基于μCOSⅡ實時操作系統(tǒng)的電子畫板的設計

唐俊龍 劉遠治 禹智文 鄒望輝 吳麗娟 謝海情

摘? ?要：基于UCOS-II實時操作系統(tǒng)完成了觸摸屏傳感器的程序驅動設計、觸摸屏與LCD坐標的校準等工作，設計了一款嵌入式系統(tǒng)電子畫板。實現(xiàn)人機交互菜單式的用戶界面設計，電子菜單選擇繪圖背景，印花圖案，畫筆顏色、粗細、形狀等參數(shù)，RGB調色按鈕定義用戶需要的畫筆顏色，在繪圖區(qū)域繪出用戶需要的圖案，書寫文字。經過實驗調試，電子畫板功能完整，用戶界面友好，操作簡便。

關鍵詞：電子畫板? 嵌入式? 觸屏技術? μCOSⅡ

Abstract： In this paper， an embedded electronic drawing board based onμCOSⅡreal-time operating system， LCD and touch screen is designed. The touchscreen sensor driven program is written. Calibration work of the touch screen and LCD coordinate is done. The man-machine interactive menu style of user interface is designed. The drawing background can be changed. The printing and the painting brush with colors， thickness and shape， etc. can be selected by electronic menu. The brush color based on RGB color button is defined by the user's own needs to draw the pattern and the text in the drawing area. Finally test experiment is done. GUI is friendly， full-functional. It is easy to operate.

目前以數(shù)字化為代表的消費類電子整合產品呈現(xiàn)出了高速增長的趨勢，數(shù)字家庭很大程度上改變人們的生活和娛樂方式，觸摸屏技術是一種新型的人機交互輸入方式。觸摸屏技術在一些大尺寸屏幕上，能夠讓多人在同一塊屏幕上共同完成一些協(xié)同工作，如游戲、繪圖、工程設計、影像處理及利用電容筆進行簽名、畫圖、標記等應用領域，提高了使用效率，改善了用戶使用環(huán)境。本文結合觸摸屏技術與LCD顯示屏技術，基于ROM運行的、可裁減的、搶占式、實時多任務內核，具有高度可移植性的ucos-II實時操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了一款人機交互式界面友好的電子畫板[1]。

1? 方案設計

硬件設計基于ARM9開發(fā)板，采用S3C2410X 處理器，64M 的NANDFLASH 和64M RAM，8寸640x480分辨率的265色真彩LCD（Liquid Crystal Display）顯示屏，電阻觸摸屏等[2]。觸摸傳感器是ADS7843，屏體部分是與LCD表面配合的多層復合薄膜，直接用2410內部ADC構成的轉換電路接口，觸摸反應速度快，數(shù)據(jù)準確[3-4]。嵌入式電子畫板方案設計如圖1所示，由菜單和繪圖兩大功能組成。菜單功能主要包括畫筆顏色、粗細變換、“印花”動態(tài)變換、畫布背景更換等操作，繪圖功能主要是畫直線、畫圓，確定多點畫多邊形，畫筆實時動態(tài)作畫等繪畫。多種繪畫方式，接近真實畫板的體驗，使電子畫板具有實用性和趣味性，既保留傳統(tǒng)畫板的精華之處，也凸顯電子畫板使用便捷的優(yōu)勢[5]。

2? 電子畫板系統(tǒng)的軟件設計

2.1 觸摸屏坐標校準

電子畫板觸摸屏的精準控制需要對觸摸屏的觸摸與LCD顯示的坐標及兩者間吻合性進行校準。

（1）初始坐標獲取。

LCD與觸摸屏的點通過公式（1）轉換得到相對應的坐標值。

其中，T_Xmax、T_Xmin、T_Ymax 和T_Ymin 是觸摸屏返回電壓值x、y軸的范圍值，LCDW、LCDH是觸摸屏的寬度和高度（觸摸屏的寬度*高度=640×480像素）。

（2）坐標校準。

觸摸屏與LCD貼合度需要校準補償，使操作更精準、更快速。本文采用在觸摸屏上的左上角L1、右下角L2和觸屏正中L3獲得三點的三點校準法，這三點之間最為分散，有利于提高校準精度。將三點坐標確定之后，利用公式（2）可求出A、B、C、D、E、F的值。

