LVGL
- 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
1.1. 主要特性
- 丰富且强大的模块化图形组件:按钮、图标、列表、互动条、图片等
- 先进的图形界面:动画、抗锯齿、透明度、平滑滚动等效果
- 支持不同的输入设备包括键盘,鼠标,触摸屏,编码器等
- UTF-8编码支持多语言
- 多显示器支持,可以同时使用多个TFT或单色显示
- 可以通过类 CSS的方式来设计、布局图形界面
- 不限制芯片类型、硬件,可在各种微控制器或显示器上使用LVGL
- 配置可裁剪(最低资源占用:64 kB Flash,16 kB RAM)
- 支持操作系统、外部存 储和GPU,但都不是硬性要求
- 即使单缓冲区(frame buffer)也能实现高级图形效果
- 不需要嵌入式硬件环境在PC模拟器就可以调试GUI
- 支持 Micropython 编程
- 有用于快速GUI设计的教程、示例、主题
- 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
1.2. 配置要求
- 16、32或64位微控制器或处理器
- 最低 16 MHz 时钟频率
- Flash/ROM: >64 kB(建议 180 kB)
- RAM: 8 kB(建议 24 kB)
- 显示缓冲区: >水平分辨率像素(建议为1/10屏幕大小)
- 支持C99编程
- 具备基本的C或C++知识
- 使用指南
2.1. 代码目录
source/artinchip/lvgl-ui
├── lvgl // lvgl库
├── lv_drivers // lvgl平台适配
├── base_ui // base_ui测试用例
├── lv_conf.h // lvgl配置文件
└── main.c // lvgl应用入口
2.2. LVGL整体流程
图 2.54 整体流程
LVGL框架的运行都是基于LVGL中定义的Timer定时器,系统需要给LVGL一个“心跳”, LVGL才能正常的运转起来,两个关键的函数:
- lv_tick_get(), 获取以ms为单位的tick时间
- lv_timer_handler(),在while循环中的基于定时器的任务处理,函数lv_task_handler会调用lv_timer_handler, lv_tick_get 决定了lv_timer_handler基于定时器的任务处理的时间的准确性
其中在文件lv_hal_tick.c中的lv_tick_get的实现代码如下:
uint32_t lv_tick_get(void)
{
#if LV_TICK_CUSTOM == 0
/*If `lv_tick_inc` is called from an interrupt while `sys_time` is read
*the result might be corrupted.
*This loop detects if `lv_tick_inc` was called while reading `sys_time`.
*If `tick_irq_flag` was cleared in `lv_tick_inc` try to read again
*until `tick_irq_flag` remains `1`.*/
uint32_t result;
do {
tick_irq_flag = 1;
result = sys_time;
} while(!tick_irq_flag); /*Continue until see a non interrupted cycle*/
return result;
#else
return LV_TICK_CUSTOM_SYS_TIME_EXPR;
#endif
}
在头文件lv_conf.h中定义了上述函数中的LV_TICK_CUSTOM_SYS_TIME_EXPR
#define LV_TICK_CUSTOM 1
#if LV_TICK_CUSTOM
#define LV_TICK_CUSTOM_INCLUDE <aic_ui.h>
#define LV_TICK_CUSTOM_SYS_TIME_EXPR (custom_tick_get()) /*system time in ms*/
#endif /*LV_TICK_CUSTOM*/
LVGL应用主函数代码如下所示:
#define IMG_CACHE_NUM 10
#if LV_USE_LOG
static void lv_user_log(const char *buf)
{
printf("%s\n", buf);
}
#endif /* LV_USE_LOG */
int main(void)
{
#if LV_USE_LOG
lv_log_register_print_cb(lv_user_log);
#endif /* LV_USE_LOG */
/*LittlevGL init*/
lv_init();
#if LV_IMG_CACHE_DEF_SIZE == 1
lv_img_cache_set_size(IMG_CACHE_NUM);
