μC／GUI在MSGl9264液晶上的移植

介紹在MSP430F149單片機(jī)上移植，μC／CUI到MSCl9264液晶的過(guò)程， 詳細(xì)闡述了，μC／GUI移植的原理以及在移植中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

μC／GUI是美國(guó)Micrium公司出品的一款針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)秀圖形軟件。與μC／OS一樣，μC／GUI具有源碼公開(kāi)、可移植、可裁減、穩(wěn)定性和可靠性高的特點(diǎn)[1]。采用μC／GUI，開(kāi)發(fā)人員可以很方便地在液晶上顯示文本、曲線、圖形以及各種窗口對(duì)象如按鈕、編輯框、滑動(dòng)條等，可完全產(chǎn)生類似于Windows的顯示效果。另外，μC／GUI提供了在VC下的仿真庫(kù)，這使得用戶完全可以在Windows下仿真μC／GUI的各種效果。

采用μC／GUI，可以大大降低嵌入式系統(tǒng)中顯示設(shè)計(jì)的難度，但μC／GUI的使用需針對(duì)不同的液晶編寫(xiě)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序才能實(shí)現(xiàn)。本文通過(guò)移植μC／GUI到MSGl9264液晶的過(guò)程，介紹了μC／GUI移植的原理以及移植中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

1 開(kāi)發(fā)工具和運(yùn)行環(huán)境

為了實(shí)現(xiàn)μC／GUI的移植，選用MSP430F149。MSP430F149是一款16位超低功耗單片機(jī)，具有強(qiáng)大的處理能力(RISC結(jié)構(gòu)、125ns的指令周期)和豐富的片內(nèi)外設(shè)(如硬件乘法器、ADC、定時(shí)器、看門(mén)狗等)。 它內(nèi)部具有2KB的RAM和60KB的FLASH，能基本滿足μC／GUI運(yùn)行的需要[2]。

軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境采用IAR公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IAR EW430 2．10A。相對(duì)于較早的EW430 1．26A版本，2．10版本在各個(gè)方面有了較大改進(jìn)，尤其是項(xiàng)目管理和調(diào)試上有了較大的改動(dòng)，這使得移植μC／GUI更加方便。

2 μC／GUI移植

μc／GUI針對(duì)不同的液晶控制器提供了多種驅(qū)動(dòng)程序，如KS0713、SEDl335、T6963等控制器都有對(duì)應(yīng)的液晶驅(qū)動(dòng)程序。但在很多情況下，用戶采用的液晶，μC／GUI并沒(méi)有提供其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，需自己著手編寫(xiě)特定液晶的驅(qū)動(dòng)程序。

2．1 液晶顯示器工作原理

為了能編寫(xiě)正確的液晶驅(qū)動(dòng)程序，了解相應(yīng)液晶的顯示原理非常重要。本文采用的MSGl9264液晶為192x64點(diǎn)陣單色液晶，其中包含一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器KS0107B和三個(gè)列驅(qū)動(dòng)器KS0108B，每個(gè)列驅(qū)動(dòng)器KS0108B對(duì)應(yīng)一塊64x64的液晶[3]。

MSGl9264液晶的控制線為R／W、RS、CSA、CSB和LCDEN，數(shù)據(jù)線為D0~D7。RS用于指示當(dāng)前的操作是數(shù)據(jù)還是寄存器，R／W用于表明當(dāng)前是讀還是寫(xiě)，CSA、CSB用于選擇相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器(其選擇關(guān)系可見(jiàn)圖1)。RS和R／W的功能可見(jiàn)表1，液晶顯示器的讀寫(xiě)時(shí)序見(jiàn)圖2。

MSGl9264模塊一共提供7種指令(由RW、RS及數(shù)據(jù)總線的電子決定)，用于對(duì)該模塊狀態(tài)及顯示進(jìn)行控制。這7種指令包括顯示開(kāi)關(guān)控制、設(shè)起始行、設(shè)起始列、設(shè)頁(yè)地址、讀狀態(tài)、讀／寫(xiě)顯示內(nèi)容。通過(guò)這些指令的組合，可以控制液晶顯示各種圖形。