電子畫板繪圖界面操作范圍排列緊密，繪圖畫筆流暢，均勻出墨，要求觸摸屏具有較高的精準度及對坐標有較快的處理速度，但較高的觸摸屏精準度就需要對坐標進行多次的判斷和計算，會降低坐標的處理速度。本文采用觸摸屏的消息機制與API函數(shù)兩種方法解決精準度與處理速度的問題。

2.2 主程序流程圖

如圖2所示，程序啟動之后，主任務定義了系統(tǒng)參數(shù)的初始化，進入主函數(shù)，Init函數(shù)對系統(tǒng)進行畫筆顏色參數(shù)、畫筆模式參數(shù)等初始化設置。菜單任務通過調用觸摸屏驅動程序，來判斷觸摸屏是否被按下，沒有按下，繼續(xù)檢測觸摸屏狀態(tài)，如果檢測到觸摸屏被按下則執(zhí)行更換背景圖片、更換畫筆顏色等相應的操作。如果菜單區(qū)域沒有被按下，就檢測繪圖區(qū)域是否被按下，如果繪圖區(qū)域也沒有被按下，則返回到菜單區(qū)域檢測，完成一次循環(huán)。

2.3 觸摸式菜單的程序設計

觸摸式菜單設計主要采用了兩級菜單，如圖3，圖4所示。系統(tǒng)啟動，主函數(shù)進行switch（）的循環(huán)，判斷菜單的標志位Level，根據(jù)不同的Level值進入不同的菜單區(qū)域，一級菜單的Level值等于0x01如圖3。Level值等于0x02，進入了二級菜單如圖4所示，二級菜單增加了是否返回一級菜單的判斷。

3? 調試

3.1 圖片加載

啟動UCOS-II系統(tǒng)，通過“mkdir BMP”命令，在/sys系統(tǒng)文件夾下創(chuàng)建文件夾名BMP，輸入“cd BMP”進入到該文件夾中，輸入“dl Main.bmp -d”命令，按下回車鍵，傳送指定圖片到BMP文件夾中。聲明一個char型的數(shù)組存儲圖片地址信息char Main[]="/sys/BMP/Main.bmp"，然后調用ShowBmp（pdc，Main，0，0）函數(shù)即可在指定坐標顯示圖片，如圖5。圖片的分辨率橫軸為10的偶數(shù)倍，160×120分辨率的圖片能夠正常顯示。

3.2 菜單程序的調試

主任務中啟用了一個switch（level）來選擇不同層級的菜單，主繪圖界面是主菜單，其余各項操作如改變畫筆顏色、改變畫筆模式、改變背景圖案等均為次級操作項目。通過編譯之后將程序下載到開發(fā)板中，電子畫板的主界面如圖6所示。經過調試，用戶界面更改了繪圖背景為“牛皮紙紋理”，畫筆顏色為“紅色”，畫筆粗細為“中等粗細”等，完整地實現(xiàn)了畫板功能。

4? 結語

基于μCOSⅡ實時操作系統(tǒng)的電子畫板的設計編程采用標準C語言，利用μCOSⅡ操作系統(tǒng)在2410-S處理器上的移植，正確調用GUI函數(shù)，主要完成了觸摸屏傳感器的程序驅動設計、觸摸屏與LCD坐標的校準等工作，實現(xiàn)了人機交互菜單式的用戶界面設計，通過電子菜單更換繪圖背景，選擇印花圖案，選擇繪畫畫筆的固定顏色、粗細、形狀等參數(shù)，也可通過RGB調色按鈕定義用戶自己需要的畫筆顏色，在繪圖區(qū)域繪出用戶需要的圖案，書寫文字。經過實驗反復調試，用戶界面友好，功能完整，操作簡便，具有一定的實際應用價值。

參考文獻

[1] 周立功著.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，1979.

[2] 潘巨龍著.ARM&Linux嵌入式系統(tǒng)構建與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，1989.

[3] 吳明輝著.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[4] （美）Jean J.Labrosse著.嵌入式實時操作系統(tǒng)UC/OS-II（第2版）[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[5] 田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用[M].北京：航空航天大學出版社，2005.