隨著嵌入式系統(tǒng)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,，對圖形化人機交互界面的需求逐漸增加,。由于嵌入式系統(tǒng)硬件資源有限，從而要求圖形用戶界面具有輕型,、占用資源少,、高性能等特點。μC/GUI是一種用于嵌入式應(yīng)用的Windows風(fēng)格圖形支持軟件,，它為任何使用圖形LCD的應(yīng)用提供一個有效的不依賴于處理器和LCD控制器的圖形用戶接口,，工作在單任務(wù)或多任務(wù)系統(tǒng)環(huán)境下，適用于使用任何LCD控制和任何CPU尺寸的物理或虛擬顯示,。因此,，掌握μC/GUI在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用極為重要。移植μC/GUI到Nios II嵌入式軟核處理器[1]成了最佳選擇,。本文根據(jù)自助點菜系統(tǒng)的實際應(yīng)用,，詳細(xì)介紹了μC/GUI移植方法，并在融合觸摸屏操作的基礎(chǔ)上實現(xiàn)控件使用和操作系統(tǒng)開發(fā),。
1 硬件
    系統(tǒng)中顧客使用終端觸摸屏瀏覽服務(wù)信息并實現(xiàn)相關(guān)操作,，通過無線局域網(wǎng)絡(luò)和前臺通信。各個點菜終端作為獨立系統(tǒng)工作,，所有數(shù)據(jù)傳到前臺上位機協(xié)調(diào)處理,。本文僅介紹與μC/GUI相關(guān)的點菜終端構(gòu)成部分。終端硬件框圖如圖1所示,，利用片上可編程系統(tǒng)(SoPC)技術(shù)將Nios II處理器,、外設(shè)接口控制器等功能模塊集成到FPGA，構(gòu)成可編程片上系統(tǒng)[2],。SDRAM,、Flash控制器用于處理程序和數(shù)據(jù)的存儲；512 KB SRAM作為圖像數(shù)據(jù)緩存區(qū),；FPGA內(nèi)部自定義LTM控制器和SD卡控制器模塊,，輔助軟核工作，操作觸摸屏并讀取SD卡內(nèi)的JPEG圖片,；UART接口用于和移植到CC2430的ZigBee模塊通信,；采用定時器以嵌入?滋C/OS II操作系統(tǒng)。

    觸摸顯示屏是4.3英寸數(shù)字LCD觸碰面板TRDB-LTM,，長寬比為15:9,，支持24 bit并行RGB接口，能通過內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD7843)將觸碰點X/Y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)數(shù)字信息,。觸摸屏物理分辨率為800×480,，支持16 bit RGB565格式。
2 μC/GUI移植
    本系統(tǒng)的用戶界面采用?滋C/GUI，其最新版本是3.98,，其中一些組件不太完整,。根據(jù)點菜系統(tǒng)使用需求，特添加3.94版本的JPEG模塊來顯示圖片數(shù)據(jù),。ucgui398\Start\Config和ucgui398\Start\GUI是源碼包最重要的兩個文件夾,，其中包括各種配置文件、μC/GUI內(nèi)核文件,、與字體相關(guān)的代碼文件,、LCD驅(qū)動代碼文件、μC/GUI支持的控件代碼以及視窗管理部分代碼等[3],。

2.1 修改LCD配置文件
    為使系統(tǒng)正確工作,，必須修改文件LCDConf.h(GUI目錄中)中的一些配置宏。該文件與硬件直接相關(guān),，根據(jù)所使用的LCD類型和LCD控制器進(jìn)行配置,。由于μC/GUI提供不同型號的LCD配置文件(文件夾Sample\LCDConf\xxx中，xxx代表LCD驅(qū)動器名稱),，應(yīng)用程序開發(fā)者可直接在此基礎(chǔ)上修改程序。實際應(yīng)用中,，選擇LCDLin.c驅(qū)動文件,。由于LTM控制器對顯示分辨率進(jìn)行硬擴(kuò)處理，因此LCD尺寸選擇400×240,。系統(tǒng)底層配置的部分宏如表1所示,。

