嵌入式圖形使用者介面uc/gui在nios II上的移植

uc/gui是一個優秀的嵌入式圖形使用者介面，這幾天的工作就是將它移植到nios II系統上。前人也做了一些工作，不過大部分都是針對其他硬核處理器，針對nios II軟核處理器的移植資料那簡直是鳳毛麟角。在閱讀了相關文件後，我決定自己親自動手實踐，這下面的很多過程都是自己摸索出來的，並通過了實驗的驗證。這只是一個初步的移植，也許在以後的更復雜的應用中，還需要對其進行調整。但對目前我的應用而言，應該足夠了。

寫這篇文章的目的一是由於自己記性不好，所以需要給自己留個備忘，免得以後忘的一乾二淨；二是給有需要的朋友提供一些參考，也好相互交流，共同進步。請大家多提寶貴意見。

一、原始碼和文件下載

上有很多不同版本的原始碼下載，目前能下到的最新版本是3.98

，不過還有一些元件不是很完整，但作基礎開發已經夠用了。

開發軟體：quartus II 6.0, Nios II IDE 6.0。

二、移植過程

先來看看解壓後都有些什麼東西：

如圖，核心的東西包括Config和GUI兩個資料夾，這裡面是ucgui的所有原始碼和配置檔案。ConvertColor包含彩色轉換函式，ConvertMono包含灰度到彩色轉換的函式，Core包含核心程式，Font是字型檔案，LCDDriver包含多種控制器驅動，Widget是視窗控制元件庫，WM是視窗庫，提供複雜的功能。其他資料夾包含一些應用範例以及一些有用的工具，留待慢慢探索。

1、config檔案的移植：

Config

資料夾是ucgui的配置資料夾，裡面有3個檔案：

GUIConf.h：gui的基本屬性配置檔案，有很多開關可以配置，具體可以參考ucgui的使用者手冊，這裡只需配置幾個必要的引數如下：

#ifndefGUICONF_H

#define GUICONF_H

#define GUI_OS(1)/* 支援作業系統，nios系統自帶了ucosII，所以我們選擇此項，使gui支援該作業系統 */

#define GUI_SUPPORT_TOUCH(0)/* 支援觸控式螢幕，由於暫時沒有用觸控式螢幕，所以關掉這個開關 */

#define GUI_SUPPORT_MOUSE(0)/* 支援滑鼠，暫時關閉 */

#define

GUI_SUPPORT_UNICODE(1)/* Unicode字串支援 */

#define GUI_DEFAULT_FONT&GUI_Font6x8/* 預設字型 */

#define GUI_ALLOC_SIZE12500/* WM和memery device分配的記憶體 */

#define GUI_WINSUPPORT1/* Window manager available */

#define GUI_SUPPORT_MEMDEV0/* Memory devices available，由於下載到的原始碼中缺少memery device元件的原始碼，所以關閉此項 */

#define GUI_SUPPORT_AA1/* Anti aliasing available */

#endif/* Avoid multiple inclusion */

LCDConf.h：LCD控制器的硬體配置檔案，這個檔案與硬體直接相關，一般是根據你所使用的LCD的型別和所用的LCD控制器的型別來配置。我的配置是一塊640*480的TFT LCD，支援18位色，不過我只使用16位，RGB565色彩模式，足矣。LCD控制器就是自己寫的一個硬體模組，掛在avalon總線上，負責讀取顯示緩衝區中的資料，然後按照該LCD的時序輸出顯示到LCD上。顯示緩衝區直接開闢在系統記憶體中，系統使用一塊SDRAM作為系統記憶體，CPU可以直接對其進行32位讀寫訪問。通過仔細閱讀ucgui的使用者手冊，可以知道，在我這種硬體配置條件下，可以選擇LCDLin32.c這個驅動檔案（後面將詳細講述對LCDLin32.c的修改與移植），那麼對應了LCD_CONTROLLER 必須配置為3200。

