié)果表明，μC／GUI功能強(qiáng)大，易于移植，占用系統(tǒng)資源少，移植過程有很多可選功能，可以針對不同的需求，非常適用于資源有限的嵌入式系統(tǒng)中。
同時(shí)μC／GUI還提供了仿真器以及位圖轉(zhuǎn)換工具，有助于我們應(yīng)用程序的開發(fā)，在開發(fā)的過程中應(yīng)用程序可以在仿真器中完成而不必每次都在硬件平臺運(yùn)行驗(yàn)證。μC／GUI對鼠標(biāo)、鍵盤以及觸摸屏等的支持，將使基于NiosⅡ的智能監(jiān)控系統(tǒng)可以完全集成為監(jiān)視器中的一個(gè)功能模塊，具有很好應(yīng)用前景與研究意義。