一種輕量級嵌入式GUI設計

摘 要：本文重在講述輕量級嵌入式GUI設計原理。該設計能極大地簡化實現和提高性能，使其能工作在計算能力較弱的處理器和簡單的LCD硬件系統中。論文采用自底向頂的順序：先介紹硬件布線和驅動設計，然后描述整個GUI軟件框架，最后解釋窗口和狀態欄的實現與對象通信。該設計模式對于較簡易的GUI系統實用性極強，同時揭示了圖形界面設計原理。

關鍵詞：嵌入式GUI；輕量級；LCD驅動；窗口系統；狀態欄

1 引言

大多數嵌入式系統，僅提供幾個按鍵和像素點較少的LCD，同時處理器運算能力有限（如8/16位單片機）[3][4]，不宜運行商用的GUI圖形庫（如uC/GUI、miniGUI、QT等），但仍然得為用戶提供GUI功能。一個具有代表的硬件平臺如下，提供6個輸入按鍵：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數。本文描述一種基于上述硬件平臺的實現簡單的GUI設計原理，它提供窗口系統因此具備較好地顯示效果。

2 硬件設計

一般LCD顯示模塊包括三部分：控制器、驅動器和液晶顯示屏，同時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[1][2]

硬件設計需要將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驅動

LCD控制器是LCD模塊的核心，驅動一個LCD模塊本質就是對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，驅動程序需要對相應引腳按順序產生高低電平，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，需要設置該接口的延時時間，以便于符合圖1中LCD的總線時序，然后驅動將會簡化成寫外設內存。

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，處理消息和響應人機交互。

圖形繪制層：繪制圖片，文字和幾何圖形。

像素操作層：點亮或熄滅LCD屏的任一像素。

硬件驅動層：驅動LCD控制器，使其處于合理設置范圍。

5 窗口系統與交互

用面向對象的方法來設計窗口，每個窗口都有自己的ID，同時有其周圍鄰居窗口的ID值用于窗口切換；私有數據空間用于窗口的個性化定值。窗口對象包含3個方法：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（）關閉窗口同時釋放資源。

6 狀態欄實現

狀態欄一般位于窗口的最底。它一般提供如下方法：

Init（）：初始化狀態欄對象；

Visible（）：顯示狀態欄對象，實時響應外部消息；

Invisible（）：不再顯示狀態欄對象，忽略外部消息；

ChangeLinkStat（）：更新聯機/脫機狀態；

UpdateDate（）：更新當前日期

UpdateTime（）：更新當前時間

私有顯示空間是提供給窗口進行個性化定制，它的原則是：無論哪個窗口使用，都是“誰分配，誰回收”，即當該窗口關閉時需要清除它在私有顯示空間的所有顯示內容。

7 結束語

本文設計的輕量級嵌入式GUI已經在某工業控制產品中穩定使用多年，該產品選用TRULY公司320x240像素的LCD。采用分層與面向對象的設計，使軟件系統容易移植和開發；簡單化的設計使系統異常穩定；另外占用資源很少，這是商業GUI無法比擬的。在此基礎上還能擴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高級功能實現》。

[參考文獻]

[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.電子工業出版社.2006.3.

[4]陳向群，等，譯.DavidE.Simon嵌入式系統軟件教程.機械工業出版社.2005.9.