ART Pi Smart 基于RT-Thread Smart系统的LVGL移植

鸣涧

ART Pi Smart 基于RT-Thread Smart系统的LVGL移植

感谢RT-Thread社区发起了ART-Pi Smart 开发板评测活动，我有幸成为其中一员。
ART-Pi Smart开发板为RT-Thread联合百问科技出品，使用的是 NXP 公司的 i.MX6ULL 处理器，具备单核 ARM Cortex-A7，最高运行频率可以达到 800MHz。拥有 1 路 LCD 显示、1 路数字摄像头、8 路 UART、2 路 USB OTG、2 路 CAN、2 路以太网等资源，便于客户灵活定制。

概述

我申请测试是想实现3D打印机的高级功能的，由于测试时间有限（本来规定测试时间为一个月，但是板子到手只有不到半个月）。要在这么短的时间内移植全部程序是远远不够的，特别是RT-Thread Smart系统还需要时间学习，所以决定移植基于LVGL的图形UI。查看了RT-Thread官方网站，还没有基于LVGL的移植报告，这样就更有意义。

RT-Thread Smart简介

RT-Thread Smart（简称 rt-smart）是基于 RT-Thread 操作系统衍生的新分支，面向带 MMU，中高端应用的芯片，例如 ARM Cortex-A 系列芯片，MIPS 芯片，带 MMU 的 RISC-V 芯片等。rt-smart 在 RT-Thread 操作系统的基础上启用独立、完整的进程方式，同时以混合微内核模式执行。rt-smart 是一款高性能混合微内核操作系统，主要包含内核模块和用户态运行时环境。内核模块包括虚拟地址空间管理、进程管理、线程管理、进程间通信、虚拟文件系统框架、网络接口层框架、设备驱动框架、msh 控制台、日志系统、异常中断管理和系统调用接口，设备驱动框架包含串口驱动框架和看门狗驱动框架。用户态运行时环境包括用户态 C 库。

LVGL简介

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。LVGL的项目作者是来自匈牙利首都布达佩斯的 Gábor Kiss-Vámosi 。Kiss 在2016年将其并发布在 GitHub 上。当时叫 LittlevGL而不是LVGL，后来作者统一修改为 LVGL。 像一般的开源项目的那样，它是作为一个人的项目开始的。 从那时起，陆续有近 100 名贡献者参与了项目开发，使得 LVGL 逐渐成为最受欢迎的嵌入式图形库之一。

开发环境硬件硬件环境搭建

• 电源输入：5V，500 mA，通过开发板 USB-TypeC（下面）供电。如下图所示，通过测试电脑的 USB 直接对开发板供电
• 串口连接：下方的 USB-TypeC 接口，既是用作电源供电，同时也是 USB 转 UART 接口，主要用于打印系统的控制台输入和输出
  | 波特率 |数据位|停止位|校验位|流控|
  |—————-|———|———|———|——|
  |115200 | 8 |1 |无 |无|
• 网络接口：通过路由器和网线，将开发板和测试电脑连接在同一个局域网内
• Micro SD卡：32GB 或 32GB 以下。可使用读卡器将编译生成的用户 APP 固件文件（.elf）复制到 SD 卡
• 显示接口：开发板未上电之前，先将 4.3 寸 LCD 显示器的 40 Pin FPC 排线连接到 ART-Pi Smart 开发板背面的 LCD 硬件插槽
  

ART-Pi Smart 硬件连接图

软件SDK下载

• ART-Pi Smart SDK 软件包
  ART-Pi-Smart SDK 仓库是 RT-Thread 团队对 ART-Pi Smart 开发板所作的支持包，用于学习和评估 RT-Thread Smart 微内核操作系统，让用户可以更简单方便地开发自己的应用程序。
  ART-Pi smart 开发板的 SDK 仓库，主要包括 RT-Thread Smart 的源码，BSP 驱动，应用程序 demo 等。
  SDK 下载方法：通过 Git 下载 ART-Pi Smart SDK 包：
  • git clone https://gitee.com/rtthread/ART-Pi-smart.git
    
  
  
