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μC／GUI在MSGl9264液晶上的移植
摘要：介紹在MSP430F149單片機上移植，μC／CUI到MSCl9264液晶的過程， 詳細闡述了，μC／GUI移植的原理以及在移植中應(yīng)注意的事項。關(guān)鍵詞：μC／GUI MSGl9264 移植 MSP430F149
μC／GUI是美國Micrium公司出品的一款針對嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)秀圖形軟件。與μC／OS一樣，μC／GUI具有源碼公開、可移植、可裁減、穩(wěn)定性和可靠性高的特點[1]。采用μC／GUI，開發(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象如按鈕、編輯框、滑動條等，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，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)計的難度，但μC／GUI的使用需針對不同的液晶編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序才能實現(xiàn)。本文通過移植μC／GUI到MSGl9264液晶的過程，介紹了μC／GUI移植的原理以及移植中應(yīng)注意的事項。
1 開發(fā)工具和運行環(huán)境
為了實現(xiàn)μC／GUI的移植，選用MSP430F149。MSP430F149是一款16位超低功耗單片機，具有強大的處理能力(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、定時器、看門狗等)。 它內(nèi)部具有2KB的RAM和60KB的FLASH，能基本滿足μC／GUI運行的需要[2]。
軟件開發(fā)環(huán)境采用IAR公司的集成開發(fā)環(huán)境IAR EW430 2．10A。相對于較早的EW430 1．26A版本，2．10版本在各個方面有了較大改進，尤其是項目管理和調(diào)試上有了較大的改動，這使得移植μC／GUI更加方便。
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2 μC／GUI移植
μc／GUI針對不同的液晶控制器提供了多種驅(qū)動程序，如KS0713、SEDl335、T6963等控制器都有對應(yīng)的液晶驅(qū)動程序。但在很多情況下，用戶采用的液晶，μC／GUI并沒有提供其對應(yīng)的驅(qū)動程序，需自己著手編寫特定液晶的驅(qū)動程序。
2．1 液晶顯示器工作原理
為了能編寫正確的液晶驅(qū)動程序，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點陣單色液晶，其中包含一個行驅(qū)動器KS0107B和三個列驅(qū)動器KS0108B，每個列驅(qū)動器KS0108B對應(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用于指示當前的操作是數(shù)據(jù)還是寄存器，R／W用于表明當前是讀還是寫，CSA、CSB用于選擇相應(yīng)的列驅(qū)動器(其選擇關(guān)系可見圖1)。RS和R／W的功能可見表1，液晶顯示器的讀寫時序見圖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)，用于對該模塊狀態(tài)及顯示進行控制。這7種指令包括顯示開關(guān)控制、設(shè)起始行、設(shè)起始列、設(shè)頁地址、讀狀態(tài)、讀／寫顯示內(nèi)容。通過這些指令的組合，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)備以及各種窗口對象。其中，輸入設(shè)備可以是鍵盤、鼠標或觸摸屏；二維圖形包括圖片、直線、多邊形、園、橢圓、圓弧等；窗口對象包括按鈕、編輯框、進度條、復(fù)選框等。μC／GUI函數(shù)庫可以通過GUIConf．h文件進行配置，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)動文件則負責把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)，這個文件與具體的硬件連接無關(guān)。
μC／GUI與LCD的硬件接口通過驅(qū)動文件把硬件接口函數(shù)轉(zhuǎn)化為LCDConf．h中定義的LCD讀寫函數(shù)。
2．3 移植過程
2．3．1 修改LCDConf．h
LCDConf．h定義了LCD的大小、顏色，對應(yīng)的LCD控制器以及與硬件連接有關(guān)的LCD讀寫函數(shù)。按照μC／GUI的規(guī)定，底層的讀寫LCD函數(shù)包括LCD_WRITE_A1()(即寫LCD命令)、LCD_WRITE_A0()(寫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這些函數(shù)。
MSP430F149是一款低功耗單片機，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需額外的驅(qū)動芯片。MSP430F149與LCD的接口電路如圖4所示。
LCD_WRITE A1()函數(shù)的具體實現(xiàn)如下：
#define LCD_WRITE_A1(Byte) ／／定義寫LCD控制命令函數(shù)
{ ／／參數(shù)Byte為要寫入液晶的數(shù)據(jù)。
P40UT：Byte； ／／把數(shù)據(jù)放到LCD的數(shù)據(jù)線上
_NOP()； ／／空指令，確保能可靠地寫入
P1OUT&=0xef； ／／LCDRS=0，表示寫命令
P10UTI=Ox20； ／／LCDEN=1
_NOP()； ／／空指令
P1OUT&=0xcf； ／／LCDEN=0，把數(shù)據(jù)寫入LCD
顯示RAM
_NOP()；
}
2．3．2 編寫LCD驅(qū)動文件
