一種輕量級嵌入式GUI設(shè)計(jì)

摘 要：本文重在講述輕量級嵌入式GUI設(shè)計(jì)原理。該設(shè)計(jì)能極大地簡化實(shí)現(xiàn)和提高性能，使其能工作在計(jì)算能力較弱的處理器和簡單的LCD硬件系統(tǒng)中。論文采用自底向頂?shù)捻樞颍合冉榻B硬件布線和驅(qū)動設(shè)計(jì)，然后描述整個(gè)GUI軟件框架，最后解釋窗口和狀態(tài)欄的實(shí)現(xiàn)與對象通信。該設(shè)計(jì)模式對于較簡易的GUI系統(tǒng)實(shí)用性極強(qiáng)，同時(shí)揭示了圖形界面設(shè)計(jì)原理。

關(guān)鍵詞：嵌入式GUI；輕量級；LCD驅(qū)動；窗口系統(tǒng)；狀態(tài)欄

1 引言

大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)，僅提供幾個(gè)按鍵和像素點(diǎn)較少的LCD，同時(shí)處理器運(yùn)算能力有限（如8/16位單片機(jī)）[3][4]，不宜運(yùn)行商用的GUI圖形庫（如uC/GUI、miniGUI、QT等），但仍然得為用戶提供GUI功能。一個(gè)具有代表的硬件平臺如下，提供6個(gè)輸入按鍵：上移、下移、左移、右移、確定和取消；有一LCD，不限制物理尺寸與像素點(diǎn)數(shù)。本文描述一種基于上述硬件平臺的實(shí)現(xiàn)簡單的GUI設(shè)計(jì)原理，它提供窗口系統(tǒng)因此具備較好地顯示效果。

2 硬件設(shè)計(jì)

一般LCD顯示模塊包括三部分：控制器、驅(qū)動器和液晶顯示屏，同時(shí)提供外部引腳供嵌入式處理器連接。以TRULY公司LCD顯示模塊MST-G320240DBSW-75W-E為例，它的控制器為RA8835，模塊的引腳定義參看文獻(xiàn)[1][2]

硬件設(shè)計(jì)需要將LCD模塊引腳正確連接到處理器控制引腳上。對于大部分單片機(jī)來說，將LCD模塊引腳連接到普通I/O口是比較好的選擇。

另一種高級接線方式是將它連接到Asynchronous Memory接口（如果處理器具備），這樣一來操作LCD就像訪問普通的存儲器（如FLASH）一樣，極大提供便利性。

3 LCD驅(qū)動

LCD控制器是LCD模塊的核心，驅(qū)動一個(gè)LCD模塊本質(zhì)就是對LCD控制器寫一系列指令的過程。對于普通I/O口連接LCD的方式，驅(qū)動程序需要對相應(yīng)引腳按順序產(chǎn)生高低電平，如下代碼所示：（省略對引腳宏定義的語句）

void lcd_cmdwrite（unsigned char cmd）

{ LCD_CS = 0； /* Enable access LCD */

LCD_CD = 1； /* 0=Data； 1=Command */

LCD_WR = 0； /* Enable write */

LCD_RD = 1； /* Insure read signal is invalid */

LCM_DATA = cmd； /* Put command value into port */

LCD_WR = 1； /* Disable Write */

LCD_CS = 1； /* Disable access LCD */

}

如果嵌入式處理器的Asynchronous Memory接口連接到LCD總線，需要設(shè)置該接口的延時(shí)時(shí)間，以便于符合圖1中LCD的總線時(shí)序，然后驅(qū)動將會簡化成寫外設(shè)內(nèi)存。

4 GUI軟件框架

GUI一共分為一下四層：

窗口控制層：窗口和圖形控件，處理消息和響應(yīng)人機(jī)交互。

圖形繪制層：繪制圖片，文字和幾何圖形。

像素操作層：點(diǎn)亮或熄滅LCD屏的任一像素。

硬件驅(qū)動層：驅(qū)動LCD控制器，使其處于合理設(shè)置范圍。

5 窗口系統(tǒng)與交互

用面向?qū)ο蟮姆椒▉碓O(shè)計(jì)窗口，每個(gè)窗口都有自己的ID，同時(shí)有其周圍鄰居窗口的ID值用于窗口切換；私有數(shù)據(jù)空間用于窗口的個(gè)性化定值。窗口對象包含3個(gè)方法：Init（）用于繪制窗口和初始化窗口資源；ProcMsg（）處理所有傳遞到本窗口的消息；Close（）關(guān)閉窗口同時(shí)釋放資源。

6 狀態(tài)欄實(shí)現(xiàn)

狀態(tài)欄一般位于窗口的最底。它一般提供如下方法：

Init（）：初始化狀態(tài)欄對象；

Visible（）：顯示狀態(tài)欄對象，實(shí)時(shí)響應(yīng)外部消息；

Invisible（）：不再顯示狀態(tài)欄對象，忽略外部消息；

ChangeLinkStat（）：更新聯(lián)機(jī)/脫機(jī)狀態(tài)；

UpdateDate（）：更新當(dāng)前日期

UpdateTime（）：更新當(dāng)前時(shí)間

私有顯示空間是提供給窗口進(jìn)行個(gè)性化定制，它的原則是：無論哪個(gè)窗口使用，都是“誰分配，誰回收”，即當(dāng)該窗口關(guān)閉時(shí)需要清除它在私有顯示空間的所有顯示內(nèi)容。

7 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的輕量級嵌入式GUI已經(jīng)在某工業(yè)控制產(chǎn)品中穩(wěn)定使用多年，該產(chǎn)品選用TRULY公司320x240像素的LCD。采用分層與面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，使軟件系統(tǒng)容易移植和開發(fā)；簡單化的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)異常穩(wěn)定；另外占用資源很少，這是商業(yè)GUI無法比擬的。在此基礎(chǔ)上還能擴(kuò)展更高級的圖形控件功能，可以參見姊妹篇論文《輕量級嵌入式GUI高級功能實(shí)現(xiàn)》。

[參考文獻(xiàn)]

[1]TRULY公司.MST-G320240DBSW-75W-ESpecification.Version：1.0October23，2007.

[2]TCC公司.液晶顯示模塊使用手冊.版本：V3.22009/11/01.

[3]金戈，等，譯.SteveMcConnell.CodeComplete.SecondEdition.電子工業(yè)出版社.2006.3.

[4]陳向群，等，譯.DavidE.Simon嵌入式系統(tǒng)軟件教程.機(jī)械工業(yè)出版社.2005.9.