#endif
aic_dec_create();
lv_port_disp_init();
lv_port_indev_init();
/*Create a Demo*/
#if LV_USE_DEMO_MUSIC == 1
void lv_demo_music(void);
lv_demo_music();
#else
void base_ui_init();
base_ui_init();
#endif
/*Handle LitlevGL tasks (tickless mode)*/
while (1) {
lv_timer_handler();
usleep(1000);
}
return 0;
}
/*Set in lv_conf.h as `LV_TICK_CUSTOM_SYS_TIME_EXPR`*/
uint32_t custom_tick_get(void)
{
static uint64_t start_ms = 0;
if (start_ms == 0) {
struct timeval tv_start;
gettimeofday(&tv_start, NULL);
start_ms = (tv_start.tv_sec * 1000000 + tv_start.tv_usec) / 1000;
}
struct timeval tv_now;
gettimeofday(&tv_now, NULL);
uint64_t now_ms;
now_ms = (tv_now.tv_sec * 1000000 + tv_now.tv_usec) / 1000;
uint32_t time_ms = now_ms - start_ms;
return time_ms;
}
- 其中在函数lv_port_disp_init()中实现显示接口的对接以及硬件2D加速的对接
- 在函数lv_port_indev_init()中实现触摸屏的对接
- 函数aic_dec_create()注册硬件解码器
- 用户只需替换base_ui_init()的实现来对接自己的应用
2.3. LVGL层次结构
图 2.55 层次结构
- LVGL的display是对显示驱动的封装和抽象
- display包含Active Screen、Top layer、System layer
- Active Screen、Top layer、System layer是不同的screen对象,这里的screen用layer表达更准确一点, 表示的是图层的概念,其中Active Screen在最底层,System layer在最顶层
- 一般在Active Screen实现不同的app界面,用户可以创建多个screen,但只能有一个screen设置为Active Screen
- Top layer在Active Screen之上,可以用来创建弹出窗口,Top layer永远在Active Screen之上
- System layer在最顶层,比如鼠标可以在System layer,永远不会被遮挡
图 2.56 图层叠加
2.4. 父子结构
LVGL是面向对象的基于父子结构的设计,每一个对象都包含一个父对象(screen对象除外), 但是一个父对象可以包 含任意数量的子对象。
/*
* 创建对象的时候,需要传入父对象的指针,
* 如果父对象对NULL, 表示创建的是screen对象
*/
lv_obj_create(NULL);
2.4.1. 父子对象一起移动
图 2.57 父子对象移动
2.4.2. 子对象超出父对象部分不可见
图 2.58 子对象可见区域
2.5. 显示对接
主要包括三部分:
- 绘制buffer初始化
- flush_cb对接
- 2D硬件加速对接
2.5.1. 绘制buffer初始化
绘制buffer初始化函数如下:
void lv_disp_draw_buf_init(lv_disp_draw_buf_t * draw_buf, void * buf1, void * buf2, uint32_t size_in_px_cnt)
- buf1:当为单缓冲或多缓冲的时候,都要设置此buffer
- buf2:当选择双缓冲的时候,需要配置此buffer,单缓冲不需要
- size_in_px_cnt: 以像素为单位的buf大小
图 2.59 双缓冲
2.5.2. flush_cb对接
flush_cb回调函数的处理流程,我们以双缓冲为例进行说明,绘制模式有full_refresh和direct_mode两种:
- 全刷新模式,每一帧都刷新整个显示屏
图 2.60 全刷新模式
在虚线框中为flush_cb中处理部分,在全刷新的流程中,直接通过 pan_display接口送当前绘制buffer到显示,然后等待vsync中断, 等到中断后,当前的绘制buffer就真正的在显示屏中显示出来,然后调用lv_disp_flush_ready通知LVGL框架已经flush结束, 最后在LVGL框架中会进行绘制buffer的交换。
- 局部刷新,每一帧只刷新需要更新的无效区域(可以有多个无效区域)
图 2.61 无效区域
图 2.62 局部刷新模式
