??? 摘 要： 介紹在MSP430F149單片機上移植μC/GUI" title="C/GUI">C/GUI到MSG19264液晶的過程，詳細闡述了μC/GUI移植的原理以及在移植中應注意的事項。
??? 關鍵詞： 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嵌入式系統的優秀圖形軟件。與μC/OS一樣，μC/GUI具有源碼公開、可移植、可裁減、穩定性和可靠性高的特點[1]。采用μC/GUI，開發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中顯示設計的難度，但μC/GUI的使用需針對不同的液晶編寫相應的驅動程序才能實現。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注意的事項。
1 開發工具和運行環境
??? 為了實現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結構、125ns的指令周期）和豐富的片內外設（如硬件乘法器、ADC、定時器、看門狗等）。它內部具有2KB的RAM和60KB的FLASH，能基本滿足μC/GUI運行的需要[2]。
??? 軟件開發環境采用IAR公司的集成開發環境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試上有了較大的改動，這使得移植μC/GUI更加方便。
2 μC/GUI移植
??? μC/GUI針對不同的液晶控制器提供了多種驅動程序，如KS0713、SED1335、T6963等控制器都有對應的液晶驅動程序。但在很多情況下，用戶采用的液晶，μC/GUI并沒有提供其對應的驅動程序，需自己著手編寫特定液晶的驅動程序。
2.1 液晶顯示器工作原理
??? 為了能編寫正確的液晶驅動程序，了解相應液晶的顯示原理非常重要。本文采用的MSG19264液晶為192×64點陣單色液晶，其中包含一個行驅動器KS0107B和三個列驅動器" title="列驅動器">列驅動器KS0108B, 每個列驅動器KS0108B對應一塊64×64的液晶[3]。
??? MSG19264液晶的控制線為R/W、RS、CSA、CSB和LCDEN，數據線為D0~D7。RS用于指示當前的操作是數據還是寄存器，R/W用于表明當前是讀還是寫，CSA、CSB用于選擇相應的列驅動器（其選擇關系可見圖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。
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??? MSG19264模塊一共提供7種指令(由RW、RS及數據總線的電平決定)，用于對該模塊狀態及顯示進行控制。這7種指令包括顯示開關控制、設起始行、設起始列、設頁地址、讀狀態、讀／寫顯示內容。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結構
??? μC/GUI的軟件體系結構如圖3所示。μC/GUI函數庫為用戶程序提供GUI接口，包含的函數有文本、數值、二維圖形、輸入設備以及各種窗口對象。其中，輸入設備可以是鍵盤、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、復選框等。μC/GUI函數庫可以通過GUIConf.h文件進行配置，配置的內容包括是否采用內存設備，是否采用窗口管理器，是否支持操作系統、觸摸屏，以及配置動態內存的大小等。
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??? 在LCDConf.h文件中定義了與硬件有關的各種屬性，如液晶的大小、顏色以及與液晶的接口函數" title="接口函數">接口函數。而LCD驅動文件則負責把μC/GUI的各種函數解釋成LCDConf.h文件中定義的液晶接口函數，這個文件與具體的硬件連接無關。
??? μC/GUI與LCD的硬件接口通過驅動文件把硬件接口函數轉化為LCDConf.h中定義的LCD讀寫函數。
2.3 移植過程
2.3.1修改LCDConf.h
??? LCDConf.h定義了LCD的大小、顏色，對應的LCD控制器以及與硬件連接有關的LCD讀寫函數。按照μC/GUI的規定，底層的讀寫LCD函數包括LCD_WRITE_A1()（即寫LCD命令）、LCD_WRITE_A0()（寫LCD數據）、LCD_READ_A0()（讀LCD狀態）、LCD_READ_A1()（讀LCD數據）。這些函數的實現與底層硬件有關，必須根據硬件連接的具體情況編寫這些函數。
??? MSP430F149是一款低功耗單片機，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動芯片。MSP430F149與LCD的接口電路如圖4所示。
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??? LCD_WRITE_A1()函數的具體實現如下：
??? #define?? LCD_WRITE_A1(Byte)?? //定義寫LCD控制命令函數
??? {?????????????????????????????????????? ? //參數Byte為要寫入液晶的數據。
??? ? ?P4OUT=Byte;??????????????? ? //把數據放到LCD的數據線上
??? ?? _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，把數據寫入LCD顯示RAM
??? ?? _NOP();
??? }
2.3.2 編寫LCD驅動文件
??? 圖3中的?滋C/GUI硬件接口函數主要由表2所示函數構成。
??? μC/GUI提供的函數庫和各種顯示效果都是通過表2所示接口函數在LCD上實現，所以LCD驅動文件的實現也就是把這些硬件接口函數的實現。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，編寫針對MSG19264液晶的驅動程序。
