μC／GUI在嵌入式智能监控系统中的移植研究与应用

摘要：为了使智能监控系统具有人机交互功能，以DE2开发板为验证平台，通过编写VGA IP核以及在SoPC Builder搭建硬件环境，移植嵌入式图形界面软件μC／GUI到NiosⅡ嵌入式软件开发环境。实验结果表明，μC／GUI成功移植到NiosⅡ嵌入式开发平台中，可以实现μC／GUI文字显示、绘图以及窗口管理等功能，并可以外接任何具有VGA接口的LCD显示器。
关键词：人机交互；μC／GUI；移植；NiosⅡ

0 引言
人机交互是智能化嵌入式产品一项重要功能，在设计智能监控系统时人机交互需要界面设计软件，常用的图形界面软件有MiniGUI，QT／Embedded，OpenGUI等。Altera公司NiosⅡ已经集成了μC／OS-Ⅱ系统。μC／OS-Ⅱ是一个实时多任务内核，不具有现代操作系统的线程，上述GUI不能方便的运行。
μC／GUI是一个优秀的嵌入式图形用户界面，具有众多的优点。如，代码开源，占用系统资源少，所有的代码均由ANSIC实现，功能强大且易于移植，可以应用于任何的LCD控制和CPU任何尺寸的物理与虚拟显示，非常适合用于资源有限的嵌入式系统中。同时，μC／GUI与μC ／OS-Ⅱ都是美国Micrium公司产品，μC／GUI能轻易地在μC／OS-Ⅱ上应用，实现与μC／OS-Ⅱ的无缝结合。
本文在设计具有人机交互功能的基于NiosⅡ的嵌入式智能监控系统时，为实现友好的人机交互和更加方便的显示，将μC／GUI移植到NiosⅡ嵌入式平台，系统采用通用液晶显示器显示，具有更加广泛的通用性。

1 硬件系统设计
本系统设计采用的硬件平台是Altera公司生产的DE2开发板，使用软件是QuartusⅡ9．0，FPGA芯片是EP2C35F672C6，通过VGA接口连接液晶显示器显示，利用QuartusⅡ软件的SOPC Builder搭建的系统设计如图1所示。其中，PS／2 IP核是采用AItera公司大学计划中的IP核，SDR AM为系统运行时的内存。在系统中运行交互界面时，通过PIO传输系统设置的参数，控制硬件实现的视频的采集、显示与相关视频分析算法的实现。

VGA IP核采用突发传输模式，这样可以提高从端口的数据吞吐量，在主端口一次多个数据单元的时候，可以达到极高的效率。在本设计的VGA IP核设计一次传输10个数据单元，额外的burstcount信号为4位。

2 μC／GUI移植
本系统采用μC／GUI 3．98版本进行移植，在移植μC／GUI之前，有必要熟悉μC／GUI的软件体系结构与文件结构，μC／GUI的软件体系结构如图2所示。

μC／GUI函数库为用户程序提供GUI接口，包含的函数有文本、数值、二维图形、输入设备以及各种窗口对象。其中，输入设备可以是鼠标、键盘或触摸屏；二维图形包括图片、直线、多边形、圆、椭圆、圆弧等；窗口对象包括按钮、编辑框、进度条、复选框等。μC／GUI由库
函数目录GUI和配置文件目录Config两个目录组成，表1是μC／GUI目录结构，带星号的都是可选项。

其中Config目录下包括3个文件分别是LCDConf．h、GUIConf．h和GUITouchConf．h，3个文件分别用来配置LCD驱动、μC／GUI配置、触摸屏的配置。μC／GUI移植主要就是对Config文件以及LCDDriver的移植，针对不同的平台做相应的修改。
2．1 配置文件的移植
GUIConf．h是μC／GUI的基本属性配置文件，有很多开关可以配置，配置的内容包括是否采用内存设备，是否采用窗口管理器，是否支持操作系统、触摸屏，以及配置动态内存的大小等。具体可以参考μC／GUI的用户手册，这里只需配置几个必要的参数如下：

2．2 LCD驱动文件的移植
由于采用VGA显示，根据LCDConf．h对LCD_CONTROLLER的配置，在LCD驱动文件目录下选择LCDDummy．c，删除其他无关的驱动文件，LCD驱动文件负责把μC／GUI的各种函数解释成LCDconf．h文件中定义的液晶接口函数，这个文件与具体的硬件连接无关，LCD驱动在SDRAM开辟帧缓冲以及往VGAIP中写入数据，在函数LCD_Controller_Init()完成，开辟显示缓冲区由framebuffer=(aIt_u32*)alt_uncached_malloc(LCD _XSIZE*LCD_YSIZE*LCD_BITSPERPIXEL／2)实现。同时编写void LCD_L0_SetPixelIndex(int x，int y，int PixelIndex)和unsigned int LCD_L0_GetPixelIndex(int x，int y)这2个函数，分别是设置一个像素和获取一个像素的颜色，后面很多操作如画点、线、圆等都需要调用这2个函数。
2．3 接口函数移植
由于支持μC／OS-Ⅱ操作系统，所以要对GUI_X_μCOS．c文件进行修改，GUI_X_μCOs．c定义了GUI与RTOS的接口函数，使之能与μC／OS-Ⅱ操作系统实现无缝衔接，要增加系统延时函数OSTimeDly(1)，void GUI_X_Execldle(void){OS_X_Dday(1)；}改为：

到此，μC／GUI移植需要修改的代码部分已经全部完成。

3 μC／GUI应用程序开发实例
根据平台修改完配置、驱动文件和接口函数之后，在NiosⅡ9．0 IDE建立一个新的工程，选择工程操作系统为μC／OS-Ⅱ，将已经修改好的Config和GUI文件夹以及GUI_X_μCOS．c拷贝到建立的工程目录下，可以根据实际需求，删掉一些不需要的功能文件，减少编译时间以及编程生成的执行文件的大小。根据需求编写相应的应用程序，要使PS／2IP核正确使用，在应用程序中要用要alt_up_ps2_open_dev(“／ dev／ps2”)，开启PS／2 IP核，同时要正确显示图形界面在显示界面代码之前要调用GUI_Init()函数，它的功能是初始化GUI，同时初始化LCD控制器与显示缓冲区。Nios II IDE编译器成功编译工程还要为移植的文件添加相应的路径，在include路径要包括Config、GUI／Core，GUI／Widget和GUI／WM，编译完成之后的工程目录如图3所示。成功编译之后将程序下载到DE2开发平台，程序运行嵌入式智能监控系统交互界面，运行画面如图4所示。