代码收藏家技术教程 2023-04-14

Keil中移植LVGL的嵌入式系统学习笔记

一 LVGL简介

最近emwin用的比较烦躁，同时被LVGL酷炫的界面吸引到了，所以准备换用LVGL试试水。

LVGL(轻量级和通用图形库)是一个免费和开源的图形库，它提供了创建嵌入式GUI所需的一切，具有易于使用的图形元素，美丽的视觉效果和低内存占用。

【1】主要特性

丰富且强大的模块化图形组件：按钮 (buttons)、图表 (charts)、列表 (lists)、滑动条 (sliders)、图片 (images) 等

高级的图形引擎：动画、抗锯齿、透明度、平滑滚动、图层混合等效果

支持多种输入设备：触摸屏、键盘、编码器、按键等

支持多显示设备

不依赖特定的硬件平台，可以在任何显示屏上运行

配置可裁剪（最低资源占用：64 kB Flash，16 kB RAM）

基于UTF-8的多语种支持，例如中文、日文、韩文、阿拉伯文等

可以通过类CSS的方式来设计、布局图形界面（例如：Flexbox、Grid）

支持操作系统、外置内存、以及硬件加速（LVGL已内建支持STM32 DMA2D、NXP PXP和VGLite）

即便仅有单缓冲区(frame buffer)的情况下，也可保证渲染如丝般顺滑

全部由C编写完成，并支持C++调用

支持Micropython编程，参见：LVGL API in Micropython

支持模拟器仿真，可以无硬件依托进行开发

丰富详实的例程

详尽的文档以及API参考手册，可线上查阅或可下载为PDF格式

在 MIT 许可下免费和开源

【2】配置要求

【3】与其他显示工具的对比

二 LVGL移植前准备

【1】参考资料

LVGL官网：https://lvgl.io/

LVGL源码：https://gitee.com/my_lvgl/lvgl

百问网LVGL中文开发手册：http://lvgl.100ask.net/8.2/index.html

一些关于移植的经验资料：

LITTLEVGL (LVGL)入门之移植到STM32芯片

LVGL学习笔记 | 02 – 移植LVGL 8.2到STM32F407开发板（MCU屏）

STM32移植LVGL(LittleVGL)

在STM32F4上移植LVGL8.2

【2】硬件资源

硬件资源包括：

嵌入式平台(我用的MCU是华大的HC32F460芯片)

实现了屏幕驱动的液晶屏(我用的是3.2寸320*240的8080并口屏，屏幕驱动可以移步【嵌入式】MCU(HC32F460)+并口LCD液晶屏ILI9341 移植emWin记录)

输入设备(非必要，包括触摸屏、鼠标、键盘、编码器、按键，我自己使用的是磁控旋钮编码器)

【3】其他（GUI Guider）

推荐一款不错的LVGL设计工具GUI Guider，是由恩智浦开发的，通过NXP官网（https://www.nxp.com.cn/design/software/development-software/gui-guider:GUI-GUIDER）即可下载。

具体用法参考我的另一篇文章《【LVGL】学习笔记–(2)GUI Guider的使用》。

准备好了以上的内容，接下来就可以进行移植了。

三 LVGL移植

【1】源码下载

首先下载LVGL源码，链接见上一章的参考资料。有很多版本，我这边没有选择最新的版本，而是用了V1.5.0-GA版本GUI Guider支持的V8.3.2版本：

下载完解压后是这样的：

【2】源码添加工程

将上面解压完成的lvgl-v8.3.2文件夹中的下列文件复制到自己keil工程自建文件夹GUI_LVGL中：

复制进来后，删除proting文件夹以及lv_conf_template文件中_template后缀：

其中：

GUI/LVGL用来存放src及其子目录中所有.c文件。这一步比较考验耐心和细致，每一个子目录下都有不少源文件。（要是不想自己keil工程中有许多看起来凌乱的源文件，可以参考STM32/keil把多个c文件编译为静态库lib中的方法，预先将这许许多多的.c文件编译为lib库，那么GUI/LVGL中放一个lib文件即可。但是这种方法要注意创建lib的工程和使用lib的工程芯片型号要一致才可以）。我是使用的lib库的形式。

GUI/LVGL/PORT用来存放porting下的三个源文件，分别是lv_port_disp.c（显示接口文件）、lv_port_indev（输入设备接口文件）、lv_port_fs（文件系统接口文件）。

GUI/LVGL用来存放GUI Guider生成的图形界面文件，这边暂时还没有用到，可以不用管。

包含头文件路径：

最后还有两个重要的小操作，一个是要选用C99 Mode:

另一个是加大栈空间，方法是打开.s启动文件，修改其中的Stack_Size值，我这边配置的是8KB（根据上面LVGL运行配置要求的推荐值确定）：

至此，可以编译一下，由于还没有使用显示接口等，所以这边应该是编译无误的。

【3】添加心跳接口

在timer.c中包含头文件"lvgl.h"，并在1ms定时器中调用lv_tick_inc(1)启用心跳：

/**************************************************************************
* 函数名称： TimeraUnit2_IrqCallback
* 功能描述： 定时器A 单元2初始化
* 输入参数： 
* 输出参数： 
* 返 回 值： 
* 其它说明： 1ms定时器中断
**************************************************************************/
static void TimeraUnit2_IrqCallback(void)
{
    lv_tick_inc(1);
    TIMERA_ClearFlag(TIMERA_UNIT2, TimeraFlagOverflow);
}

当然还有其他方式让LVGL开始心跳，这个可以自行选用，控制心跳周期为1ms即可。

【4】显示接口对接屏幕驱动

修改lv_conf.h头文件中的#if 0为#if 1，同时根据适配的显示设备设置颜色格式：

补充，如果想屏幕刷新快一点，可以将FPS做如下调整（30ms–>10ms，即FPS由30–>100）：

把lv_port_disp.c、lv_port_disp.h、lv_port_indev.c、lv_port_indev.h四个文件的#if 0 都改成#if 1 ，这四个文件包含的头文件名字还需根据编译报错信息修改。：

注意，若头文件#include "lvgl/lvgl.h"包含报错，可以添加宏定义LV_CONF_INCLUDE_SIMPLE。

修改lv_port_disp.c中适配底层屏幕驱动分辨率（我用的就是320*240）：

/*********************
 *      DEFINES
 *********************/
#ifndef MY_DISP_HOR_RES
    #warning Please define or replace the macro MY_DISP_HOR_RES with the actual screen width, default value 320 is used for now.
    #define MY_DISP_HOR_RES    320
#endif

#ifndef MY_DISP_VER_RES
    #warning Please define or replace the macro MY_DISP_HOR_RES with the actual screen height, default value 240 is used for now.
    #define MY_DISP_VER_RES    240
#endif

修改lv_port_disp.c中lv_port_disp_init函数，该函数包含两个部分，一个是初始化disp_init()，一个是绘制缓冲区。

其中初始化函数disp_init()中加入自己的屏幕初始化程序：

void LCD_AllInit(void)
{
    LCD_InitGPIO();  //初始化几个GPIO口，包括CS\RS\WR\RD\RES\DB0-15
    
    LCD_HardwareReset();  //LCD复位

    LCD_ConfigureREG();   //RGB配置初始化
    
    LCD_Clear(WHITE);  //清屏白色

    LCD_DisplayDir(data_inter.showDirect);  //默认为横屏
}

static void disp_init(void)
{
    /*You code here*/
    LCD_AllInit();
}

修改lv_port_disp.c中lv_port_disp_init函数绘制缓冲区的部分，删除不用的Example for 2/3，只留Example for 1即可：

void lv_port_disp_init(void)
{
    /*-------------------------
     * Initialize your display
     * -----------------------*/
    disp_init();

    /*-----------------------------
     * Create a buffer for drawing
     *----------------------------*/

    /**
     * LVGL requires a buffer where it internally draws the widgets.
     * Later this buffer will passed to your display driver's `flush_cb` to copy its content to your display.
     * The buffer has to be greater than 1 display row
     *
     * There are 3 buffering configurations:
     * 1. Create ONE buffer:
     *      LVGL will draw the display's content here and writes it to your display
     *
     * 2. Create TWO buffer:
     *      LVGL will draw the display's content to a buffer and writes it your display.
     *      You should use DMA to write the buffer's content to the display.
     *      It will enable LVGL to draw the next part of the screen to the other buffer while
     *      the data is being sent form the first buffer. It makes rendering and flushing parallel.
     *
     * 3. Double buffering
     *      Set 2 screens sized buffers and set disp_drv.full_refresh = 1.
     *      This way LVGL will always provide the whole rendered screen in `flush_cb`
     *      and you only need to change the frame buffer's address.
     */

    /* Example for 1) */
    static lv_disp_draw_buf_t draw_buf_dsc_1;
    static lv_color_t buf_1[MY_DISP_HOR_RES * 10];                          /*A buffer for 10 rows*/
    lv_disp_draw_buf_init(&draw_buf_dsc_1, buf_1, NULL, MY_DISP_HOR_RES * 10);   /*Initialize the display buffer*/

    /*-----------------------------------
     * Register the display in LVGL
     *----------------------------------*/

    static lv_disp_drv_t disp_drv;                         /*Descriptor of a display driver*/
    lv_disp_drv_init(&disp_drv);                    /*Basic initialization*/