  
• 下载工具链
  rt-smart 采用的工具链为：arm-linux-musleabi 工具链，ART-Pi smart sdk本身并不携带工具链，所以在下载了sdk后需要自行安装工具链，不过安装工具链非常简单，只需要在sdk的tools目录下执行下python脚本即可：
  •   python get_toolchain.py
    
  
  
  
  将下载下来的工具链，解压到指定的路径 /rt-smart/tools/gnu_gcc/ 下面
  软件环境
• 安装Visual Studio Code并安装插件
  安装Visual Studio Code后要安装RT-Thread Smart插件，目前VS Code RT-Thread Smart插件已经上传到VS Code市场，所以安装非常方便，可以直接在VS Code 的扩展市场中搜索 RT-Thread Smart，点击安装即可：（推荐安装Path interestise）
  

• 可选安装Visual Studio
  根据LVGL for VS项目，设计LVGL的界面，并编译成基于Windows平台的仿真软件，确保UI部分没有bug。
  

效果

创建 LVGL Demo

设置SDK工具链路径

编译文件路径

编译

下载

关键代码

用户态应用是一份 elf（Executable Linkable Format）文件，由 GNU GCC 编译链接而产生。在 RT-Thread Smart 中，它被固定加载到虚拟地址 0x100000 处执行。当需要系统服务时通过系统调用的方式通过 MMU陷入到内核中。用户态应用环境中，外设的使用需要先调用rt_device_find（）函数查找设备，然后通过rt_device_open（）打开，使用rt_device_control（）函数通过命令字实现相应的功能。至于设备的初始化和功能的实现交到内核完成，这样就极大的降低用户态应用开发难度，这种思想应该大赞一个。
LVGL初始化

• #if LV_USE_LOG
• static void lv_rt_log(const char *buf)
• {
•     LOG_I(buf);
• }
• #endif /* LV_USE_LOG */
• static void lvgl_thread_entry(void *parameter)
• {
•     rt_kprintf("Startup lvgl thread.\n");
• #if LV_USE_LOG
•     lv_log_register_print_cb(lv_rt_log);
• #endif /* LV_USE_LOG */
•     lv_init();
•     lv_port_disp_init();
•     lv_port_indev_init();
•     lv_user_gui_init();
•     /* handle the tasks of LVGL */
•     while(1)
•     {
•         lv_task_handler();
•         rt_thread_mdelay(10);
•     }
• }
• int lvgl_thread_init(void)
• {
•     rt_thread_t rtt;
•     rtt = rt_thread_create("lvgl", lvgl_thread_entry, NULL, 4096, PKG_LVGL_THREAD_PRIO, 100);  
•     if(rtt == RT_NULL)
•     {
•         LOG_D("Failed to create LVGL thread");
•         return -1;
•     }
•     rt_thread_startup(rtt);
•     return 0;
• }
  

LCD设备接口与lvgl对接

• void lv_port_disp_init(void)
• {
•     rt_err_t result;
•     lcd_device = rt_device_find("lcd");
•     if (lcd_device == 0)
•     {
•         LOG_D("lcd_device error!");
•         return;
•     }
•     result = rt_device_open(lcd_device, 0);
•     if (result != RT_EOK)
•     {
•         LOG_D("device_open error!");
•         return;
•     }
•     result = rt_device_control(lcd_device, FBIOGET_FSCREENINFO, &f_info);
•     if (result != RT_EOK)
•     {
•         LOG_D("device_control error!");
•         /* get device information failed */
•         return;
•     }
•     rt_kprintf("Display Device: %s - 0x%08x, size %d\n", f_info.id, (unsigned int)f_info.smem_start, f_info.smem_len);
•     rt_device_control(lcd_device, FBIOGET_VSCREENINFO, &v_info);
•     rt_kprintf("\tScreen: %dx%d, %dbpp\n", v_info.xres, v_info.yres, v_info.bits_per_pixel);
•     /*Initialize `disp_buf` with the buffer(s).*/
•     lv_disp_draw_buf_init(&disp_buf, lv_disp_buf1, RT_NULL, DISP_BUF_SIZE);
•     lv_disp_drv_init(&disp_drv); /*Basic initialization*/
•     /*Set the resolution of the display*/
•     disp_drv.hor_res = v_info.xres;
•     disp_drv.ver_res = v_info.yres;
•     /*Set a display buffer*/
•     disp_drv.draw_buf = &disp_buf;
•     /*Used to copy the buffer's content to the display*/
•     disp_drv.flush_cb = lcd_fb_flush;
•     /*Finally register the driver*/
•     lv_disp_t * disp = lv_disp_drv_register(&disp_drv);
•     g_disp_drv = disp_drv;
•     lv_disp_set_default(disp);
•     lv_theme_t * th = lv_theme_default_init(disp, lv_palette_main(LV_PALETTE_BLUE), lv_palette_main(LV_PALETTE_RED), LV_THEME_DEFAULT_DARK, LV_FONT_DEFAULT);
•     lv_disp_set_theme(disp, th);
•     lv_group_t * gr = lv_group_create();
•     lv_group_set_default(gr);
• }
  