    2．2 μC／GUI結(jié)構(gòu)

μC／GUI的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。μC／GUI函數(shù)庫(kù)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(duì)象。其中，輸入設(shè)備可以是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或觸摸屏；二維圖形包括圖片、直線、多邊形、園、橢圓、圓弧等；窗口對(duì)象包括按鈕、編輯框、進(jìn)度條、復(fù)選框等。μC／GUI函數(shù)庫(kù)可以通過(guò)GUIConf．h文件進(jìn)行配置，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(dòng)態(tài)內(nèi)存的大小等。

在LCDConf．h文件中定義了與硬件有關(guān)的各種屬性，如液晶的大小、顏色以及與液晶的接口函數(shù)。而LCD驅(qū)動(dòng)文件則負(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(wú)關(guān)。

μC／GUI與LCD的硬件接口通過(guò)驅(qū)動(dòng)文件把硬件接口函數(shù)轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)CDConf．h中定義的LCD讀寫(xiě)函數(shù)。

2．3 移植過(guò)程

2．3．1 修改LCDConf．h

LCDConf．h定義了LCD的大小、顏色，對(duì)應(yīng)的LCD控制器以及與硬件連接有關(guān)的LCD讀寫(xiě)函數(shù)。按照μC／GUI的規(guī)定，底層的讀寫(xiě)LCD函數(shù)包括LCD_WRITE_A1()(即寫(xiě)LCD命令)、LCD_WRITE_A0()(寫(xiě)LCD數(shù)據(jù))、LCD_READ_A0()(讀LCD狀態(tài))、LCD_READ_A1()(讀LCD數(shù)據(jù))。這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與底層硬件有關(guān)，必須根據(jù)硬件連接的具體情況編寫(xiě)這些函數(shù)。

    MSP430F149是一款低功耗單片機(jī)，其供電電壓為1．8~3．6V，而MSGl9264液晶為5V供電液晶，輸入高電平為3．3V。為確保與液晶的輸入電平兼容，MSP430F149的供電電壓可設(shè)置為3．6V，這樣就可以把MSP430F149與液晶直接連接而無(wú)需額外的驅(qū)動(dòng)芯片。MSP430F149與LCD的接口電路如圖4所示。

LCD_WRITE A1()函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)如下：

#define LCD_WRITE_A1(Byte) ／／定義寫(xiě)LCD控制命令函數(shù)

{ ／／參數(shù)Byte為要寫(xiě)入液晶的數(shù)據(jù)。

P40UT：Byte； ／／把數(shù)據(jù)放到LCD的數(shù)據(jù)線上

_NOP()； ／／空指令，確保能可靠地寫(xiě)入

P1OUT&=0xef； ／／LCDRS=0，表示寫(xiě)命令

P10UTI=Ox20； ／／LCDEN=1

_NOP()； ／／空指令

P1OUT&=0xcf； ／／LCDEN=0，把數(shù)據(jù)寫(xiě)入LCD

顯示RAM

_NOP()；

}

2．3．2 編寫(xiě)LCD驅(qū)動(dòng)文件

圖3中的μC／GUI硬件接口函數(shù)主要由表2所示函數(shù)構(gòu)成。

    μC／GUI提供的函數(shù)庫(kù)和各種顯示效果都是通過(guò)表2所示接口函數(shù)在LCD上實(shí)現(xiàn)，所以LCD驅(qū)動(dòng)文件的實(shí)現(xiàn)也就是把這些硬件接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。 由于MSGl9264液晶與μC／GUI提供的LCDSLin較相似，所以筆者以μC／GUI提供的LCDSLin．C文件為基礎(chǔ)，編寫(xiě)針對(duì)MSGl9264液晶的驅(qū)動(dòng)程序。

通過(guò)分析LCDSLin文件可以發(fā)現(xiàn)，液晶驅(qū)動(dòng)程序的核心是畫(huà)點(diǎn)函數(shù)，大部分硬件接口函數(shù)都可由畫(huà)點(diǎn)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。因此，改造畫(huà)點(diǎn)函數(shù)及其調(diào)用函數(shù)成為移植的重點(diǎn)問(wèn)題。