    /*Set up the functions to access to your display*/

    /*Set the resolution of the display*/
    disp_drv.hor_res = MY_DISP_HOR_RES;
    disp_drv.ver_res = MY_DISP_VER_RES;

    /*Used to copy the buffer's content to the display*/
    disp_drv.flush_cb = disp_flush;

    /*Set a display buffer*/
    disp_drv.draw_buf = &draw_buf_dsc_1;

    /*Required for Example 3)*/
    //disp_drv.full_refresh = 1;

    /* Fill a memory array with a color if you have GPU.
     * Note that, in lv_conf.h you can enable GPUs that has built-in support in LVGL.
     * But if you have a different GPU you can use with this callback.*/
    //disp_drv.gpu_fill_cb = gpu_fill;

    /*Finally register the driver*/
    lv_disp_drv_register(&disp_drv);
}

补充，如果想屏幕刷新快一点，在SRAM足够的条件下，可以修改默认的buf_1[MY_DISP_HOR_RES * 10]为buf_1[MY_DISP_HOR_RES * MY_DISP_VER_RES / 4]：

static lv_disp_draw_buf_t draw_buf_dsc_1;
    static lv_color_t buf_1[MY_DISP_HOR_RES * MY_DISP_VER_RES / 4];                          /*A buffer for 10 rows*/
    lv_disp_draw_buf_init(&draw_buf_dsc_1, buf_1, NULL, MY_DISP_HOR_RES * MY_DISP_VER_RES / 4);   /*Initialize the display buffer*/

修改lv_port_disp.c中的刷屏函数disp_flush，默认的刷屏用打点的方式速度太慢，改用刷块的方式：

void LCD_Fill_LVGL(U16 sx,U16 sy,U16 ex,U16 ey,U16 *color)
{
    uint16_t height, width;
    uint16_t i, j;

    width = ex - sx + 1;            /* 得到填充的宽度 */
    height = ey - sy + 1;           /* 高度 */

    for (i = 0; i < height; i++)
    {
        LCD_SetCursor(sx, sy + i); /* 设置光标位置 */
        LCD_WriteRAM_Prepare();    /* 开始写入GRAM */

        for (j = 0; j < width; j++)
            LCD_WriteRAM(color[i * width + j]); /* 写入数据 */
    }
} 

/*Flush the content of the internal buffer the specific area on the display
 *You can use DMA or any hardware acceleration to do this operation in the background but
 *'lv_disp_flush_ready()' has to be called when finished.*/
static void disp_flush(lv_disp_drv_t * disp_drv, const lv_area_t * area, lv_color_t * color_p)
{
    LCD_Fill_LVGL(area->x1,area->y1,area->x2,area->y2,(U16 *)color_p);

    /*IMPORTANT!!!
     *Inform the graphics library that you are ready with the flushing*/
    lv_disp_flush_ready(disp_drv);
}

至此，显示接口对接屏幕驱动完成。

【5】输入设备接口对接编码器

如果没有使用到诸如触摸屏、鼠标、键盘、编码器、按键这几类的外部设备，只要显示界面不用操作的话，可以跳过这一节，直接到LVGL测试章节继续。

我这边用到的是磁控旋钮编码器外设。

修改lv_port_indev.c中lv_port_indev_init函数，包含两个部分，一个是初始化encoder_init()，一个是注册编码器外部设备。

其中初始化函数encoder_init()中加入自己的屏幕初始化程序：

/*Initialize your keypad*/
extern STRU_KNOB knob_old;
extern char knob_state_now;
static void encoder_init(void)
{
    /*Your code comes here*/
    MLX_InitGPIO();
    MLX_InitSPI();
    knob_old = knobPosInit();  //旋钮位置初始化
}

删除不用的外部设备，只留下编码器作为唯一外部输入：

void lv_port_indev_init(void)
{
    /**
     * Here you will find example implementation of input devices supported by LittelvGL:
     *  - Touchpad
     *  - Mouse (with cursor support)
     *  - Keypad (supports GUI usage only with key)
     *  - Encoder (supports GUI usage only with: left, right, push)
     *  - Button (external buttons to press points on the screen)
     *
     *  The `..._read()` function are only examples.
     *  You should shape them according to your hardware
     */

    static lv_indev_drv_t indev_drv;
    
    /*------------------
     * Encoder
     * -----------------*/

    /*Initialize your encoder if you have*/
    encoder_init();

    /*Register a encoder input device*/
    lv_indev_drv_init(&indev_drv);
    indev_drv.type = LV_INDEV_TYPE_ENCODER;
    indev_drv.read_cb = encoder_read;
    indev_encoder = lv_indev_drv_register(&indev_drv);

    /*Later you should create group(s) with `lv_group_t * group = lv_group_create()`,
     *add objects to the group with `lv_group_add_obj(group, obj)`
     *and assign this input device to group to navigate in it:
     *`lv_indev_set_group(indev_encoder, group);`*/
}