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)庫和各種顯示效果都是通過表2所示接口函數(shù)在LCD上實現(xiàn)，所以LCD驅(qū)動文件的實現(xiàn)也就是把這些硬件接口函數(shù)的實現(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)，編寫針對MSGl9264液晶的驅(qū)動程序。
通過分析LCDSLin文件可以發(fā)現(xiàn)，液晶驅(qū)動程序的核心是畫點函數(shù)，大部分硬件接口函數(shù)都可由畫點函數(shù)實現(xiàn)。因此，改造畫點函數(shù)及其調(diào)用函數(shù)成為移植的重點問題。
畫點函數(shù)的要求是改變液晶上任意點的顏色而不影響其他點的顏色�？紤]到單片機MSP430F149的輸入電壓不能超過3．6V，筆者沒有采取讀液晶顯示器內(nèi)部顯示RAM的方法，而是在MSP430F149的RAM中定義一個數(shù)組存儲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。考慮到液晶的長度可能不是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，畫點函數(shù)可如下實現(xiàn)：
static void_SetPixel(int x，int y，LCD_PIXELINDEX c) {
／／畫點函數(shù)
U8 Mask=1<<(y&7)； ／／屏蔽字
int Adr=XY20FF(x，y)； ／／由x，y的絕對位置得到
Cache中的相對位置
／／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； ／／對應(yīng)位“置1”
else
CacheByte&=~Mask； ／／對應(yīng)位清零
LCD_WRITE(Adr，CacheByte)；
／／把CacheByte寫入液晶顯存并更改
Cache[Adr]的值為CacheByte
}
函數(shù)的參數(shù)x，y代表要畫點的位置(x為橫坐標，y為縱坐標)，參數(shù)c代表要畫點的顏色。在函數(shù)內(nèi)部，U8為μC／GUI提供的數(shù)據(jù)格式(相當于unsigned char)，Mask為屏蔽字，Adr為x，y對應(yīng)顯示Cache的地址。
以把液晶的(5，5)處點亮為例，此時x=5，y=5，c=1，可計算出Mask=00100000，Adr=40(表示在Cache[40]處存有(5，5)點的顏色值)。由于c=1，所以應(yīng)把Cache[40]中對應(yīng)位“置1”，這是通過CacheByte的值“或”上Mask的值00100000實現(xiàn)的。最后通過調(diào)用LCD_WRITE函數(shù)把得到的新CacheByte值寫入液晶對應(yīng)的地址即可點亮該點。類似地，若要使某點不亮(c=0)，則應(yīng)該把對應(yīng)位“清零”，這可以通過CacheByte&=~Mask這條命令實現(xiàn)。
畫點函數(shù)中調(diào)用的LCD_Write函數(shù)可如下實現(xiàn)：
static void LCD_Write(int Adr，U8 Byte){
if(CacheIAdrl!=Byte){ ／／若寫入值與原值不符則
把寫入值保存到顯示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，才能寫到對應(yīng)的液晶屏上。此外，在LCD_WRITEl()函數(shù)中通過調(diào)用LCDConf．h文件中的LCD_WRITE_A1()和LCD_WRITE_A0()實現(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)可以返回指定點的顏色信息，XorPixel()則可以對指定點顏色取反，實現(xiàn)“反白”的效果。由于這兩個函數(shù)較簡單，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種指令就可以實現(xiàn)表1所給的硬件接口函數(shù)，以此構(gòu)成了LCD驅(qū)動文件。
表1 RS和R/W的功能
功 能
0 0 寫命令 0 1 讀液晶狀態(tài)（主要用于判忙） 1 0 寫液晶的顯示RAM數(shù)據(jù) 1 1 讀液晶的顯示RAM數(shù)據(jù)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時鐘頻率的選擇等既可以放在GUI_Init()中，也可以單獨編寫一個函數(shù)初始化。
表2 硬件接口函數(shù)的名稱和功能
調(diào)試時應(yīng)從基本的顯示字符串開始，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。
若使用窗口對象，則在GUI_Conf．h中定義GUI—WINSUPPORT為1。
在GUIConf．h中定義GUI_ALLOC_SIZE為動態(tài)內(nèi)存的大小，應(yīng)根據(jù)需要合理選擇。窗口對象(如按鈕)的創(chuàng)建需要申請內(nèi)存，若申請不到內(nèi)存則無法創(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象，釋放內(nèi)存，再創(chuàng)建新的窗口對象。
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，筆者沒有采用內(nèi)存設(shè)備。
可以設(shè)置窗口對象的默認字體及顏色以獲得更好的顯示效果。在單色液晶中，簡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，但同時也會降低系統(tǒng)運行的速度。
在LCDConf．h文件中定義了與硬件連接有關(guān)的LCD讀寫函數(shù)，在液晶驅(qū)動文件中調(diào)用這些LCD讀寫函數(shù)。這樣做的好處是使驅(qū)動文件與硬件無關(guān)，一旦一種液晶的驅(qū)動編寫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。
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