??? 摘 要： 介紹在MSP430F149單片機(jī)上移植μC/GUI" title="C/GUI">C/GUI到MSG19264液晶的過程，詳細(xì)闡述了μC/GUI移植的原理以及在移植中應(yīng)注意的事項(xiàng)。
??? 關(guān)鍵詞： μC/GUI? MSG19264? 移植? MSP430F149
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??? μC/GUI是美國Micrium公司出品的一款針對(duì)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(diǎn)[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(duì)象如按鈕、編輯框、滑動(dòng)條等，可完全產(chǎn)生類似于Windows的顯示效果" title="顯示效果">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(jì)的難度，但μC/GUI的使用需針對(duì)不同的液晶編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序才能實(shí)現(xiàn)。本文通過移植μC/GUI到MSG19264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(xiàng)。
1 開發(fā)工具和運(yùn)行環(huán)境
??? 為了實(shí)現(xiàn)μC/GUI的移植，選用MSP430F149。MSP430F149是一款16位超低功耗單片機(jī)，具有強(qiáng)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(shí)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(yùn)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(duì)于較早的EW430 1.26A版本，2.10版本在各個(gè)方面有了較大改進(jìn)，尤其是項(xiàng)目管理和調(diào)試上有了較大的改動(dòng)，這使得移植μC/GUI更加方便。
2 μC/GUI移植
??? μC/GUI針對(duì)不同的液晶控制器提供了多種驅(qū)動(dòng)程序，如KS0713、SED1335、T6963等控制器都有對(duì)應(yīng)的液晶驅(qū)動(dòng)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(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，需自己著手編寫特定液晶的驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序，了解相應(yīng)液晶的顯示原理非常重要。本文采用的MSG19264液晶為192×64點(diǎn)陣單色液晶，其中包含一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器KS0107B和三個(gè)列驅(qū)動(dòng)器" title="列驅(qū)動(dòng)器">列驅(qū)動(dòng)器KS0108B, 每個(gè)列驅(qū)動(dòng)器KS0108B對(duì)應(yīng)一塊64×64的液晶[3]。
??? MSG19264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(dāng)前的操作是數(shù)據(jù)還是寄存器，R/W用于表明當(dāng)前是讀還是寫，CSA、CSB用于選擇相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)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(shí)序見圖2。
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??? MSG19264模塊一共提供7種指令(由RW、RS及數(shù)據(jù)總線的電平?jīng)Q定)，用于對(duì)該模塊狀態(tài)及顯示進(jìn)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(duì)象。其中，輸入設(shè)備可以是鍵盤、鼠標(biāo)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(duì)象包括按鈕、編輯框、進(jìn)度條、復(fù)選框等。μC/GUI函數(shù)庫可以通過GUIConf.h文件進(jìn)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(dòng)態(tài)內(nèi)存的大小等。
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??? 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)" title="接口函數(shù)">接口函數(shù)。而LCD驅(qū)動(dòng)文件則負(fù)責(zé)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(gè)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(dòng)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(duì)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(shí)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(jī)，其供電電壓" title="供電電壓">供電電壓為1.8～3.6V，而MSG19264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(dòng)芯片。MSP430F149與LCD的接口電路如圖4所示。
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??? LCD_WRITE_A1()函數(shù)的具體實(shí)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)。
??? ? ?P4OUT=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
??? ? ?P1OUT|=0x20;????????????????? //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(dòng)文件
??? 圖3中的?滋C/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(shí)現(xiàn)，所以LCD驅(qū)動(dòng)文件的實(shí)現(xiàn)也就是把這些硬件接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。由于MSG19264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(duì)MSG19264液晶的驅(qū)動(dòng)程序。