上图中的示例,为了方便描述每一帧都有两个无效区域(invalid area0 和invalid area1),LVGL可以支持更多的无效区域,到了最后一个无效区域, 说明当前帧的数据已经处理完,才把绘制buffer送显示,然后进行buffer交换
flush_cb的实现代码fbdev_flush如下:
static void fbdev_flush(lv_disp_drv_t * drv, const lv_area_t * area, lv_color_t *color_p)
{
lv_disp_t * disp = _lv_refr_get_disp_refreshing();
lv_disp_draw_buf_t * draw_buf = lv_disp_get_draw_buf(disp);
if (!disp->driver->direct_mode || draw_buf->flushing_last) {
struct fb_var_screeninfo var = {0};
if (ioctl(g_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var) < 0) {
LV_LOG_WARN("ioctl FBIOGET_VSCREENINFO");
return;
}
if (color_p == (lv_color_t *)g_frame_buf[0]) {
var.xoffset = 0;
var.yoffset = 0;
} else {
var.xoffset = 0;
var.yoffset = disp_drv.ver_res;
}
if (ioctl(g_fb, FBIOPAN_DISPLAY, &var) == 0) {
int zero = 0;
if (ioctl(g_fb, AICFB_WAIT_FOR_VSYNC, &zero) < 0) {
LV_LOG_WARN("ioctl AICFB_WAIT_FOR_VSYNC fail");
return;
}
} else {
LV_LOG_WARN("pan display err");
}
if (drv->direct_mode == 1) {
for (int i = 0; i < disp->inv_p; i++) {
if (disp->inv_area_joined[i] == 0) {
sync_disp_buf(drv, color_p, &disp->inv_areas[i]);
}
}
}
lv_disp_flush_ready(drv);
} else {
lv_disp_flush_ready(drv);
}
}
2.5.3. 2D硬件加速对接
2D加速主要对接 lv_draw_ctx_t中的绘制函数
成员 | 说明 | 是否硬件加速 |
---|---|---|
void *buf | 当前要绘制的buffer | - |
const lv_area_t * clip_area | 绘制区域裁剪(以屏幕为参考的绝对坐标) | - |
void (*draw_rect)() | 绘制矩形(包括圆角、阴影、渐变等) | 否 |
void (*draw_arc)() | 绘制弧形 | 否 |
void (*draw_img_decoded)() | 绘制已经解码后的图像 | 是 |
lv_res_t (*draw_img)() | 绘制图像(包括图片解码) | 是 |
void (*draw_letter)() | 绘制文字 | 否 |
void (*draw_line)() | 绘制直线 | 否 |
void (*draw_polygon)() | 绘制多边形 | 否 |
在lv_draw_aic_ctx_t(重定义了lv_draw_sw_ctx_t)结构体中包含lv_draw_ctx_t和blend函数:
typedef struct {
lv_draw_ctx_t base_draw;
/** Fill an area of the destination buffer with a color*/
void (*blend)(lv_draw_ctx_t * draw_ctx, const lv_draw_sw_blend_dsc_t * dsc);
} lv_draw_sw_ctx_t;
在draw_rect、draw_line等操作的功能由多个步骤组成,虽然我们没有对这些接口进行硬件加速,但是这些操作的部分实现 会调用到blend,我们对blend接口进行了硬件加速对接:
void lv_draw_aic_ctx_init(lv_disp_drv_t * drv, lv_draw_ctx_t * draw_ctx)
{
lv_draw_sw_init_ctx(drv, draw_ctx);
lv_draw_aic_ctx_t * aic_draw_ctx = (lv_draw_aic_ctx_t *)draw_ctx;
aic_draw_ctx->blend = lv_draw_aic_blend;
aic_draw_ctx->base_draw.draw_img = lv_draw_aic_draw_img;
