丨budboool · 2023年12月07日 · 广东

详解全志R128GUI图形系统——LVGL篇

针对 R128 平台,提供了LVGL作为图形系统。

LVGL 说明

LVGL 是一个免费的开源图形库,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,美观的视觉效果和低内存占用,采用MIT 许可协议,可以访问LittlevGL官网获取更多资料。

  • 强大的构建块:按钮、图表、列表、滑块、图像等。
  • 高级图形引擎:动画、抗锯齿、不透明度、平滑滚动、混合模式等。
  • 支持各种输入设备:触摸屏、鼠标、键盘、编码器、按钮等。
  • 支持多显示器。
  • 独立于硬件,可与任何微控制器和显示器一起使用。
  • 可扩展以使用少量内存(64 kB 闪存、16 kB RAM)运行。
  • 多语言支持,支持UTF-8 处理、CJK、双向和阿拉伯语。
  • 通过类CSS 样式完全可定制的图形元素。
  • 受CSS 启发的强大布局:Flexbox 和Grid。
  • 支持操作系统、外部内存和GPU,但不是必需的。
  • 使用单个帧缓冲区也能平滑渲染。
  • 用C 编写并与C++ 兼容。
  • Micropython Binding 在Micropython 中公开LVGL API。
  • 可以在PC 上使用模拟器开发。
  • 100 多个简单的例子。
  • 在线和PDF 格式的文档和API 参考。

目前RTOS 中移植了LVGL 8.1.0 核心组件与Demo,下表列出LVGL 相关库说明:

包名

说明

lv\_demos

lvgl的官方demo

lv\_drivers

lvgl的官方设备驱动程序,集成了sunxifb、sunxig2d和sunximem

lv\_examples

lvgl测试用例,最终调用的是lv\_demos中的函数

lvgl

lvgl核心库

lv\_g2d\_test

g2d测试用例,专门测试已经对接好的g2d接口

lv\_monitor

压力测试与状态监测软件

sunxifb.mk

公共配置文件,写应用Makefile时需要包含进去

LVGL 配置

mrtos_menuconfig 配置如下

System components --->
    thirdparty components --->
        [*] Littlevgl-8 --->
        [*] lvgl examples (lvgl官方demo)
        [ ] lvgl g2d test (g2d 接口测试用例)
        [*] lvgl-8.1.0 use sunxifb double buffer (使能双缓冲,解决撕裂问题)
        [*] lvgl-8.1.0 use sunxifb cache (使能fb cache)
        [ ] lvgl-8.1.0 use sunxifb g2d (使能G2D硬件加速)
        [ ] lvgl-8.1.0 use sunxifb g2d rotate (使能G2D硬件旋转)
        [ ] lvgl-8.1.0 use freetype (使能freetype)

LVGL 框架

LVGL 源码位于 lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8, 其框架如图:

image-20220704155816774

SunxiFB

sunxifb 中,我们提供了一组显示接口,如下:

接口

说明

sunxifb_init

该函数主要功能是初始化显示引擎。带一个旋转参数,使能g2d旋转的话,就用这个参数指定旋转方向

sunxifb_exit

该函数比较简单,实现关闭cache,关闭g2d,释放旋转buffer,关闭fb0

sunxifb_flush

该函数比较重要,负责把draw buffer拷贝到back buffer中,并且绘制最后一帧后,交换frontback buffer。应用不要调用该函数

sunxifb_get_sizes

该函数获取屏幕分辨率,这样应用程序就可以不用写死初始化时的分辨率了

sunxifb_alloc

该函数主要用来申请系统绘图内存,使能部分g2d功能后,会申请连续物理内存

sunxifb_free

该函数用来释放sunxifb_alloc申请的内存

代码位置如下:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_drivers/display/sunxifb.c

sunxifb_init(rotated),中rotated的旋转值可以为:

