ARM嵌入式系統GUI開發研究

　隨著嵌入式系統的發展，它在軟件和硬件上日趨復雜，對于人機交互的效率的要求也日漸提高，特別是一些復雜的工控設備和消費電子產品。因此，圖形用戶界面(GUI)就從嵌入式系統的系統程序中被獨立了出來。嵌入式GUI發展至今，已經有了許多的種類，具有了強大的功能。嵌入式GUI已經成為一個成功的嵌入式系統不可缺少的組成部分[1]。本文在ARM為核心的嵌入式系統上進行了圖形界面的開發，并對Windows界面進行了模擬。

　　1 ARM處理器

　　嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。[2]ARM是當前嵌入式領域使用最廣泛的微處理器[3] 。ARM(Advanced RISC Machines)微處理器是采用ARM技術知識產權(IP)核的微處理器，這種ARM核技術是由英國的ARM公司所授權。世界各大半導體生產商從ARM公司購買其設計的ARM微處理器核，根據各自不同的應用領域，加入適當的外圍電路，從而形成自己的ARM微處理器芯片進入市場。

　　本次設計中使用ARM7TDMI作為嵌入式系統的內核。ARM7TDMI核是通用的32微處理器內核，采用馮諾伊曼結構，具有高性能和低功耗的特性。ARM7TDMI使用三級流水線技術來增加處理器指令流的速度，處理器和存儲器的所有部分都可連續工作。通常在執行一條指令的同時就對下一條指令進行譯碼，并將第三條指令從存儲器中取出[4]。ARM結構是基于精簡指令集計算機原理而設計的，指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單得多。

　　2 圖形用戶界面特征和發展趨勢

　　2.1 圖形用戶界面的特征

　　圖形用戶界面（Graphic User InteRFace，GUI）的廣泛流行是當今計算機技術的重大成就之一，它極大的方便了非專業用戶的使用，人們不再需要死記硬背大量的命令，而可以通過窗口、菜單方便的進行操作。“Visual”已成為當前流行的形容詞，如Visual Basic、Visual C++等。圖形用戶界面的主要特征如下[5]：

　　1、WIMP

　　其中W(Windows)指窗口，指用戶或系統的一個工作區域。一個屏幕上可以有多個窗口。I(Icons)指圖形，系形象化的圖形標志，易于人們隱喻和理解。M(Menu)指菜單，可供用戶選擇的功能提示。P(Pointing Devices)，指鼠標器等，便于用戶直接對屏幕對象進行操作。

　　2、用戶模型

　　GUI采用了不少Desktop桌面辦公的隱喻，是應用者共享一個直觀的界面框架。由于人們熟悉辦公桌的情況，因而對計算機顯示的圖形符號的含義容易理解，諸如：文件夾、收件箱、畫筆、工作薄、鑰匙及時鐘等。

　　3、直接操作

　　過去的界面不僅需要記憶大量命令，而且需要制定操作對象的位置，如行號、空格數、X及Y的坐標等。采用GUI后，用戶可直接對屏幕上的對象進行操作，如拖動、刪除、插入以至放大和旋轉等。用戶執行操作后，屏幕能立即給出反饋信息或結果，因而稱為所見即所得（What you see is what you get）。用視、點（鼠標）代替了記、擊（鍵盤），給用戶帶來了方便。

　　2.2 圖形用戶界面的發展趨勢

　　隨著虛擬現實、科學計算可視化及多媒體技術的飛速發展，新的人機交互技術不斷出現，更加自然的交互方式將逐漸為人們所重視。新一代界面的主要特征可描述如下：以用戶為中心、智能化、高帶寬、不限制地點、圖示編程等。

　　3 ARM嵌入式系統GUI開發

　　近年來，嵌入式系統得到了飛速的發展，產品形態多種多樣，由于嵌入式產品更加商品化，對圖形用戶界面(GUI)的要求也越來越高。

　　3.1 LCD及其驅動

　　本設計采用2.2英寸TFT液晶屏――TFT6758液晶模塊，其工作電壓為3.3V,內帶白光LED背光燈，可以直接使用8位、16位或18位總線方式與控制器連接（因為液晶模塊內部包含了HD66781和HD66783液晶控制驅動器）。為了得到更高的數據傳輸速率，設計電路時采用16位總線接口，按照HD66781芯片數據手冊說明，需要將IM3和IM0引腳接0電平，16位數據分別為DB17～DB10和DB8～DB1引腳，未使用的DB0和DB9引腳接地，電路連接如圖1所示[6]。在使用液晶屏時需要先添加其相應的驅動程序，點陣液晶顯示器TFT6758的驅動芯片為HD66781,門驅動（Gate driver）芯片為 HD66783。

圖1 TFT6758液晶模塊應用電路

　　3.2 軟件平臺的選用

　　目前在市場上有幾種發展成熟、比較有代表性的嵌入式GUI開發軟件，如北京飛漫軟件公司的MiniGUI、美國Century軟件公司的MicroWindows、挪威Troltech公司的Qt/Embedded等，這幾種GUI系統各具特色，但大部分需要在嵌入式操作系統上進行移植，這樣就一定會增加時間和精力的投入，所以綜合考慮各方面的因素后，使用ZLG/GUI作為此次設計的軟件平臺。

　　ZLG/GUI是一種占用資源小、使用方便的嵌入式系統簡易的圖形用戶界面軟件,不需要在嵌入式操作系統上移植就能直接使用，提供了最基本的繪圖功能，具有一些較高級的接口功能，支持單色、灰度、偽彩、真彩等圖形顯示設備，簡單易學。