基于uC/GUI的数据显示系统的设计及实现方法研究

    uC/GUI是Micrigm 公司推出的用于嵌入式系统的图形用户接口(graphics user interface，GUI)软件包，由于uC/GUI完全以ANSI-C编写，因此它与处理器无关，可以很方便地移植到不同的操作系统和嵌入式微处理器上，并可支持不同尺寸的图形液晶显示器。它采用层次化的设计，功能强大，移植方便，被广泛地应用于嵌入式领域，如PDA、机顶盒以及DVD NCD播放机等。本文详细介绍了uC/GUI在ARM 内核S3C44B0X的移植。实践证明uC/GUI具有良好的实时性和稳定性以及广泛的应用前景。

1、硬件连接与液晶显示原理

    本设计使用的硬件采用ARM7开发板，液晶模块为L78C64，它是7.8in 256色STN型LCD显示屏，分辨率为640×480。

    LCD控制器外部接口信号的定义及其与LCD模块各信号之间的对应关系如下：

(1)VFRAME：LCD控制器与LCD驱动器之间的帧同步信号。该信号负责指出LCD屏新的一帧开始的时间。LCD控制器在一个完整帧显示完成后立即插入一个VFRAME信号，并开始新一帧的显示。该信号与LCD模块的YD信号相对应;

(2)VLINE：LCD控制器和LCD驱动器之间的线同步脉冲信号。该信号用于将LCD驱动器水平线(行)移位寄存器的内容传送给LCD屏显示。LCD控制器在整个水平线(整行)数据移入LCD控制器后，插入一个VLINE信号。该信号与LCD模块的LP信号相对应;

(3)VCLK：LCD控制器和LCD驱动器之间的像素时钟信号。由LCD控制器送出的数据在VCLK的上升沿处送出，在VCLK的下降沿被LCD驱动器采样。该信号与LCD模块的XCK信号相对应;

(4)VM：LCD驱动器的AC信号。VM信号被LCD驱动器用于改变行和列的电压极性，从而控制像素点的显示和熄灭。VM信号可以与每个帧同步，也可以与可变数量的VLINE信号同步;

(5)VD3～0 LCD：像素点的数据输入端口。与LCD模块的D3～0相对应：

(6)VD7～4 LCD：像素点的数据输入端口。与LCD模块的D7～4相对应。

    液晶显示原理：写满整个屏的数据称为1个“帧”数据，YD是帧同步信号，该信号启动LCD屏的新一帧数据。两个YD脉冲之间的时间长度称为帧周期。根据LCD模块的特性，刷新时间为12～14ms，频率为70～80Hz。每一帧包括480个LP脉冲。LP为行(共480行)数据输入锁存信号，也就是行同步脉冲信号。该信号启动LCD屏的新一行数据。XCK为行数据输入信号，也就是每1行中像素点数据传输的时钟信号。每组8位的数据在XCK的下降沿被输入锁存，因此，每1行包括640×3/8个XCK脉冲信号。D0～D7是8位的显示数据输入信号。

2、驱动程序设计

    下面分三步完成液晶的初始化。

(1)I/O口的初始化

    由于采用S3C44B0X的PC接口和PD接口作为LCD驱动接口，因此，需要设置PC接口工作在第3功能状态和PD接口工作在第2功能状态。

(2)相应控制寄存器的设置方法

    S3C44B0X包括一个LCD控制器时序发生器TIMEGEN， 由它来产生VFRAM，VLINE，VCLK和VM 控制时序。这些控制信号由寄存器LCOCON1和LCDCON2进行配置。通过对寄存器种配置项目的设置，TIMEGEN就可以产生适应于各种LCD屏的控制信号了。

    VFRAM和VLINE脉冲的产生是通过对LCDCON2寄存器的HOZVAL和LINEVAL进行配置来完成的。每个域都与LCD的尺寸和显示模式有关。

其中，HOZVAL=(显示宽度/VD数据线位数)-1。

    在彩色模式下，显示宽度=3×每行的像素点数。

    对所选的液晶模块，HOZVAL=(640×3/8)-1;LINEVAL=(显示宽度)-1。

    对所选的液晶模块，LlNEVAL=480-1。

    VCLK信号的频率可以通过LCDCON1寄存器的CLKVAL域来确定，即

VCLK=MCLK/(CLKVAL×2)