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??? 通過分析LCDSLin文件可以發現，液晶驅動程序的核心是畫點函數，大部分硬件接口函數都可由畫點函數實現。因此，改造畫點函數及其調用函數成為移植的重點問題。
??? 畫點函數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。考慮到單片機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部顯示RAM的方法，而是在MSP430F149的RAM中定義一個數組存儲LCD顯示的數據。此數組可定義為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，可定義數組大小為(LCD_YSIZE +7)>>3)×LCD_XSIZE。
??? 在定義了Cache的基礎上，畫點函數可如下實現：
??? static void _SetPixel(int x, int y, LCD_PIXELINDEX c) {? ???????//畫點函數
??? ?U8? Mask=1<<(y&7);????? ?//屏蔽字
?? ? int? Adr=XY2OFF(x,y);????? //由x,y的絕對位置得到Cache中的相對位置
??? //XY2OFF(x,y)可被定義為((y>>3)+x×((64+7)>>3))
???? U8? CacheByte=Cache[Adr];? //獲得顯示RAM的數值
?? ? if (c)?????????????????????? //根據顏色修改顯示RAM的值
????????? CacheByte|= Mask;? ?//對應位“置1”
?? ? else
??? ????? CacheByte&=~Mask;??? ?//對應位清零
???? LCD_WRITE(Adr,CacheByte);? //把CacheByte寫入液晶顯存并更改
????????? Cache[Adr]的值為CacheByte
??? }
??? 函數的參數x，y代表要畫點的位置（x為橫坐標，y為縱坐標），參數c代表要畫點的顏色。在函數內部，U8為μC/GUI提供的數據格式（相當于unsigned char），Mask為屏蔽字，Adr為x，y對應顯示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，所以應把Cache[40]中對應位“置1”，這是通過CacheByte的值“或”上Mask的值00100000實現的。最后通過調用LCD_WRITE函數把得到的新CacheByte值寫入液晶對應的地址即可點亮該點。類似地 ，若要使某點不亮（c＝0），則應該把對應位“清零”，這可以通過CacheByte&=~Mask這條命令實現。
??? 畫點函數中調用的LCD_Write函數可如下實現：
??? 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函數除了設置液晶的起始行、起始列外還應根據Adr的值設置CSA和CSB的值，才能寫到對應的液晶屏上。此外，在LCD_WRITE1()函數中通過調用LCDConf.h文件中的LCD_WRITE_A1()和LCD_WRITE_A0()實現液晶顯示。
??? 除了_SetPixel()函數，基本函數還包括_GetPixel()函數和XorPixel()函數。_GetPixel()函數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“反白”的效果。由于這兩個函數較簡單，這里不再給出具體代碼。
??? 以函數_SetPixel()、_GetPixel()和XorPixel()為基礎，結合MSG19264液晶的7種指令就可以實現表1所給的硬件接口函數，以此構成了LCD驅動文件。
3 討論
??? 為了能使用μC/GUI，必須調用GUI_Init()初始化。與硬件有關的初始化如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初始化。
??? 調試時應從基本的顯示字符串開始，逐漸增加顯示的功能和復雜度。
??? 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，應根據液晶支持的顏色設置LCD_FIXEDPALETTE，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為動態內存的大小，應根據需要合理選擇。窗口對象（如按鈕）的創建需要申請內存，若申請不到內存則無法創建，相應地創建函數值為0。可由此判斷GUI_ALLOC_SIZE已經不能滿足需要，一方面可以考慮增加GUI_ALLOC_SIZE（受制于芯片內存的大小）；另一方面也可以刪除不用的窗口對象，釋放內存，再創建新的窗口對象。
?? ?采用內存設備能有效克服閃爍現象，獲得更快的顯示速度，但它需要額外的內存。由于MSP430F149內存較小，筆者沒有采用內存設備。
??? 可以設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（位圖轉換器和字體轉換器）轉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運行的速度。
??? 在LCDConf.h文件中定義了與硬件連接有關的LCD讀寫函數，在液晶驅動文件中調用這些LCD讀寫函數。這樣做的好處是使驅動文件與硬件無關，一旦一種液晶的驅動編寫完畢可以很方便地移植到各種系統中而只需更改LCDConf.h即可。
參考文獻
1 User's & reference manual for μC/GUI．Micrium Technologies Corporation
2 魏小龍．MSP430系列單片機接口技術及系統設計實例．北京：北京航空航天大學出版社，2002
3 MSG19264 reference manual．TRULY SEMICONDUCTORS?LTD.