aic_draw_ctx->base_draw.draw_img_decoded = lv_draw_aic_img_decoded;
return;
}
先调用lv_draw_sw_init_ctx函数把所有绘制操作都初始化为软件实现,然后对可以硬件加速的接口重新实现, 覆盖原来的软件实现。
2.5.4. 显示驱动注册
所有的显示相关功能都包含在lv_disp_drv_t结构体中:
- 通过lv_disp_drv_init来初始化lv_disp_drv_t结构体
- 通过lv_disp_draw_buf_init初始化绘制buffer
- 通过回调flush_cb来注册显示接口
- 通过lv_draw_aic_ctx_init来注册2D硬件加速相关接口
- 通过lv_disp_drv_register来注册lv_disp_drv_t
在源文件lv_port_disp.c中的函数lv_port_disp_init配置刷新模式,局部刷新模式配置如下:
disp_drv.full_refresh = 0;
disp_drv.direct_mode = 1;
全刷新模式参数配置如下:
disp_drv.full_refresh = 1;
disp_drv.direct_mode = 0;
2.6. 硬件解码对接
2.6.1. lv_img_decoder_t注册
我们通过lv_img_decoder_t来注册硬件解码器接口,主要实现了三个接口:
函数 | 说明 |
---|---|
aic_decoder_info | 获取图片宽、高、图片格式信息 |
aic_decoder_open | 申请解码输出buffer,硬件解码输出 |
aic_decoder_close | 释放硬件解码资源(包括输出buffer) |
注册解码器过程;
void aic_dec_create()
{
lv_img_decoder_t *aic_dec = lv_img_decoder_create();
/* init frame info lists */
mpp_list_init(&buf_list);
lv_img_decoder_set_info_cb(aic_dec, aic_decoder_info);
lv_img_decoder_set_open_cb(aic_dec, aic_decoder_open);
lv_img_decoder_set_close_cb(aic_dec, aic_decoder_close);
}
绘制函数draw_img_decoded需要的解码后数据,需要通过注册解码器回调去获取, 这是我们默认的图片处理流程:
图 2.63 draw_img_decoded
- 采用此流程需要额外申请一块解码buffer,占用内存增加
- 缓存解码后的buffer,下次再显示同样的image,不用重复解码,加快UI加载速度
当绘制函数为draw_img的时候,硬件解码在函数draw_img内部,无需注册解码回调函数,我们默认不采用此方法, 当在内存受限的场景下,可以评估此方法是否可满足场景需求。
图 2.64 draw_img
- 采用此流程无需额外申请解码buffer,直接解码到绘制buffer
- 当需要进行alpha blending的时候,此方法不可行
- 每次都要重新对image解码,速度不如draw_img_decoded
- 当硬件解码不支持裁剪的时进行局部更新,此方法不可行
2.6.2. 图片cache机制
- 采用lv_img_decoder_t提供的接口注册的解码器可以采用LVGL内部的图片缓冲机制, 在lv_conf.h 中宏定义LV_IMG_CACHE_DEF_SIZE为1的时候,表示打开图片缓冲机制, 当LV_IMG_CACHE_DEF_SIZE为0的时候,图片缓冲机制关闭。
- 通过void lv_img_cache_set_size(uint16_t entry_cnt)来设置缓冲的图片张数,图片以张数为单位进行缓存。
- 当图片缓存到设置的最大张数的时候,如果需要新的缓存,图片缓存机制内部会进行图片缓存价值的判断, 例如:如果某一张图片解码的时间比较久,或者某一张图片使用的更频繁,那么这种图片的缓存价值打分会更高, 优先缓存这些缓存价值更高的图片。
如果一些图片的读取时间或者解码时间比较长,采用图片缓存机制可以提升UI流畅性
2.7. LVGL库中demos使用
在目录luban/source/artinchip/lvgl-ui/lvgl/demos下lvgl官方提供了多个示例demo
- 在lv_conf.h宏定义中打开#define LV_USE_DEMO_MUSIC 1, 则main.c中会调用相应的demo
/*Create a Demo*/
#if LV_USE_DEMO_MUSIC == 1
void lv_demo_music(void);
lv_demo_music();
#else
void base_ui_init();
base_ui_init();
#endif
-