    LCD控制器的最大VCLK频率为16.5MHz，几乎支持所有已有的LCD驱动器。由于上述关系，CLKVAL的值决定了VCLK的频率。为了确定CLKVAL的值，应该计算一下LCD控制器向VD端口传输数据的速率，以便使VCLK的值大于数据传输的速率。

    数据传输速率的公式为：

数据传输速率=HS×VS×FR×MV

其中，HS—LCD的行像素值;VS—LCD的列像素值：FR—帧速率;MV—模式值，这里取8位单扫描，彩色。

    对于所选用的液晶模块：HS=640;VS=480;FR=70Hz：MV=3/8。因此，数据传输速率=640×480×70×3/8=8,064,000Hz。

    VCLK值应该大于8MHz而小于16MHz，因此，CLKVAL可以取9～15。

(3)完整的液晶初始化程序

void LCD_Init_Controler() 
{ 
    rLCDCON1=(0)|(2<<5)|(MVAL_USED<<7)|(0x3<<8)|(0x3<<10)|(CLKVAL_COLOR<<12); 
    //disable，8B_SNGL_SCAN，WDLY=8clk，WLH=8clk,rLCDCON2=(LINEVAL)|(HOZVAL_COLOR<<10)|(10<<21);
    //LINEBLANK=10(without any calculation)
    rLCDSADDR1= (0x3<<27) | (((U32)frameBuffer256>>22)<<21)|M5D((U32)frameBuffer256>>1); 
    //256-color，LCDBANK，LCDBASEU
    rLCDSADDR2=M5D((((U32)frameBuffer256+(SCR_XSIZE*LCD_YSIZE))>>1))|(MVAL<<21); 
    rLCDSADDR3= (LCD_XSIZE/2) | (((SCR_XSIZE-LCD_XSIZE)/2)<<9); 
    //The following value
    has to be changed forbetter display. 
    rREDLUT =0xfdb96420; 
    rGREENLUT=0xfdb96420; 
    rBLUELUT=0xfb40; 
    rDITHMODE=0x0; 
    rDP1_2=0xa5a5; 
    rDP4_7=0xba5da65; 
    rDP3_5=0xa5a5f; 
    rDP2_3=0xd6b; 
    rDP5_7=0xeb7b5ed： 
    rDP3_4=0x7dbe; 
    rDP4_5=0x7ebdf; 
    rDP6_7=0x7fdfbfe; 
    rLCDCON1= (1)|(2<<5)|(0<<7)|(0x3<<8)|(0x3<<10)|(4<<12); 
} 

    经过以上几步，就完成了液晶的硬件驱动，下面就是移植软件包，调用底层驱动，完成复杂的显示任务。

3、uC/GUI软件包的移植

3.1 uC/GUI特点

(1)支持任何8位、16位和32位的CPU，只要求CPU具有相应的ANSI-C编译器即可;

(2)所有硬件接口定义都使用可配置的宏;

(3)字符、位图可显示与LCD的任意点，并不限制与字节长度的整数倍数地址;

(4)所有程序在长度和速度方面都进行了优化，结构清晰;

(5)对于慢速的LCD控制器，可以使用缓冲存储器减少访问时间，提高显示速度。

3.2 uC/GUl移植步骤

    在使用uC/GUI时，可以按照以下几个步骤来进行：

(1)按照需要，定制uC/GUI;

(2)指定硬件设备的地址，编写接口驱动代码;

(3)编译、链接、调试例子程序;

(4)修改例子程序，并测试增加需要的功能;