    LCD_READ_MEM(off)、LCD_WRITE_MEM(off,，data)宏定義是μC/GUI與LTM控制器接口的關(guān)鍵[4],。SRAM_BASE是512 KB SRAM讀寫操作的基地址，這些宏定義能實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)緩存區(qū)的16 bit讀寫操作,。此外,，一般移植操作必須定義LCD_INIT_CONTROLLER()，以實現(xiàn)LCD屏初始化配置,。LTM控制器初始化了觸摸屏,，因此軟件配置中省略此項。
2.2 修改GUI和觸摸屏配置文件
    在調(diào)整系統(tǒng)或減小內(nèi)存消耗時需配置LCDConf.h,。具體步驟如下：(1)備份原始配置文件,；(2)檢查所有配置開關(guān)；(3)刪除配置中不使用部分,。除此之外,，系統(tǒng)工程編譯時，會出現(xiàn)一些未定義錯誤,，需要將Sample\GUI_X\GUI_X.c添加到工程中,，該文件定義GUI與操作系統(tǒng)的接口,，以及Debug錯誤報告等函數(shù)。由于系統(tǒng)使用μ/OS II,，可選擇GUI_X_uCOS.c文件,，并在文件結(jié)尾處添加以下函數(shù)：
    void GUI_X_Log(const char *s){GUI_USE_PARA(s);}
    void GUI_X_Warn(const char *s){GUI_USE_PARA(s);}
    void GUI_X_ErrorOut(const char *s){GUI_USE_PARA(s);}
同時將GUI_X_ExecIdle( )中的OS_X_Delay(1)替換為OSTimeDly(1)。
    GUI文件夾中另一個需要配置的文件是GUITouchConf.h,，根據(jù)觸摸屏類型不同,，宏參數(shù)也不同。執(zhí)行觸摸屏操作的主要流程在GUI\Core\GUI_TOUCH_DriverAnalog.c文件中,。頭文件部分宏配置如表2所示,。

2.3 觸摸屏與GUI接口
    μC/GUI支持鍵盤、鼠標(biāo),、觸摸屏等外設(shè),，并在源碼級對其消息響應(yīng)。為使觸摸屏正常工作,，系統(tǒng)除對相應(yīng)配置文件修改和添加一些相關(guān)函數(shù)外,，必須實現(xiàn)觸摸屏底層驅(qū)動，即修改LCDLin.c驅(qū)動文件,。
    理論上,，GUI_TOUCH_AD_LEFT和GUI_TOUCH_AD_RIGHT取值應(yīng)當(dāng)為0或1 024，但實際操作時,，必須根據(jù)具體情況校準(zhǔn),。系統(tǒng)取觸摸屏四個角坐標(biāo)作為校正標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多次試驗,，四個坐標(biāo)分別是(29,，160)、(3 936,，160),、(29，3 900)和(3 936,，3 900),。在GUI\Core\GUI_TOUCH_DriverAnalog.c中修改相應(yīng)宏，再據(jù)實際情形確定余下開關(guān)宏的值,。
    通過調(diào)用GUI_TOUCH_Exec()函數(shù)來獲得觸摸屏觸點位置：系統(tǒng)通過中斷服務(wù)程序讀回觸點實際坐標(biāo)值（x,，y）；接著將實際坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換到邏輯坐標(biāo),；最后調(diào)用GUI_TOUCH_StoreState(x,，y)保存邏輯坐標(biāo)值。為實時得到觸點坐標(biāo)，需不斷調(diào)用GUI_TOUCH_Exec()函數(shù),，因此建立單獨任務(wù)對該函數(shù)調(diào)用,，以保證觸摸屏任務(wù)的實時響應(yīng)。該部分設(shè)計難點在于中斷標(biāo)志清零,，如果每次得到觸點位置后不能即刻清零,，則會影響GUI內(nèi)部去抖操作和校準(zhǔn)處理，因此在保存穩(wěn)定坐標(biāo)值后再清除標(biāo)志位,。
3 μC/GUI應(yīng)用開發(fā)
3.1 觸摸屏消息響應(yīng)機制
    GUI所有外設(shè)輸入均以消息形式發(fā)送給當(dāng)前窗體回調(diào)函數(shù)處理,，具體流程如圖2所示[5]。觸摸屏的消息傳遞實質(zhì)是對全局變量_State記載和更新,。_State有3個成員變量：消息發(fā)生點x坐標(biāo),、y坐標(biāo)、外設(shè)按下與否的操作狀態(tài),。外設(shè)輸入消息統(tǒng)稱為WM_TOUCH,，函數(shù)WM_HandlePID()專門處理這種消息。通過GUI_PID_GetState獲取GUI_PID_STATE結(jié)構(gòu)的WM_TOUCH消息,，將新獲取消息與函數(shù)內(nèi)靜態(tài)舊消息變量比較,，包括該消息發(fā)生點的屏幕坐標(biāo)及外設(shè)操作狀態(tài)。狀態(tài)發(fā)生變化是將操作狀態(tài)變化作為獨立消息WM_PID_STATE_CHANGED發(fā)送,，再發(fā)送WM_TOUCH消息,。構(gòu)造WM_TOUCH消息所用到的數(shù)據(jù)，需要獲取當(dāng)前焦點窗體句柄,，當(dāng)前焦點窗體是用WM_hCapture全局變量記載,，如果為0則調(diào)用函數(shù)WM_Screen2hWin(),，根據(jù)消息發(fā)生點屏幕坐標(biāo)獲取窗體句柄,。向當(dāng)前焦點窗體發(fā)送消息后，更新當(dāng)前消息到舊消息變量,，結(jié)束本次消息處理,。

