【emWin实战教程V2.0】第3章 STemWin介绍

席萌0209

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第3章       STemWin介绍

    本章主要介绍STemWin的基础知识，其实确切的讲应该叫emWin基础知识，由于教程使用的开发板是ST的微控制器，所以就把名字统一命名成STemWin（为什么叫STemWin，在下面会有详细的讲解）。
    3.1 STemWin，emWin，μCGUI之间的关系
    3.2 SEGGER公司介绍
    3.3 STemWin介绍
    3.4 STM32F429跑STemWin性能测试
    3.5 STemWin论坛
    3.6         总结

席萌0209

3.1  STemWin，emWin，μCGUI之间的关系


    这个放在最开头进行说明，因为很多的初学者比较迷惑。
    对于一些刚学GUI的用户来说，知道μCGUI的比较多，而不知道所谓的emWin或者STemWin。这个并不奇怪，
这就类似于大部分人只知道SEGGER公司做的JLINK，而不知道他们还有RTOS和相关的中间件（中间件的意思就是
基于RTOS的文件系统，GUI，USB主机和设备协议栈等）。

3.1.1   μCGUI在国内比较火的原因


μCGUI前几年在国内比较火的原因主要有三点：
    1、一个是μCOS-II在国内的推广，自从Micrum公司出的那本《嵌入式实时操作系统μCOS-II》发布之后，国内关于
μCOS-II的资料就是铺天盖地，再加上各种培训机构和开发板的推广，μCOS-II就在国内火起来了。μCOS-II火的同时，
它配套的中间件，特别是μCGUI就跟着在国内火了起来。
    2、前几年国内有一个μCGUI的论坛，这个论坛在国内的μCGUI方面应该算是做得最好的，特别是那位站长在μCGUI
方面的研究，对于μCGUI在国内的发展功不可没。
    3、还有一个原因就是μCGUI是带有源码的，很多时候可以通过修改部分的源码实现一些特殊的功能。现在网上流传的
μCGUI的源码已经不知道经过多少人的手被修改过，最原始的代码在官网上已经找不到了。

3.1.2   emWin和μCGUI的关系


    首先要明白，emWin和μCGUI这两个GUI是同一个东西。最初这个GUI就是SEGGER公司的，然后以什么的方式授
权给μCGUI就不清楚了。现在SEGGER公司是这个GUI的主要推动者，已经将其授权给了多个芯片生产厂家。

3.1.3  STemWin和emWin的关系


    STemWin是SEGGER公司授权给ST（意法半导体）的。使用ST芯片的用户可以免费使用STemWin。其实不光授权
给了ST，还有NXP，Energy Micro等。凡是使用这些芯片厂商生产的处理器都可以免费的使用emWin。但是出于一
定的保护措施，使用STemWin的库是不能用在其它芯片厂商的处理器上面的。因为在工程初始化STemWin前要使能
CRC校验。如果没有使能，STemWin是启动不起来的。KEIL MDK的安装目录里面也带有emWin软件包，这个软件包
也不可以直接使用，用户需要给KEIL MDK注册RL-ARM才可以使用。
    这里STemWin还针对ST的微控制器做了专门的优化，比如在使用ST的F4XX微控制器带FPU的芯片时，STemWin在
需要浮点处理的地方专门做了优化。

3.1.4  emWin5.xx版本和以前版本的不同


    emWin发展到5.0版本以后进行了很大的更新，特别是底层驱动方面。emWin5.xx版本向下完全的兼容低版本，当然
也包括μCGUI5.xx以下的版本，也就是说如果用户有在emWin5.xx以下版本建立的应用，完全可以在高版本上面实现
（条件是没有修改过源码）。
     emWin5.xx以后的版本只有库，没有源码。想研究源码的，可以看早期的版本，了解一下消息机制。不过对于大多数
从应用角度出发的用户，完全没有必要学习源码，源码内容太多。一些早期版本无法实现的功能，在emWin5.xx上面得到
了很大的改善，支持的控件更多了。如果通过各种方法仍然无法实现，可以使用emWin支持的自定义控件，自定义回调函
数或者控件皮肤设置做一个符合要求的。

席萌0209

3.2  SEGGER公司介绍

SEGGER公司应该算是一家老牌的调试工具以及RTOS及其中间件的生产商。SEGGER公司成立于1997年，到2016年已经有差不多20年的历史了。这家公司主要有两个office，一个是在德国的Hilden，另一个在美国的 Massachusetts。官网还有一个工作环境的照片，环境很好，见下图3-1。