(5)编写自己的应用程序。

3.3 具体实现

(1)首先介绍uC/GUI的目录结构和基本配置。

uC/GUI主要目录如下：

GUI/ConvertMono 使用黑白显示设备时，所要使用的灰度转换函数

GUI/ConvertColor 使用彩色显示设备时，使用的色彩转换函数

GUI/Config 包含了对uC/GUI进行配置的一些文件

GUI/Core uC/GUI核心代码

GUI/Font uC/GUI与字体相关的代码文件

GUI/LCDDriver LCD驱动代码文件

GUI/MemDev 内存设备支持文件代码

GUI/Touch 输入设备支持的文件代码

GUI/Widget uC/GU1支持的控件代码，包括编辑框、列表框、按钮和选择框等

GUI/WM uC/GUI窗口管理部分代码

(2)修改uC/GUI，使之适于移植。

    在ADS环境中新建一个工程，将上述gui文件夹下的所有文件加入工程。

    将Config文件夹下的3个文件GUIConf.h、GUITouchConf.h和LCDConf.h加入新工程，如下修改LCDConf.h的内容：

/*LCDConf.h*/
#ifndef LCDCONF_H 
#define LCDCONF_H 
#define LCDG4 //lcd颜色数，必须定义，LCDMONO(单色)，LCDG4(四级灰度)，LCDG16(16级灰度)
#define LCD_XSIZE(640) /* LCD水平分辨率 */
#define LCD_YSIZE(480) /* LCD垂直分辨率 */
#define LCD BITSPERPIXEL(8) 
#endif /*LCDC0NF_H*/
/*以下是S3C44B0X LCD控制器的配置*/
#include "..incoption.h" 
#define SCR_XSIZE (640) //视窗屏幕大小
#define SCR_YSIZE (480) 
#define LCD_XSIZE (640) //液晶屏幕大小
#define LCD_YSIZE (480) 
#define M5D(n)((n)&0x1fffff) 
#define ARRAY_SIZE_G4(SCR_XSIZE/4*SCR_YSIZE) 
#define HOZVAL (LCD_XSIZE/4-1) 
#define HOZVAL_COLOR (LCD_XSIZE*3/8-1) 
#define LINEVAL (LCD_YSIZE-1) 
#define MVAL (13) 
#define CLKVAL_G4 (10) 
#define MVAL_USED 0 
#endif /*LCDCONF_H */

(3)加载LCD驱动。

    LCD驱动程序如前面所述，保存在lcd44b0.c中。出了底层的初始化函数LCD_Init_Controler()以外，还需要做以下修改，这里只提关键部分。

    主要进行相关的寄存器配置，以及和GUI的接口程序。这里只提及关键部分。

① 定义显示缓冲区时使用的char数据类型，它是8bit的:

unsigned char Bmp[ARRAY_SIZE_G16];//液晶显示缓冲数组

② 定义读写缓冲区时使用的数据类型，也是8bit的U8：

#define LCD_READ_MEM (Off)*((U8*)(frameBuffer256+(((U32)(Off)))))

#define LCD_WRRITE_MEM(Off,data)*((U8*)frameBuffer256+(((U32)(Off)))))=data

#define LCD_WRITE_REG(Off,data)

⑧ 定义液晶总线宽度定义位8bit：

#ifndef LCD_BUSWIDTH

#define LCD_BUSWIDTH(8)

#endif

④ 定义字节顺序：

#define LCD_SWAP_BYTE_ORDER(0)

    至此uC/GUI的移植基本上已经完成了。当然这里只提供了移植的关键部分，更多更完整的移植还需要做不少的工作，如触控屏的移植、键盘鼠标的移植以及中文字体的移植等。详情请参阅uC/GUI手册中Getting Started一章。

4、数据显示程序设计

    数据显示程序主要是基于uC/GUI平台的GUI函数库，完成字符、曲线的绘制。与画线相关的GUI函数有：

GUI DrawHLine()

    原型：void GUI_DrawLine(int x0,int y0,int x1,int y1);

其中，x0、y0、x1、y1分别为UGI坐标系下的起点和终点的横坐标和纵坐标。

GUI DispDec()

    原型：void GUI_DispDec(I32 v，U8 Len);

其中，v为要显示的十进制变量值，Len为要显示的数据的位数。

5、总结

    本文主要介绍了基于ARM7内核S3C44B0X和L78C64液晶模块硬件平台的uC/GUI的移植，以及在工程上的应用，经过实际应用发现，uC/GUI功能强大，响应迅速，稳定性高，具有广泛的应用前景。