触摸采用的芯片是GT911，通过I2C接口获得

• void lv_port_indev_init(void)
• {
•     touch_dev = rt_device_find(TOUCH_DEV_NAME);
•     if (touch_dev == RT_NULL)
•     {
•         rt_kprintf("Can't find device:%s\n", TOUCH_DEV_NAME);
•         return;
•     }
•     if (rt_device_open(touch_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_RX) != RT_EOK)
•     {
•         rt_kprintf("open device failed!\n");
•         return;
•     }
•     void *id;
•     rt_uint16_t x = g_disp_drv.hor_res;
•     rt_uint16_t y = g_disp_drv.ver_res;
•     id = rt_malloc(sizeof(rt_uint8_t) * 8);
•     rt_device_control(touch_dev, RT_TOUCH_CTRL_GET_ID, id);
•     rt_uint8_t * read_id = (rt_uint8_t *)id;
•     rt_kprintf("Touch device: id = GT%d%d%d \n", read_id[0] - '0', read_id[1] - '0', read_id[2] - '0');
•     rt_device_control(touch_dev, RT_TOUCH_CTRL_SET_X_RANGE, &x);  /* if possible you can set your x y coordinate*/
•     rt_device_control(touch_dev, RT_TOUCH_CTRL_SET_Y_RANGE, &y);
•     rt_device_control(touch_dev, RT_TOUCH_CTRL_GET_INFO, id);
•     rt_kprintf("\trange_x = %4d, range_y = %4d, point_num = %4d\n",
•             (*(struct rt_touch_info*)id).range_x, (*(struct rt_touch_info*)id).range_y, (*(struct rt_touch_info*)id).point_num);
•     signal(SIGINT, Stop);
•     static lv_indev_drv_t indev_drv;
•     lv_indev_drv_init(&indev_drv); /*Basic initialization*/
•     indev_drv.type = LV_INDEV_TYPE_POINTER;
•     indev_drv.read_cb = input_read;
•     /*Register the driver in LVGL and save the created input device object*/
•     g_touch_dev = lv_indev_drv_register(&indev_drv);   
• }
  

运行

按复位键启动到msh环境

运行测试程序

视频
https://www.bilibili.com/video/BV1ha411T7fi?vd_source=ef9faff871d8ab428ddff65f03ada790

软件

test1.zip

总结

通过测试，我对RT-Thread smart的印象深刻。以前也开发过RT-Thread的项目，但对rt-smart这种将内核与用户态分隔开，以前只在大型桌面操作系统里见到的特征，能在嵌入式系统里运用感到震撼。这样使开发板的设计只需要提供内核和驱动代码，应用开发只需要挂载使用，极大地降低应用开发难度，提高代码重用度。而且提高应用代码隔离时系统更加健壮。
在测试过程中，遇到了问题，RT-Thread掌门人——熊谱翔先生很快亲自回答。在这里表示感谢。
由于时间太短，其它外设还没有来得及测试，颇为遗憾。
同时，希望RT-Thread能够提供统一的开发环境，特别是基于Windows平台，毕竟用户多一些。能否像LVGL提供一个模拟器（基于Visual Studio），毕竟Visual Studio调试功能很强，且有VisualGDB加持。这样就可在模拟器上消灭与平台无关的bug，减少仿真调试，下载时间。
最后，祝愿RT-Thread发展越来越好！