如果要调用lvgl-ui/lvgl/demos下的benchmark,则需关闭LV_USE_DEMO_MUSIC, 打开宏定义#define LV_USE_DEMO_BENCHMARK 1, 修改main.c中的base_ui_init()为需要的demo入口函数即可, 如下所示:
/*Create a Demo*/
#if LV_USE_DEMO_MUSIC == 1
void lv_demo_music(void);
lv_demo_music();
#else
//void base_ui_init();
//base_ui_init();
void lv_demo_benchmark();
lv_demo_benchmark();
#endif
2.8. LVGL库中samples使用
官方LVGL库lvgl-ui/lvgl/examples目录下是各种控件的测试用例, 以调用get_started目录下的lv_example_get_started_1.c为例进行流程说明:
-
samples相应的宏定义在lv_conf.h中已经默认打开:#define LV_BUILD_EXAMPLES 1
-
修改main.c中的入口函数:
/*Create a Demo*/
#if LV_USE_DEMO_MUSIC == 1
void lv_demo_music(void);
lv_demo_music();
#else
//void base_ui_init();
//base_ui_init();
void lv_example_get_started_1();
lv_example_get_started_1();
#endif
2.9. 第三方库支持
-
freetype库支持
-
选择freetype包,在 Luban根目录下执行
make menuconfig
,进入 menuconfig
ArtInChip Luban SDK Configuration --->
Third-party packages --->
[*] freetype --->-
目录lvgl-ui/lvgl/examples/libs/freetype/lv_example_freetype_1.c下示例调用
在lv_conf.h头文件中打开宏定义
#define LV_USE_FREETYPE 1
#define LV_BUILD_EXAMPLES 1 -
修改main.c中的入口函数:
/*Create a Demo*/
#if LV_USE_DEMO_MUSIC == 1
void lv_demo_music(void);
lv_demo_music();
#else
//void base_ui_init();
//base_ui_init();
void lv_example_freetype_1(void);
lv_example_freetype_1();
#endif -
设置lvgl-ui/lvgl/examples/libs/freetype/Lato-Regular.ttf字体的打包目录, 复制字体到lvgl-ui/base_ui/asserts/font目录下,则会把字体打包到系统目录/usr/local/share/lvgl_data/font目录下
-
修改代码lv_example_freetype_1.c中字体文件路径
void lv_example_freetype_1(void)
{
/*Create a font*/
static lv_ft_info_t info;
/*FreeType uses C standard file system, so no driver letter is required.*/
//info.name = "./lvgl/examples/libs/freetype/Lato-Regular.ttf";
info.name = "/usr/local/share/lvgl_data/font/Lato-Regular.ttf";
info.weight = 24;
info.style = FT_FONT_STYLE_NORMAL;
info.mem = NULL;
if(!lv_ft_font_init(&info)) {
LV_LOG_ERROR("create failed.");
}
/*Create style with the new font*/
static lv_style_t style;
lv_style_init(&style);
lv_style_set_text_font(&style, info.font);
lv_style_set_text_align(&style, LV_TEXT_ALIGN_CENTER);
/*Create a label with the new style*/
lv_obj_t * label = lv_label_create(lv_scr_act());
lv_obj_add_style(label, &style, 0);
lv_label_set_text(label, "Hello world\nI'm a font created with FreeType");
lv_obj_center(label);
}
-
-
SquareLine Studio