图3-1  SEGGER公司的工作场所

SEGGER公司的产品主要有三个方向，分别如下：
3.2.1  RTOS及其中间件
SEGGER公司的RTOS是embOS，在国内知道的人可能比较少。SEGGER做的embOS和中间件都是以库的形式供用户下载的，除非购买了使用权。产品主要如下：
（1） embOS (Real Time OperatingSystem)
（2） embOS/IP (TCP/IP Stack)
（3） emWin (Graphic Software &GUI)
（4） emFile (File System)
（5） emSecure (Digital SignatureSuite)
（6） emSSL (Transport LayerSecurity)
（7） emUSB-Device (USB DeviceStack)
（8） emUSB-Host (USB Host Stack)
（9） emCompress (CompressionSystem)
（10） emLib (Helper Libraries)
（11） emLoad (Bootloader)
（12） emModbus (Modbus Stack)


3.2.2  J-Link 调试工具

J-Link大家应该都不陌生，它是由SEGGER公司设计的。J-Link产品有好几款，具体如下：
（1） J-Link PRO
（2） J-Link ULTRA+
（3） J-Link PLUS
（4） J-Link BASE
（5） J-Trace PRO Cortex-M
（6） J-Trace Cortex-M
（7） J-Trace ARM


3.2.3  Production Programmers

这个工具在国内用的比较少，主要有如下几款产品：
（1） Flasher PRO
（2） Flasher ARM
（3） Flasher Portable
（4） Flasher RX
（5） Flasher STM8
（6） Flasher ST7
（7） Flasher 5
（8） Flasher 5 PRO
上面的三项算是SEGGER公司的主营产品，更详细的内容可以去官网www.segger.com进行了解。

席萌0209

3.3  STemWin介绍

emWin5.xx版本设计出来的界面还是非常漂亮的。为了使大家有一些感官的认识，先来欣赏几张相关的界面设计图片。


3.3.1  STemWin设计界面

下面是官方提供的应用界面设计效果：

图3-2  官方设计STemWin界面

整体来说，这些界面还是非常漂亮的，不过这些界面不是用专门的控件显示出来的，而是用2D绘图配合存储设备实现的。


下面是在STM32-V6开发板上实现的界面
更多界面效果看此地址：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=17330
主界面：

音乐播放器界面：

视频播放界面：

收音机界面：

3.3.2  STemWin目标系统硬件需求
实现STemWin的最基本硬件需求如下：
1、一个MCU或者MPU（8/16/32/64位）且RAM和Flash大小要满足emWin最小需求。
2、一个图形显示器（任何类型和任何分辨率）。
Flash和RAM的使用大小取决于用户所使用的STemWin的功能以及编译器的效率。因此不可能指定精确的值，但是以下值适用于典型的系统。
未使用窗口管理器时
RAM：100字节
堆栈：600字节
Flash：10-25 kb（取决于所使用的功能）
使用窗口管理器和控件时
RAM：2-6 kb（取决于所需的窗口数）
堆栈：1200-1800字节 （取决于所使用的功能）
Flash：30-60 kb（取决于所使用的功能）
请注意，如果应用程序使用了很多字体，则对ROM的要求会提高。上述所有值都是粗略估算值，不保证能正常使用。


3.3.3  STemWin特性

emWin提供了高效且独立于处理器和显示控制器的图形用户界面，可用于任何使用图形显示进行操作的应用。它与单任务和多任务环境、专用操作系统或任何商业RTOS均兼容，emWin的发布形式为C语言源代码。它可适用于任何尺寸的、具有任何显示控制器，不管是物理的还是虚拟的显示器。其特性包括：
【一般特性】
（1）支持使用任何控制器的任何（单色、灰度或彩色）显示器（如果有正确的驱动）。
（2）在较小的显示器上无显示控制器也可运行。
（3）使用配置宏可支持任何接口。
（4）显示尺寸可配置。
（5）可在显示器上的任何点（而不仅仅是在偶数位字节地址）上写入字符和位图。
（6） 已经针对尺寸和速度对程序进行了优化。
（7） 对于较慢的显示控制器，可在存储器中缓存显示，将存取操作减到最少，从而获得非常高的速度。
（8）结构清晰。
（9） 支持虚拟显示，虚拟显示可大于实际显示。
【图形库】
（1）支持不同颜色深度的位图。
（2）可使用位图转换器。
（3） 绝对无浮点使用。
（4） 快速线/点绘制 （不使用浮点）。
（5） 圆形/多边形绘制非常快速。
（6） 不同的绘图模式。
【字体】
（1）基本软件配备多种不同的字体：4*6、6*8、6*9、8*8、8*9、8*16、8*17、8*18、24*32以及像素高度为8、10、13、16的比例字体。
（2）可以定义新的字体。
（3） 只有应用程序使用的字体才链接到可执行程序里，从而使Flash使用最小。
（4）字体可在X和Y方向完全缩放。
（5）可使用字体转换器，主机系统（即Microsoft Windows）上有的任何字体都可以转换。
【字符串/值输出函数】
（1） 函数可以十进制、二进制、十六进制、任何字体形式显示值。
（2）函数可以十进制、二进制、十六进制、任何字体形式编辑值。
【窗口管理器(WM)】
（1） 完整的窗口管理操作，包括裁剪。窗口的客户区以外的区域不可能被覆盖。
（2） 窗口可以移动和调整大小。
（3） 支持回调函数（可选择是否使用）。
（4） 窗口管理器使用最小的RAM（每个窗口大约50字节）。
【PC界面外观的可选控件】
（1） 提供各种控件，它们通常自动操作并且简单易用。
【支持触摸屏和鼠标】
（1） 对于控件，emWin提供触摸屏和鼠标支持。
【PC工具】
（1）模拟查看器。
（2）位图转换器。
（3）字体转换器。