3.2 窗口、控件和對話框應(yīng)用
    系統(tǒng)界面豐富,，頻繁用到頁面切換,，因此使用?滋C/GUI視窗管理器（WM）進(jìn)行窗口創(chuàng)建、顯示,、隱藏和刪除等,。用戶程序中對不同窗口指定不同回調(diào)函數(shù)，當(dāng)指定事件發(fā)生時,，通知圖形系統(tǒng)調(diào)用指定函數(shù),，如窗口內(nèi)容改變時自動重繪的場合等。圖3（a）、圖3（b）分別為菜品推薦及菜單顯示窗口,。
    為使點菜系統(tǒng)功能更加豐富,，界面中加入按鈕、列表框,、單選按鈕,、框架窗口等控件?？丶菢?gòu)造用戶接口的元素,，能自動對某些事件反應(yīng)?？丶彩峭ㄟ^其構(gòu)造函數(shù)返回的句柄而引用,。控件使用視窗管理器,，一旦一個控件建立,，它被處理成與其他窗口一樣，WM保證它在需要時能正確顯示（及重繪）,。

    控件消息響應(yīng)機制在使用中十分重要,，包括按鈕觸碰響應(yīng)、單選按鈕序列號獲取,、列表框滑動等,。下面以按鈕為例介紹其功能。Button按鈕在其回調(diào)函數(shù)中對相關(guān)消息(WM_MOUSEOVER/WM_PID_STATE_CHANGED/WM_TOUCH)進(jìn)行處理,，在button.c文件中可找到相關(guān)實現(xiàn)函數(shù),，用觸摸屏點擊該按鈕時發(fā)送以下三種消息之一：WM_NOTIFICATION_MOVED_OUT、WM_NOTIFICATION_RELEASED,、WM_NOTIFICATION_PRESSED,，之后在該按鈕父窗口捕獲并處理消息。系統(tǒng)是通過捕獲WM_NOTIFICATION_RELEASED消息實現(xiàn)按鈕觸碰功能的,。
    系統(tǒng)除了點菜外,，還能存儲會員信息，用于累積會員積分,，如圖3（c）,。對于新建和登錄賬戶界面，使用對話框是很需要的,。建立對話框需要做兩件基本工作：一個資源表,，定義包括的控件；另一個是定義控件的初始化,。對話框包含多個控件（框架窗口,、按鈕,、編輯框、文本框）,，通過對不同控件的選擇向系統(tǒng)發(fā)出請求信息,。多數(shù)消息被對話框自動處理，其他傳送給對話框指定的回調(diào)函數(shù),。其中,，將WM_INIT_DIALOG和WM_NOTIFY_PARENT兩種類型的附加消息傳送到對話框窗口進(jìn)行處理。對話框顯示前,，WM_INIT_DIALOG消息立即被發(fā)送到對話框處理,，對話框程序用這個消息初始化控件以及實現(xiàn)其他影響對話框顯示的初始化任務(wù)；通過對話框的子窗口發(fā)送WM_NOTIFY_PARENT消息到對話框,，通知父窗口以保證事件同步,。
3.3μC/OS II應(yīng)用
    系統(tǒng)使用接口函數(shù)OSTaskCreateExt 創(chuàng)建任務(wù)，根據(jù)系統(tǒng)要求,，設(shè)計四個任務(wù),，分別是：初始化任務(wù)(TaskStart)、接收消息任務(wù)(TaskRxmsg),、響應(yīng)觸摸任務(wù)(TaskTouch)和更新任務(wù)(TaskUpdate),。任務(wù)間通過信號量、全局變量等方式通信,，具體狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖4所示,。