畫(huà)點(diǎn)函數(shù)的要求是改變液晶上任意點(diǎn)的顏色而不影響其他點(diǎn)的顏色?？紤]到單片機(jī)MSP430F149的輸入電壓不能超過(guò)3．6V，筆者沒(méi)有采取讀液晶顯示器內(nèi)部顯示RAM的方法，而是在MSP430F149的RAM中定義一個(gè)數(shù)組存儲(chǔ)LCD顯示的數(shù)據(jù)。此數(shù)組可定義為unsigned char Cache[((LCD_YSIZE+7)>>3)xLCD_XSIZE]。LCD_XSIZE、LCD_YSIZE表示液晶的大小，在LCDConf．h文件中定義?？紤]到液晶的長(zhǎng)度可能不是8的整倍數(shù)，可定義數(shù)組大小為(LCD_YSIZE+7)>>3)xLCD_XSIZE。

在定義了Cache的基礎(chǔ)上，畫(huà)點(diǎn)函數(shù)可如下實(shí)現(xiàn)：

static void_SetPixel(int x，int y，LCD_PIXELINDEX c) {

／／畫(huà)點(diǎn)函數(shù)

U8 Mask=1<<(y&7)； ／／屏蔽字

int Adr=XY20FF(x，y)； ／／由x，y的絕對(duì)位置得到

Cache中的相對(duì)位置

／／XY20FF(x，y)可被定義為((y>>3)+x×((64+7)>>3))

U8 CacheByte=Cache[Adrl； ／／獲得顯示RAM的數(shù)值

if(c) ／／根據(jù)顏色修改顯示RAM的值

CacheBytel=Mask； ／／對(duì)應(yīng)位“置1”

else

CacheByte&=~Mask； ／／對(duì)應(yīng)位清零

LCD_WRITE(Adr，CacheByte)；

／／把CacheByte寫(xiě)入液晶顯存并更改

Cache[Adr]的值為CacheByte

}

函數(shù)的參數(shù)x，y代表要畫(huà)點(diǎn)的位置(x為橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo))，參數(shù)c代表要畫(huà)點(diǎn)的顏色。在函數(shù)內(nèi)部，U8為μC／GUI提供的數(shù)據(jù)格式(相當(dāng)于unsigned char)，Mask為屏蔽字，Adr為x，y對(duì)應(yīng)顯示Cache的地址。

以把液晶的(5，5)處點(diǎn)亮為例，此時(shí)x=5，y=5，c=1，可計(jì)算出Mask=00100000，Adr=40(表示在Cache[40]處存有(5，5)點(diǎn)的顏色值)。由于c=1，所以應(yīng)把Cache[40]中對(duì)應(yīng)位“置1”，這是通過(guò)CacheByte的值“或”上Mask的值00100000實(shí)現(xiàn)的。最后通過(guò)調(diào)用LCD_WRITE函數(shù)把得到的新CacheByte值寫(xiě)入液晶對(duì)應(yīng)的地址即可點(diǎn)亮該點(diǎn)。類似地，若要使某點(diǎn)不亮(c=0)，則應(yīng)該把對(duì)應(yīng)位“清零”，這可以通過(guò)CacheByte&=~Mask這條命令實(shí)現(xiàn)。

畫(huà)點(diǎn)函數(shù)中調(diào)用的LCD_Write函數(shù)可如下實(shí)現(xiàn)：

static void LCD_Write(int Adr，U8 Byte){

if(CacheIAdrl!=Byte){ ／／若寫(xiě)入值與原值不符則

把寫(xiě)入值保存到顯示RAM中

Cache[Adr]=Byte；

if(LCD_Adr!=Adr){

LCD_SETADR(Adr)； ／／設(shè)置液晶的起始行、起始列和CSA、CSB

}

LCD_WRITEl(Bytc)；

}}

由于此液晶由三塊64x64的液晶組成，LCD_SETADR函數(shù)除了設(shè)置液晶的起始行、起始列外還應(yīng)根據(jù)Adr的值設(shè)置CSA和CSB的值，才能寫(xiě)到對(duì)應(yīng)的液晶屏上。此外，在LCD_WRITEl()函數(shù)中通過(guò)調(diào)用LCDConf．h文件中的LCD_WRITE_A1()和LCD_WRITE_A0()實(shí)現(xiàn)液晶顯示。