3.3.4  RTOS对STemWin多任务的支持

基本常见的RTOS都支持STemWin的多任务，移植起来也比较简单，下面这些是官方提供好的移植，如图3-3所示。

图3-3  STemWin的RTOS接口文件

这些移植好的接口文件在MDK的安装目录里面，以MDK5.20版本为例，所在的路径为：C:\\Keil_v520\\ARM\\PACK\\Keil\\MDK-Middleware\\7.1.0\\emWin\\Sample\\GUI_X。


3.3.5  STemWin基本的内存需要

表3-1  STemWin基本的内存需要

这个只是官方提供的基本数据，仅供参考，具体还要看实际应用。



3.3.6  STemWin当前支持的控件


由于emWin在不断的更新当中，这里是当前支持的大部分控件，但不是全部。

表3-2  STemWin当前支持的控件

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3.4  STM32F429跑STemWin性能测试

可以这么说，STM32F429+STemWin的性能能够满足大部分小型嵌入式GUI项目的要求，下面就从刷色块和刷图片两个方面介绍实际性能。
另外，特别注意一点，为了更好发挥STM32F429的图形性能，强烈建议使用32位SDRAM，使用16位的SDRAM性能会降低一半。


3.4.1  刷色块测试

STM32F429支持以下8种颜色格式：
（1） LTDC_Pixelformat_ARGB8888
（2） LTDC_Pixelformat_RGB888
（3） LTDC_Pixelformat_RGB565
（4） LTDC_Pixelformat_ARGB1555
（5） LTDC_Pixelformat_ARGB4444
（6） LTDC_Pixelformat_L8
（7） LTDC_Pixelformat_AL44
（8） LTDC_Pixelformat_AL88
测试条件：
1、STM32F429BIT6 + 32位SDRAM。
2、显示屏是800*480分辨率。
这里主要测试了24位色，16位色和8位色的刷色块性能。初学者可能不太理解位色是什么意思，位色的意思就是一个像素点或者一个颜色点是由多少个bit表示，24位色表示一个像素点需要24bit来表示，即3个字节。16位色表示一个像素点需要16bit来表示，即2个字节。再比如，如果我们要在800*480分辨率的显示屏上面使用24位色，那么需要多大的显存空间呢？按照前面说的，就需要800*480*3 =1152000字节。
刷24位色
32位色的ARGB8888和24位色的RGB888是一样的，因为32位色只是多了一个alpha通道，用于设置透明效果。另外注意下面测试图中的蓝色背景，其实是一个圆圈套一个圆圈的颜色层，32位色和24位色显示效果还是很棒的。

刷色块跑分8000万个像素点每秒。这个跑分是什么概念呢？如果我们给800*480分辨率的显示屏刷24位色的颜色块，那么每秒可以刷81923000/(800*480) =213帧。

彩带效果：

刷16位色
16位色显示效果如下，这里仅测试了16位色中的RGB565格式。

刷色块跑分1亿两千万，这个跑分是什么概念呢？如果我们给800*480分辨率的显示屏刷16位色的颜色块，那么每秒可以刷129346000/(800*480) =336帧。

彩带效果：

刷8位色
8位色是一种非常有实用价值的颜色格式，对颜色要求不高的场合可以用，速度超快。

刷色块跑分2亿6千万，这个跑分是什么概念呢？如果我们给800*480分辨率的显示屏刷8位色的颜色块，那么每秒可以刷267128000/(800*480) =695帧。

彩带效果：

3.4.2  刷图片测试

测试条件：
1、STM32F429BIT6 + 32位SDRAM。
2、显示屏是800*480分辨率，配置为RGB565格式，即16位色。
测试方法是将800*480分辨率的JPG图片进行解码，解码成位图后写入到SDRAM里面，然后用SDRAM刷界面，可以做15ms刷一帧，即每秒刷66帧，这个帧率可以满足大部分需要刷图片的应用项目。

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3.5    STemWin论坛


    自从国内的μCGUI论坛关闭以后，这方面比较好的论坛就很少了，论坛对于STemWin的推广和发展也很重要。
针对STemWin，我们有自己建立的论坛版块：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=forumdisplay&fid=12。
    当然，SEGGER官方也有自己的emWin论坛，地址：http://forum.segger.com/。

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3.6    总结


    关于STemWin的介绍就跟大家介绍这么多，更详细的可以上我们的论坛进一步讨论。还有一点要说明的就是SEGGER公司的所有软件都是收费的，收费标准请看这里：https://www.segger.com/pricing.html 。