LV_DISP_ROT_NONELV_DISP_ROT_90LV_DISP_ROT_180LV_DISP_ROT_270

最后还有赋值 disp_drv.rotated = rotated 。如果没有g2d旋转,也可以指定disp_drv.sw_rotate = 1 使用软件旋转。

sunxig2d

sunxig2d 中,实现了对g2d ioctl的封装,这些函数都不需要应用调用,但能加深对整个框架的理解,相关的接口如下:

接口

说明

sunxifb_g2d_init

g2d 模块初始化函数,打开 /dev/g2d 节点,设置 g_format。初始化时,根据使能的宏,打印相应的 log

sunxifb_g2d_deinit

该函数关闭 g2d 设备

sunxifb_g2d_get_limit

该函数获取 g2d 使用阈值

sunxifb_g2d_blit_to_fb

该函数用来拷贝 fb0frontback buffer 这两块 buffer,也可以把 rotate buffer 旋转到 back buffer

sunxifb_g2d_fill

该函数使用g2d填充一个颜色矩形,颜色可以带透明度

sunxifb_g2d_blit

该函数用来拷贝图像,不能 blend 图像

sunxifb_g2d_blend

该函数可以进行图像 blend

sunxifb_g2d_scale

该函数用来缩放图像

代码位置如下:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_drivers/display/sunxig2d.c

以上 g2d 函数,都已经对接 lvgl 绘图框架,使用 lvgllv_draw_maplv_img_set_zoomlv_canvas_draw_img 函数就可以使用起来。

lv_g2d_test 应用中有完整的使用示例。

sunximem

sunximem中,实现了管理物理内存的封装,这些函数都不需要应用调用,但能加深对整个框架的理解,如下:

接口

说明

sunxifb_mem_init

该函数会在sunxifb_init中调用,初始化物理内存申请接口,使用的是 libuapi 中间件

sunxifb_mem_deinit

该函数通过调用 SunxiMemClose,释放申请的接口资源

sunxifb_mem_alloc

该函数比较重要,许多地方都会用到,需要传入申请的字节数和使用说明

sunxifb_mem_free

该函数用来释放调用 sunxifb_mem_alloc 申请的内存

sunxifb_mem_get_phyaddr

该函数把 sunxifb_mem_alloc 申请内存的虚拟地址转换为物理地址,g2d 驱动只接受 buffer 的物理地址或者fd

sunxifb_mem_flush_cache

该函数用来刷 sunxifb_mem_alloc 申请buffercache

代码位置如下:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_drivers/display/sunxigmem.c

因为g2d驱动只能使用物理连续内存,因此解码图片时,必须要通过 sunxifb_mem_alloc 来申请内存。

当前只实现了bmp、png和gif图片的内存申请,jpeg图片暂未实现

当使用 lv_canvas_set_buffer 时,传入的 buffer 需要是 sunxifb_alloc 申请的 buffersunxifb_alloc 中会判断是否需要申请物理连续内存。

自定义画布lv\_canvas暂未对接g2d缩放功能

evdev

触摸我们用的是lvgl官方的evdev

代码位置如下:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_drivers/indev/evdev.c

lvgl 使用触控功能,需在应用lv\_drv\_conf.h 文件中配置:

# define USE_EVDEV 1

应用lv_drv_conf.h 中的EVDEV_NAME 要与所使用的触摸屏驱动对应,例如 lv_examples 的配置文件:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_examples/src/lv_drv_conf.h

如果disp\_drv.rotated 指定了旋转90 或者180 度,lvgl 内部会自行旋转触摸坐标,不用触摸驱动内部去旋转触摸坐标。

color depth

在应用 lv_conf.h 文件中有关于色彩深度 LV_COLOR_DEPTH 的配置,例如 lv_examples 的配置文件:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_examples/src/lv_conf.h


/*Color depth: 1 (1 byte per pixel), 8 (RGB332), 16 (RGB565), 32 (ARGB8888)*/
#define LV_COLOR_DEPTH 32

使用SPI 屏显示,应用 LV_COLOR_DEPTH 必须和屏幕所支持的像素格式匹配;而其他类型的屏,应用LV_COLOR_DEPTH 选择 16 或32 都可正常显示。