SquareLine GUI是LVGL官网推荐的GUI 图形化辅助设计工具,可使用LVGL图形库开发UI,且支持多个平台, 如MacOS、Windows和Linux。在该工具中,我们通过拖放就可以在屏幕上添加和移动小控件,图像和字体的处理也变得十分简单, 但不具备编译调试代码的功能,界面设计完成后需要导出工程到其他IDE工具进行模拟和调试。 可以通过访问LVGL官网 http://lvgl.io 获取更多信息。
3.1. 导出工程
SquareLine工具自带了LVGL官方提供的一些demo示例,在学习控件用法时候可以查看这些demo示例, 以打开Futuristic_Ebike为例,从SquareLIne工具左上角File菜单选择new或open, 在弹出的选择对话框中选择example选项卡,然后双击Futuristic_Ebike图标
图 2.65 example打开示意图
Futuristic_Ebike工程打开后如下图所示,可以点击右上角的播放按钮,通过鼠标的滑动和点击事件来查看当前的UI效果, SquareLine 提供了widget拖拽功能,通过属性设置控件的一些行为动作,该工具还提供了便捷的动画设计功能。
图 2.66 工程窗口示意图
UI效果调整或设计完成后,可以通过export导出功能导出UI文件或项目代码工程,UI文件是png资源图片通过SquareLine转换成C数组的源文件, 导出的项目工程是可以在相应的IDE工具进行模拟调试的工程,例如Eclipse, Vistal Studio, VsCode等。
图 2.67 创建新工程示例图
图 2.68 导出工程目录结构
3.2. 编译导出的UI代码
-
复制ui目录到sdk中 的目录luban/source/artinchip/lvgl-ui下
-
修改luban/source/artinchip/lvgl-ui/CMakeLists.txt,中的app目录配置为ui
# set app folder
set(APP_FOLDER ui) -
修改main.c中的入口函数:
/*Create a Demo*/
#if LV_USE_DEMO_MUSIC == 1
void lv_demo_music(void);
lv_demo_music();
#else
//void base_ui_init();
//base_ui_init();
void ui_init();
ui_init();
#endif -
重新编译lvgl-ui
make clean
make lvgl-ui-rebuild
make
小技巧
Squareline Studo生成的image图片都是build-in的图片,当图片比较大的时候会占用比较多的存储空间,可参考base_ui示例中的方法, 修改为从文件中读取png、jpg图片,从文件读取png、jpg图片,默认会使用硬件解码
- lvgl-ui
lvgl-ui 是 ArtInChip 开发的一款用于演示 LVGL 基本操作的一个 demo,包含 png、jpg 硬件解码和 build-in 图片使用方式:
lvgl-ui 一共有4四个页面,功能包括:
- 仪表演示第二个页面为音乐播放演示、第三个页面为菜单演示、
- 音乐播放演示
- 图片菜单演示
- 播放器演示
播放器演示页面需要打开base_ui.c中的宏定义VIDEO_PLAYER,默认为打开状态
4.1. 打开lvgl-ui
在 Luban根目录下执行 make menuconfig
,进入 menuconfig
ArtInChip Luban SDK Configuration --->
ArtInChip packages --->
[*] lvgl-ui --->
编译选择lvgl-ui将生成lvgl库和相应的应用程序:test_lvgl
4.2. 功能选择
- 用户可以通过lv_conf.h中的宏定义去配置LVGL的功能参数
- 在lv_conf.h中至少需要有宏定义LV_COLOR_DEPTH,LV_COLOR_DEPTH的值可以是32或者16,分别表示argb8888格式和rgb565格式, LV_COLOR_DEPTH的设置需要和dts中framebuffer的格式设置保持一致
- 目前我们在lv_conf.h只是加入了最常用的宏定义,如果需要添加更多的宏定义可以参考lvgl库目录下lv_conf_template.h中的定义, 复制相关的宏定义到lv_conf.h即可
4.3. 运行
在目录luban/package/artinchip/lvgl-ui/S00lvgl下的启动脚本,编译后会打包到系统路径/etc/init.d/S00lvgl,开机自动运行lvgl_ui
4.4. 打印输出重定向
lvgl-ui 默认日志输出到 /dev/null,不进行显示,如果要进行调试可以在 S00lvgl 中进行重定向修改
# 屏蔽打印
PID=`$DAEMON > /dev/null 2>&1 & echo $!
# 打印在控制台输出
PID=`$DAEMON > /dev/stderr 2>&1 & echo $!
需要重新编译模块,才能生效
make clean
make lvgl-ui-rebuild