μC／GUI在嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)中的移植研究與應(yīng)用

摘要：為了使智能監(jiān)控系統(tǒng)具有人機交互功能，以DE2開發(fā)板為驗證平臺，通過編寫VGA IP核以及在SoPC Builder搭建硬件環(huán)境，移植嵌入式圖形界面軟件μC／GUI到NiosⅡ嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境。實驗結(jié)果表明，μC／GUI成功移植到NiosⅡ嵌入式開發(fā)平臺中，可以實現(xiàn)μC／GUI文字顯示、繪圖以及窗口管理等功能，并可以外接任何具有VGA接口的LCD顯示器。
關(guān)鍵詞：人機交互；μC／GUI；移植；NiosⅡ

0 引言
    人機交互是智能化嵌入式產(chǎn)品一項重要功能，在設(shè)計智能監(jiān)控系統(tǒng)時人機交互需要界面設(shè)計軟件，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是一個實時多任務(wù)內(nèi)核，不具有現(xiàn)代操作系統(tǒng)的線程，上述GUI不能方便的運行。
    μC／GUI是一個優(yōu)秀的嵌入式圖形用戶界面，具有眾多的優(yōu)點。如，代碼開源，占用系統(tǒng)資源少，所有的代碼均由ANSIC實現(xiàn)，功能強大且易于移植，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，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，實現(xiàn)與μC／OS-Ⅱ的無縫結(jié)合。
    本文在設(shè)計具有人機交互功能的基于NiosⅡ的嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)時，為實現(xiàn)友好的人機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
   本系統(tǒng)設(shè)計采用的硬件平臺是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)計如圖1所示。其中，PS／2 IP核是采用AItera公司大學(xué)計劃中的IP核，SDR AM為系統(tǒng)運行時的內(nèi)存。在系統(tǒng)中運行交互界面時，通過PIO傳輸系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)，控制硬件實現(xiàn)的視頻的采集、顯示與相關(guān)視頻分析算法的實現(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，在主端口一次多個數(shù)據(jù)單元的時候，可以達到極高的效率。在本設(shè)計的VGA IP核設(shè)計一次傳輸10個數(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。

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    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兩個目錄組成，表1是μC／GUI目錄結(jié)構(gòu)，帶星號的都是可選項。

    其中Config目錄下包括3個文件分別是LCDConf．h、GUIConf．h和GUITouchConf．h，3個文件分別用來配置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，這里只需配置幾個必要的參數(shù)如下：
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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)實現(xiàn)。同時編寫void LCD_L0_SetPixelIndex(int x，int y，int PixelIndex)和unsigned int LCD_L0_GetPixelIndex(int x，int y)這2個函數(shù)，分別是設(shè)置一個像素和獲取一個像素的顏色，后面很多操作如畫點、線、圓等都需要調(diào)用這2個函數(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)實現(xiàn)無縫銜接，要增加系統(tǒng)延時函數(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)實際需求，刪掉一些不需要的功能文件，減少編譯時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，程序運行嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)交互界面，運行畫面如圖4所示。

    交互界面顯示了系統(tǒng)標(biāo)志，按鍵、窗口以及鍵盤，每個按鍵代表一個功能，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)具有很強的通用性。結(jié)果表明，μC／GUI功能強大，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行驗證。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)視器中的一個功能模塊，具有很好應(yīng)用前景與研究意義。