注册外部设备，修改encoder_read函数，encoder_handler可以不用管，encoder_diff的加减表示左旋和右旋，encoder_state赋值LV_INDEV_STATE_PR或者LV_INDEV_STATE_REL表示按下或松开：

/*Will be called by the library to read the encoder*/
static void encoder_read(lv_indev_drv_t * indev_drv, lv_indev_data_t * data)
{
    if(knob_state_now == 9 || knob_state_now == 15)  //按下动作和按下状态都算按下
        encoder_state = LV_INDEV_STATE_PR;   //按下
    else
        encoder_state = LV_INDEV_STATE_REL;  //松开
    
    if(knob_state_now == 19)
        encoder_diff ++;
    else if(knob_state_now == 17)
        encoder_diff --;

    data->enc_diff = encoder_diff;
    data->state = encoder_state;
    encoder_diff = 0;
}

knob_state_now表示当前旋钮的状态，其状态的获得在主循环中获取，将其映射到encoder_diff和encoder_state这两个变量：

#define KNOB_ESCAPE         8   //旋钮抬起状态，xy不变
#define KNOB_UP             17  //z不变，正向旋转
#define KNOB_DOWN           19  //z不变，反向旋转
#define KNOB_ENTER_BEF      15  //按下动作

创建、挂载Group

旋钮、键盘这种外部设备比较特殊，在初始化完成之后，如果想使用，必须先创建、挂载到Group才行，这一点，初始化函数 lv_port_indev_init 的注释中也明确地提到了：

/*Later you should create group(s) with `lv_group_t * group = lv_group_create()`,
     *add objects to the group with `lv_group_add_obj(group, obj)`
     *and assign this input device to group to navigate in it:
     *`lv_indev_set_group(indev_encoder, group);`*/

上面的意思就是说，使用编码器作为外部输入设备，需要使用“组”来配合，步骤如下：

首先使用lv_group_create来创建组；

其次将需要外部设备控制的控件，通过lv_group_add_obj挂载到组中；

最后使用lv_indev_set_group将该组与输入设备绑定；

使用例程如下：

lv_group_t *groupRect;  //定义组名
//1.创建组
groupRect = lv_group_create();
//2.挂载控件到组
lv_group_add_obj(groupRect,guider_ui.screen_plus);
lv_group_add_obj(groupRect,guider_ui.screen_minus);
lv_group_add_obj(groupRect,guider_ui.screen_next);
//3.将输入设备与该组绑定
lv_indev_set_group(indev_encoder,groupRect);

注1：上面有三个不同的控件加入到组中，加入"组"中的先后顺序，就对应着你使用编码器在各个对象之间进行切换的先后顺序。最先加入的会先被选择，后加入的就会排在后面，就是这样的选择顺序；

注2：并不是所有的控件都能绑定组，诸如Label就不行；

注3：一个输入设备最好只绑定一个组，否则可能会出问题。如果需要界面进行切换，并在每个界面操作不同的控件组，那么输入设备需要绑定的组也要随着界面的切换而重新绑定。

四 LVGL测试

至此便完成了LVGL的显示接口以及输入设备接口的移植。

在主任务中添加上面的初始化，这边简单做了一个小界面方便展示（这个展示不包含上面的输入设备操作，带输入设备的例程可以看后面一篇文章）：

#include "lvgl.h"
#include "lv_port_disp.h"
#include "lv_port_indev.h"
static void lv_ex_label_1(void)
{
    lv_obj_t * label2 = lv_label_create(lv_scr_act());
    lv_label_set_recolor(label2, true);
    lv_label_set_long_mode(label2, LV_LABEL_LONG_SCROLL_CIRCULAR); /*Circular scroll*/
    lv_obj_set_width(label2, 120);
    // Hello world ! Trisuborn.
    lv_label_set_text(label2, "#ff0000 Hello# #00ff00 world ! Trisuborn.#");
    lv_obj_align(label2, LV_ALIGN_CENTER, 0, 0);
}

void GUI_Task(void)
{
    //LVGL初始化
    lv_init();
    //显示器初始化
    lv_port_disp_init();
    //外部输入初始化
    lv_port_indev_init();
    //界面生成
    lv_ex_label_1();

    while(1)
    {
        knob_now = knobPosNow();  //确定旋钮当前位置
        knob_state_now = Knob_State_Entry(&knob_old, &knob_now, knob_state_old);  //确定旋钮当前状态
        if(KNOB_ESCAPE == knob_state_now)
        {
            knob_state_old = knob_state_now;
        }
        else
        {
            knob_old = knob_now;
            knob_state_old = knob_state_now;
        }
        lv_task_handler();
        os_dly_wait(5);
    }
}

效果如下：