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??? 通過分析LCDSLin文件可以發(fā)現(xiàn)，液晶驅(qū)動(dòng)程序的核心是畫點(diǎn)函數(shù)，大部分硬件接口函數(shù)都可由畫點(diǎn)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。因此，改造畫點(diǎn)函數(shù)及其調(diào)用函數(shù)成為移植的重點(diǎn)問題。
??? 畫點(diǎn)函數(shù)的要求是改變液晶上任意點(diǎn)的顏色而不影響其他點(diǎn)的顏色。考慮到單片機(jī)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(gè)數(shù)組存儲(chǔ)LCD顯示的數(shù)據(jù)。此數(shù)組可定義為unsigned char Cache[((LCD_YSIZE +7)>>3)×LCD_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)×LCD_XSIZE。
??? 在定義了Cache的基礎(chǔ)上，畫點(diǎn)函數(shù)可如下實(shí)現(xiàn)：
??? static void _SetPixel(int x, int y, LCD_PIXELINDEX c) {? ???????//畫點(diǎn)函數(shù)
??? ?U8? Mask=1<<(y&7);????? ?//屏蔽字
?? ? int? Adr=XY2OFF(x,y);????? //由x,y的絕對(duì)位置得到Cache中的相對(duì)位置
??? //XY2OFF(x,y)可被定義為((y>>3)+x×((64+7)>>3))
???? U8? CacheByte=Cache[Adr];? //獲得顯示RAM的數(shù)值
?? ? if (c)?????????????????????? //根據(jù)顏色修改顯示RAM的值
????????? CacheByte|= Mask;? ?//對(duì)應(yīng)位“置1”
?? ? else
??? ????? CacheByte&=~Mask;??? ?//對(duì)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(diǎn)的位置（x為橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo)），參數(shù)c代表要畫點(diǎn)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(dāng)于unsigned char），Mask為屏蔽字，Adr為x，y對(duì)應(yīng)顯示Cache的地址。
??? 以把液晶的（5，5）處點(diǎn)亮為例，此時(shí)x＝5，y＝5，c＝1，可計(jì)算出Mask＝00100000，Adr＝40（表示在Cache[40]處存有（5，5）點(diǎn)的顏色值）。由于c＝1，所以應(yīng)把Cache[40]中對(duì)應(yīng)位“置1”，這是通過CacheByte的值“或”上Mask的值00100000實(shí)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(duì)應(yīng)的地址即可點(diǎn)亮該點(diǎn)。類似地 ，若要使某點(diǎn)不亮（c＝0），則應(yīng)該把對(duì)應(yīng)位“清零”，這可以通過CacheByte&=~Mask這條命令實(shí)現(xiàn)。
??? 畫點(diǎn)函數(shù)中調(diào)用的LCD_Write函數(shù)可如下實(shí)現(xiàn)：
??? static void LCD_Write(int Adr, U8 Byte) {??
??? if (Cache[Adr]!=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_WRITE1(Byte);
??? } }
??? 由于此液晶由三塊64×64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(duì)應(yīng)的液晶屏上。此外，在LCD_WRITE1()函數(shù)中通過調(diào)用LCDConf.h文件中的LCD_WRITE_A1()和LCD_WRITE_A0()實(shí)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(diǎn)的顏色信息， XorPixel()則可以對(duì)指定點(diǎn)顏色取反，實(shí)現(xiàn)“反白”的效果。由于這兩個(gè)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MSG19264液晶的7種指令就可以實(shí)現(xiàn)表1所給的硬件接口函數(shù)，以此構(gòu)成了LCD驅(qū)動(dòng)文件。
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(shí)鐘頻率的選擇等既可以放在GUI_Init()中，也可以單獨(dú)編寫一個(gè)函數(shù)初始化。
??? 調(diào)試時(shí)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_FIXEDPALETTE為1；若為彩色液晶，應(yīng)根據(jù)液晶支持的顏色設(shè)置LCD_FIXEDPALETTE，具體可參考手冊(cè)。
??? 若使用窗口對(duì)象，則在GUI_Conf.h中定義GUI_WINSUPPORT為1。
??? 在GUIConf.h中定義GUI_ALLOC_SIZE為動(dòng)態(tài)內(nèi)存的大小，應(yīng)根據(jù)需要合理選擇。窗口對(duì)象（如按鈕）的創(chuàng)建需要申請(qǐng)內(nèi)存，若申請(qǐng)不到內(nèi)存則無法創(chuàng)建，相應(yīng)地創(chuàng)建函數(shù)值為0。可由此判斷GUI_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(duì)象，釋放內(nèi)存，再創(chuàng)建新的窗口對(duì)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(duì)象的默認(rèn)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(shí)也會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)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(dòng)文件與硬件無關(guān)，一旦一種液晶的驅(qū)動(dòng)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。
參考文獻(xiàn)
1 User's & reference manual for μC/GUI．Micrium Technologies Corporation
2 魏小龍．MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002
3 MSG19264 reference manual．TRULY SEMICONDUCTORS?LTD.