LV_COLOR_DEPTH 选择16 位相较于32 位,内存占用更小,帧率更快,但是色彩总数较少,显示渐变颜色可能会过渡不平滑。

LVGL 新建应用

推荐以 lv_g2d_test 为模板,复制一个新项目:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_g2d_test

Makefile 中,需要包含 sunxifb.mk公共配置,在编译应用时会把宏传递下去。方式如下:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_g2d_test/Makefile


include components/common/thirdparty/littlevgl-8/sunxifb.mk

另外可以注意到有以下配置,这些配置需要按需开启,在部分芯片上是不支持 G2D_BLEND 等操作的,只支持简单的旋转功能:

ifeq ($(CONFIG_LVGL8_USE_SUNXIFB_G2D),y)
CFLAGS+=-DLV_USE_SUNXIFB_G2D_FILL \
        -DLV_USE_SUNXIFB_G2D_BLEND \
        -DLV_USE_SUNXIFB_G2D_BLIT \
        -DLV_USE_SUNXIFB_G2D_SCALE
endif

在应用编译的实际 Makefile 中,可以只编译需要的文件,缩减可执行文件的大小。

关于lvgl 的配置文件,也是建议用 lv_g2d_test 中的,可以对比原始未修改过的配置,然后再根据实际场景开关相应配置。配置文件如下:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_g2d_test/src/lv_conf.h
lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_g2d_test/src/lv_drv_conf.h

原文件:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lvgl/lv_conf_template.h
lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_drivers/lv_drv_conf_template.h.h

最后就是应用的初始化了,在 lv_g2d_test 中,有比较清晰的调用流程了,需要注意的是 sunxifb_init 需要传入旋转参数和 sunxifb_alloc 申请内存即可。

LVGL 运行

我们提供了几个测试用例,执行命令如下:

lv_examples 0, is lv_demo_widgets
lv_examples 1, is lv_demo_music
lv_examples 2, is lv_demo_benchmark
lv_examples 3, is lv_demo_keypad_encoder
lv_examples 4, is lv_demo_stress

在初始化时,会有如下打印,根据配置的不同会有差异,表示打开了某项配置:

wh=800x480, vwh=800x960, bpp=32, rotated=0
Turn on double buffering.
Turn on 2d hardware acceleration.
Turn on 2d hardware acceleration fill.
Turn on 2d hardware acceleration blit.
Turn on 2d hardware acceleration blend.
Turn on 2d hardware acceleration scale.
Turn on 2d hardware acceleration rotate.

LVGL 开启触控功能

lvgl 使用触控功能,需在应用 lv_drv_conf.h 文件中使能宏 USE_EVDEV。前提要确认好触摸屏驱动模块能够正常加载使用,并且使 lv_drv_conf.h 中的 EVDEV_NAME 与所使用的触摸屏驱动对应:

# define USE_EVDEV 1
# define EVDEV_NAME "touchscreen"

lvgl 对接触摸屏驱动的代码位置如下:

lichee/rtos-components/thirdparty/littlevgl-8/lv_drivers/indev/evdev.c

LVGL 开启 LOG 日志调试

lvgl 自带的Log 日志调试功能,在应用 lv_conf.h 文件使能宏 LV_USE_LOG 及相关配置:

#define LV_USE_LOG 1
#define LV_LOG_LEVEL LV_LOG_LEVEL_INFO
#define LV_LOG_PRINTF 1

另外在 sunxifb.c 文件或 Makefile 中定义宏 LV_USE_SUNXIFB_DEBUG,可以 Log 打印出LVGL 实际刷图显示的帧率。

SPI 屏显示 LVGL 画面异常

应用 lv_conf.h 文件中的LV_COLOR_DEPTH 要和SPI 屏所支持的像素格式匹配:

/*Color depth: 1 (1 byte per pixel), 8 (RGB332), 16 (RGB565), 32 (ARGB8888)*/
#define LV_COLOR_DEPTH 32
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