#ifndef LCDCONF_H

#define LCDCONF_H

#define LCD_XSIZE(640)/* X-resolution of LCD, Logical coor. */

#define LCD_YSIZE(480)/* Y-resolution of LCD, Logical coor. */

#define LCD_BITSPERPIXEL (16) /* 每個象素點需要的Bit數 */

#define LCD_CONTROLLER 3200/* 控制器名稱 */

#define LCD_ENDIAN_BIG0/* 選擇little endian */

#define LCD_FIXEDPALETTE565 /* 選擇RGB565色彩模式 */

#define LCD_SWAP_RB1/* gui預設為GRB565，定義這個開關可以使之轉換為RGB565，即交換R和B */

//#define LCD_VRAM_ADR0x20000000 /*顯示緩衝區起始地址，這個巨集定義定義了顯示緩衝區的地址，在驅動檔案LCDLin32.c中要用到這個地址。由於我的顯示緩衝區要在程式執行起來之後，由malloc函式在系統記憶體中分配，所以這個地址無法預先定義。於是我取消了這個巨集定義，而改為一個指標變數，直接放在LCDLin32.c中，通過修改其中的一些函式定義，完全可以實現這樣的改變。 */

//#define LCD_READ_MEM(Off)IORD_32DIRECT((U32 *)LCD_VRAM_ADR + ((U32)Off) << 2),0)

//#define LCD_WRITE_MEM(Off,data)IOWR_32DIRECT((U32 *)LCD_VRAM_ADR + ((U32)Off) << 2),0,Data)

/* 使用驅動LCDLin32.c需要定義的函式，用於讀寫顯示緩衝區，由於把顯示緩衝區的地址指標放到LCDLin32.c中去了，所以這兩個函式也直接放到LCDLin32.c中去，在這裡就可以不要了 */

#define LCD_INIT_CONTROLLER()LCD_Controller_Init()/* LCD 控制器初始化函式，由gui_init()呼叫，我在這裡替換為自己的控制器初始化函式LCD_Controller_Init()，該函式在後文中敘述 */

#endif/* LCDCONF_H */

GUITouchConf.h：觸控式螢幕的配置檔案，暫時沒有使用。

至此，config檔案移植完畢。

2、LCD device驅動的移植

這裡所說的LCD device驅動移植主要是指前面所說的LCDLin32.c檔案的修改。LCDLin32.c在GUI/LCDDriver資料夾中，其中定義了幾個關鍵的函式，用於gui對顯示緩衝區進行操作，如

void LCD_L0_SetPixelIndex(int x, int y, int PixelIndex)/* 畫點 */

unsignedint LCD_L0_GetPixelIndex(int x, int y)/* 讀點 */

void LCD_L0_XorPixel(int x, int y)/* 異或點 */

void LCD_L0_DrawHLine(int x0, int y,int x1) /* 畫水平線 */

void LCD_L0_DrawVLine(int x, int y0,int y1) /* 畫垂直線 */

void LCD_L0_FillRect(int x0, int y0, int x1, int y1) /* 矩陣填充 */

void LCD_L0_DrawBitmap(int x0, int y0,

int xsize, int ysize,

int BitsPerPixel,

int BytesPerLine,

const U8 GUI_UNI_PTR * pData, int Diff,

const LCD_PIXELINDEX* pTrans) /* 畫點陣圖 */

void LCD_On (void) /* 開啟LCD */

void LCD_Off (void) /* 關閉LCD */

由於我的LCD不具備開啟和關閉功能，所以LCD_On()和LCD_Off()定義為空函式。在上述的幾個畫點畫線函式中，與硬體（顯示緩衝區）直接相關的就是

LCD_WRITE_MEM(Off,data)/*寫儲存器*/

LCD_READ_MEM/*讀儲存器*/

我們只需要將這兩個巨集定義修改一下，使之指向我們自己定義的操作。由於這兩個函式是對顯示緩衝區進行讀寫操作，所以需要先知道顯示緩衝區的起始地址，在我的系統中該緩衝區由malloc函式得到，於是需要預先定義一個指標變數，用來儲存顯示緩衝區的首地址:

U32*lcd_framebuffer0;/* our frame buffer first address */

但是預編譯無法處理malloc函式，所以我將這個操作放到自定義的LCD_Controller_Init()函式中執行。這裡使用了Nios系統中hal庫的一些函式，所以需要先包含相應的標頭檔案：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <string.h>

#include <alt_types.h>

#include"io.h"

#include"sys/alt_alarm.h"

#include"sys/alt_cache.h"

#include"system.h"

#include"priv/alt_file.h"

這其中實際上有幾個標頭檔案是沒有必要包含進來的，不過我也沒去管它，所以就都寫在這裡了，應該不會有什麼害處。

#define LCD_BYTESPERFRAMELCD_XSIZE * LCD_YSIZE * LCD_BITSPERPIXEL / 8

void LCD_Controller_Init(void)

{

lcd_framebuffer0 = (U32 *)alt_uncached_malloc(LCD_BYTESPERFRAME);

memset( (void *)lcd_framebuffer0, 0x0, LCD_BYTESPERFRAME ) ; /* reset the frame buffer to 0x0 */

IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 0, 0x0 ); /* Reset the VGA controller */

IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 4, lcd_framebuffer0 ); /* Where our frame buffer starts */

IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 8, LCD_BYTESPERFRAME ); /* amount of memory needed */

IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 0, 0x1 ); /* Set the go bit. */

}

這個函式初始化了顯示緩衝區，並對LCD控制器進行配置，使之正確執行。其中，VGA_CONTROLLER_0_BASE是LCD控制器的基地址，由system.h檔案定義，所以要將它include進來。LCD_BYTESPERFRAME為每幀需要的位元組數。由巨集定義得到。這樣，在系統呼叫GUI_Init()函式時，LCD_Controller_Init()函式也會被呼叫，這就可以保證gui在做任何操作以前，顯示緩衝區都已經準備好了，LCD控制器也已經配置好並已經開始運行了。

實際上，LCDLin32.c檔案中對LCD_READ_MEM和LCD_WRITE_MEM已經做了定義，有了lcd_framebuffer0這個指標變數之後，我們只需要對LCD_READ_MEM和LCD_WRITE_MEM定義做一些修改，使之指向lcd_framebuffer0所指的緩衝區即可：

#defineLCD_READ_MEM(Off)(*((U32 *)lcd_framebuffer0 + ((U32)Off)))

#defineLCD_WRITE_MEM(Off, Data) *((U32 *)lcd_framebuffer0 + ((U32)Off)) = Data

這樣，LCDLin32.c就基本上修改完畢了。當然，我們還可以修改其畫點，畫線，矩陣填充，畫點陣圖等函式，使之對於我們特定的硬體更加優化，以提高執行效率，這是後話。到目前為止，gui已經能夠正確地操作我們的硬體了。

三、執行第一個程式：hello_gui

下面，我們就讓剛移植好的gui到實際的系統上去執行一下。

1、配置好FPGA的硬體；

2、開啟nios II IDE，以hello_world工程為模版建立一個新的工程hello_gui；

3、將ucgui的Config和GUI兩個資料夾（包含有我們剛剛修改過的幾個檔案）複製到工程目錄下；

4、在hello_gui工程選項中新增如下include paths：

yourprojectdir/software/hello_gui/Config

yourprojectdir/software/hello_gui/GUI/Core

yourprojectdir/software/hello_gui/GUI/Widget

yourprojectdir/software/hello_gui/GUI/WM

5、修改hello_world.c的內容為：

#include"GUI.H"

void main(void) {

GUI_Init();/* 初始化GUI，同時初始化LCD控制器和顯示緩衝區 */

GUI_SetBkColor(GUI_BLUE); /* 設定背景色為藍色*/

GUI_Clear();/* 清屏為背景色 */

GUI_SetColor(GUI_RED);/* 設定前景色為紅色（後面畫圖操作將用該前景色） */

GUI_DispString("Hello world!"); /* 顯示hello world! */

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