除了_SetPixel()函數(shù)，基本函數(shù)還包括_GetPixel()函數(shù)和XorPixel()函數(shù)。_GetPixel()函數(shù)可以返回指定點(diǎn)的顏色信息，XorPixel()則可以對(duì)指定點(diǎn)顏色取反，實(shí)現(xiàn)“反白”的效果。由于這兩個(gè)函數(shù)較簡(jiǎn)單，這里不再給出具體代碼。

以函數(shù)_SetPixel()、_GetPixel()和XorPixel()為基礎(chǔ)，結(jié)合MSGl9264液晶的7種指令就可以實(shí)現(xiàn)表1所給的硬件接口函數(shù)，以此構(gòu)成了LCD驅(qū)動(dòng)文件。

表1 RS和R/W的功能

3 討論

為了能使用μC／GUI，必須調(diào)用GUI_Init()初始化。與硬件有關(guān)的初始化如CPU時(shí)鐘頻率的選擇等既可以放在GUI_Init()中，也可以單獨(dú)編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)初始化。

表2 硬件接口函數(shù)的名稱和功能

調(diào)試時(shí)應(yīng)從基本的顯示字符串開(kāi)始，逐漸增加顯示的功能和復(fù)雜度。

由于筆者采用單色液晶， 在LCDConf．h中定義LCD_FIXEDPALETFE為1；若為彩色液晶，應(yīng)根據(jù)液晶支持的顏色設(shè)置LCD_FIXEDPALETYE，具體可參考手冊(cè)。

若使用窗口對(duì)象，則在GUI_Conf．h中定義GUI—WINSUPPORT為1。

在GUIConf．h中定義GUI_ALLOC_SIZE為動(dòng)態(tài)內(nèi)存的大小，應(yīng)根據(jù)需要合理選擇。窗口對(duì)象(如按鈕)的創(chuàng)建需要申請(qǐng)內(nèi)存，若申請(qǐng)不到內(nèi)存則無(wú)法創(chuàng)建，相應(yīng)地創(chuàng)建函數(shù)值為0?？捎纱伺袛郍UI_ALLOC_SIZE已經(jīng)不能滿足需要，一方面可以考慮增加GUI_ALLOC_SIZE(受制于芯片內(nèi)存的大小)；另一方面也可以刪除不用的窗口對(duì)象，釋放內(nèi)存，再創(chuàng)建新的窗口對(duì)象。

采用內(nèi)存設(shè)備能有效克服閃爍現(xiàn)象，獲得更快的顯示速度，但它需要額外的內(nèi)存。由于MSP430F149內(nèi)存較小，筆者沒(méi)有采用內(nèi)存設(shè)備。

可以設(shè)置窗口對(duì)象的默認(rèn)字體及顏色以獲得更好的顯示效果。在單色液晶中，簡(jiǎn)單地改變背景顏色和字體顏色即可獲得反顯效果。

可以通過(guò)μC／GUI提供的軟件(位圖轉(zhuǎn)換器和字體轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換需要的圖像或字體為μC／GUI格式。

由于定義的Cache占用了大量的RAM，若從液晶讀回顯存的值則可以省去Cache占用的RAM，但同時(shí)也會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行的速度。

在LCDConf．h文件中定義了與硬件連接有關(guān)的LCD讀寫(xiě)函數(shù)，在液晶驅(qū)動(dòng)文件中調(diào)用這些LCD讀寫(xiě)函數(shù)。這樣做的好處是使驅(qū)動(dòng)文件與硬件無(wú)關(guān)，一旦一種液晶的驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)完畢可以很方便地移植到各種系統(tǒng)中而只需更改LCDConf．h即可。