基于Nios II自助点菜系统的μC/GUI应用

随着嵌入式系统在各领域的广泛应用，对图形化人机交互界面的需求逐渐增加。由于嵌入式系统硬件资源有限，从而要求图形用户界面具有轻型、占用资源少、高性能等特点。μC/GUI是一种用于嵌入式应用的Windows风格图形支持软件，它为任何使用图形LCD的应用提供一个有效的不依赖于处理器和LCD控制器的图形用户接口，工作在单任务或多任务系统环境下，适用于使用任何LCD控制和任何CPU尺寸的物理或虚拟显示。因此，掌握μC/GUI在嵌入式系统中的应用极为重要。移植μC/GUI到Nios II嵌入式软核处理器[1]成了最佳选择。本文根据自助点菜系统的实际应用，详细介绍了μC/GUI移植方法，并在融合触摸屏操作的基础上实现控件使用和操作系统开发。

1 硬件

系统中顾客使用终端触摸屏浏览服务信息并实现相关操作，通过无线局域网络和前台通信。各个点菜终端作为独立系统工作，所有数据传到前台上位机协调处理。本文仅介绍与μC/GUI相关的点菜终端构成部分。终端硬件框图如图1所示，利用片上可编程系统(SoPC)技术将Nios II处理器、外设接口控制器等功能模块集成到FPGA，构成可编程片上系统[2]。SDRAM、Flash控制器用于处理程序和数据的存储；512 KB SRAM作为图像数据缓存区；FPGA内部自定义LTM控制器和SD卡控制器模块，辅助软核工作，操作触摸屏并读取SD卡内的JPEG图片；UART接口用于和移植到CC2430的ZigBee模块通信；采用定时器以嵌入式uC/OS II操作系统。

触摸显示屏是4.3英寸数字LCD触碰面板TRDB-LTM，长宽比为15:9，支持24 bit并行RGB接口，能通过内置模数转换器(AD7843)将触碰点X/Y坐标转换成对应数字信息。触摸屏物理分辨率为800×480，支持16 bit RGB565格式。

2 μC/GUI移植

本系统的用户界面采用uC/GUI，其最新版本是3.98，其中一些组件不太完整。根据点菜系统使用需求，特添加3.94版本的JPEG模块来显示图片数据。ucgui398\Start\Config和ucgui398\Start\GUI是源码包最重要的两个文件夹，其中包括各种配置文件、μC/GUI内核文件、与字体相关的代码文件、LCD驱动代码文件、μC/GUI支持的控件代码以及视窗管理部分代码等[3]。

2.1 修改LCD配置文件

为使系统正确工作，必须修改文件LCDConf.h(GUI目录中)中的一些配置宏。该文件与硬件直接相关，根据所使用的LCD类型和LCD控制器进行配置。由于μC/GUI提供不同型号的LCD配置文件(文件夹Sample\LCDConf\xxx中，xxx代表LCD驱动器名称)，应用程序开发者可直接在此基础上修改程序。实际应用中，选择LCDLin.c驱动文件。由于LTM控制器对显示分辨率进行硬扩处理，因此LCD尺寸选择400×240。系统底层配置的部分宏如表1所示。

LCD_READ_MEM(off)、LCD_WRITE_MEM(off，data)宏定义是μC/GUI与LTM控制器接口的关键[4]。SRAM_BASE是512 KB SRAM读写操作的基地址，这些宏定义能实现对图像数据缓存区的16 bit读写操作。此外，一般移植操作必须定义LCD_INIT_CONTROLLER()，以实现LCD屏初始化配置。LTM控制器初始化了触摸屏，因此软件配置中省略此项。

2.2 修改GUI和触摸屏配置文件

在调整系统或减小内存消耗时需配置LCDConf.h。具体步骤如下：(1)备份原始配置文件；(2)检查所有配置开关；(3)删除配置中不使用部分。除此之外，系统工程编译时，会出现一些未定义错误，需要将Sample\GUI_X\GUI_X.c添加到工程中，该文件定义GUI与操作系统的接口，以及Debug错误报告等函数。由于系统使用μ/OS II，可选择GUI_X_uCOS.c文件，并在文件结尾处添加以下函数：
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);}
同时将GUI_X_ExecIdle( )中的OS_X_Delay(1)替换为OSTimeDly(1)。

GUI文件夹中另一个需要配置的文件是GUITouchConf.h，根据触摸屏类型不同，宏参数也不同。执行触摸屏操作的主要流程在GUI\Core\GUI_TOUCH_DriverAnalog.c文件中。头文件部分宏配置如表2所示。

2.3 触摸屏与GUI接口

μC/GUI支持键盘、鼠标、触摸屏等外设，并在源码级对其消息响应。为使触摸屏正常工作，系统除对相应配置文件修改和添加一些相关函数外，必须实现触摸屏底层驱动，即修改LCDLin.c驱动文件。

理论上，GUI_TOUCH_AD_LEFT和GUI_TOUCH_AD_RIGHT取值应当为0或1 024，但实际操作时，必须根据具体情况校准。系统取触摸屏四个角坐标作为校正标准，经过多次试验，四个坐标分别是(29，160)、(3 936，160)、(29，3 900)和(3 936，3 900)。在GUI\Core\GUI_TOUCH_DriverAnalog.c中修改相应宏，再据实际情形确定余下开关宏的值。

通过调用GUI_TOUCH_Exec()函数来获得触摸屏触点位置：系统通过中断服务程序读回触点实际坐标值（x，y）；接着将实际坐标值转换到逻辑坐标；最后调用GUI_TOUCH_StoreState(x，y)保存逻辑坐标值。为实时得到触点坐标，需不断调用GUI_TOUCH_Exec()函数，因此建立单独任务对该函数调用，以保证触摸屏任务的实时响应。该部分设计难点在于中断标志清零，如果每次得到触点位置后不能即刻清零，则会影响GUI内部去抖操作和校准处理，因此在保存稳定坐标值后再清除标志位。