    (1)初始化任務(wù)
    優(yōu)先級別最高，用于建立和調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù),。系統(tǒng)上電后,，首先對各個硬件模塊、軟件內(nèi)各數(shù)據(jù)初始化,，如果SD卡讀取不成功,、無線運行不正常，LED燈提示系統(tǒng)初始化失敗,，同時系統(tǒng)退出運行狀態(tài),。反之,，初始化完畢,，系統(tǒng)開始任務(wù)調(diào)度。
    (2)接收消息任務(wù)
    接收上位機傳回的確認(rèn)信息,，實時顯示菜單狀態(tài)：準(zhǔn)備中,、制作中、傳送中和已上菜,。由于無線發(fā)回數(shù)據(jù)不定時,，且為了避免數(shù)據(jù)丟失,，該任務(wù)優(yōu)先級別高于TaskTouch。該任務(wù)與TaskTouch之間用信號量通信,。
    (3)響應(yīng)觸摸任務(wù)
    用于執(zhí)行GUI_TOUCH_Exec()函數(shù),，更新觸摸點狀態(tài)，設(shè)置窗口,、對話框等的回調(diào)函數(shù),，進(jìn)行界面切換。放棄對CPU占用后,，系統(tǒng)調(diào)度將CPU占用權(quán)交給TaskUpdate,。
    (4)更新任務(wù)
    由于使用視窗管理回調(diào)機制，該任務(wù)必須實現(xiàn),，并定期調(diào)用（至少每秒鐘100次）,，優(yōu)先級別最低。僅從一個任務(wù)調(diào)用GUI更新函數(shù)(即GUI_Exec(),，GUI_Delay()),，有助于保持程序結(jié)構(gòu)清晰。任務(wù)完成后,，按任務(wù)優(yōu)先級高低開始新一輪調(diào)度,。
    以μC/OS-II操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)在響應(yīng)觸摸任務(wù)和更新任務(wù)中分別調(diào)用μC/GUI函數(shù),。該項工作通過在配置中使能多任務(wù)支持及配合內(nèi)核接口函數(shù)來完成,。由于任務(wù)實時行為只受運行在更高級別任務(wù)的影響，所以在低級別任務(wù)中設(shè)置用戶界面,，使其切換到用戶界面時不會影響實時行為,。
    本文介紹的系統(tǒng)，在Nios II架構(gòu)上移植了可視化圖形庫μC/GUI,，系統(tǒng)重點研究了如何應(yīng)用?滋C/GUI,。在實現(xiàn)觸摸屏操作的基礎(chǔ)上，結(jié)合消息響應(yīng)機制實現(xiàn)窗口,、控件和對話框的使用,，并融合多任務(wù)操作系統(tǒng)提高點菜的實時性。LTM觸摸屏顯示帶有Windows風(fēng)格圖形界面,，顧客可根據(jù)菜品圖片,、營養(yǎng)介紹及價格隨時點餐。通過GUI整合的觸摸操作,，實現(xiàn)了自助點菜,、查看菜品狀態(tài)、加菜,、退菜以及結(jié)賬功能,，可提供更優(yōu)質(zhì),、更人性化的服務(wù)。
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