LVGL库移植STM32

LVGL库简介

LVGL(Light and Versatile Graphics Library)是一个免费、开源的嵌入式图形库，可以创建丰富、美观的界面，具有许多可以自定义样式的控件，支持按键或触摸响应，支持中文字符，并且内存占用较低。可以在 https://lvgl.io/demos 使用网页端体验 LVGL 的动态效果，再决定是否需要使用 LVGL 。

LVGL 使用 C 语言编写，可以用在树莓派、ESP32 、STM32 等单片机上，并支持各种中大型屏幕（只需要提供屏幕的绘图 API 即可）。LVGL 的官网地址为：https://lvgl.io/ ，GitHub 地址为：https://github.com/lvgl/lvgl 。

LVGL 提供了许多示例程序，还提供了 PC 端的模拟器，这都加快了 LVGL 的开发效率。

移植LVGL

LVGL 并没有只针对哪一个单片机和哪一个屏幕，事实上它甚至在 PC 机也能运行的起来。完整的 LVGL 的移植可以参考官方文档的介绍 https://docs.lvgl.io/master/porting/index.html 。在移植前，请自行了解单片机及屏幕的使用方法并提供接口程序。

建立工程

接下来以 STM32 系列单片机为例介绍 LVGL 的移植，不同单片机的移植过程也可以参考以下步骤。下表给出了 LVGL 所需的配置，在使用 LVGL 前请确保单片机性能满足要求：

Name	Minimal	Recommended
Architecture	16, 32 or 64 bit microcontroller or processor
Clock	> 16 MHz	> 48 MHz
Flash/ROM	> 64 kB	> 180 kB
Static RAM	> 16 kB	> 48 kB
Draw buffer	> 1 ×hor. res. pixels	> 1/10 screen size
Compiler	C99 or newer

注意：使用 Keil5 请开启“C99 Mode”，否则会编译不通过。还在使用 Keil4 的请升级或更换编译器。

首先，在 https://github.com/lvgl/lvgl 下载或克隆整个工程。LVGL 的最新版本是 LVGL 8.2 ，注意 LVGL 7 已经不再更新，LVGL 7 和 8 之间库结构发生较大改变，编写出的代码并不很兼容，并且 LVGL 7 的示例代码和模拟器似乎已经在 GitHub 上下架了。本教程以 LVGL 8 为例，移植 LVGL 7 的话可以参考，但一些细节需要注意调整。建议使用最新版本，否则无法得到完整的工具链支持。

使用 Keil 的开发者请注意，LVGL 8 似乎不能在 ARM CC v5 下编译成功，请更新编译器版本为 ARM CC v6 。

使用 STM32 的开发者还需要注意，STM32 标准库无法使用 ARM CC v6 编译，请使用 HAL 库或更换编译工具链（如 LLVM-clang 或 GCC-none-eabi ）

接下来自行准备一个单片机工程，在 User 或其它等效的目录中，然后新建目录 lvgl 并进入，从克隆得到的 LVGL 工程中复制以下文件或目录到其中：

demos
examples
src
lvgl.h
lv_conf_template.h

如果不需要使用官方提供的示例代码，可以不复制 demos 目录。

接下来，将 lv_conf_template.h 重命名为 lv_conf.h ，并移动到上一级目录中。

注意：LVGL 库的目录比较复杂，头文件引用相对混乱，在没有充分明白正在做什么之前，请不要随意修改文件夹名或变更文件位置。

回到上一级目录，打开 lv_conf.h ，将开头的 #if 0 条件编译取消，启用文件包含的配置：

/* clang-format off */
#if 1 /*Set it to "1" to enable content*/

该配置文件还有几处需要调整的地方，首先最前面（第 27 行）的一个宏定义表示显示屏的颜色深度，需要根据不同的显示屏做调整：

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

如果屏幕的颜色深度不一致，一定要修改该宏。LVGL 会根据该宏创建合适的颜色定义，如果与实际不一致会造成显示时颜色错乱。

如果设置为 8 ，代表使用 8 位的颜色，其中 RBG 色值各占 3 、3 、2 位；如果设置为 16 ，则 RBG 色值各占 5 、6 、5 位，这是许多 TFT 屏采用的颜色格式；32 则是 PC 机和移动设备都使用的带透明度的 32bit 位图，RGB 色值和透明度各占一个字节。

第 52 行中还有一处表示最大占用内存量的宏，可以根据实际单片机的情况自行修改，只要保证大于注释中写的 2kB 就行。

    /*Size of the memory available for `lv_mem_alloc()` in bytes (>= 2kB)*/
    #define LV_MEM_SIZE (32U * 1024U)          /*[bytes]*/

除此之外，在第 273 和 280 行还有这么两个宏定义，如果将它们设置为 1 ，那么可以在屏幕的左下角和右下角显示当前内存占用和帧率，非常适合性能分析：

#define LV_USE_PERF_MONITOR 0
#define LV_USE_MEM_MONITOR 0

其它设置可以对照注释和文档修改。

接下来开始导入工程文件，这一步需要将 lvgl/src 中除了 draw 目录中的所有文件全部导入，而 draw 目录中除了根目录的 .c 文件外，只导入 sw 目录中的源文件。LVGL 8 的目录深度较大，请耐心添加，细心检查，不要遗漏文件。

使用 STM32 单片机的话还需要注意在启动文件中修改堆、栈大小，至少各设置 8kB 空间：

Stack_Size      EQU     0x00002000
Heap_Size       EQU     0x00002000

全部添加完成之后，尝试编译整个工程，应该是可以零 error 通过了。

使用 ARM CC v6 可能会发生 __aeabi_assert 符号未定义的问题，可以在整个项目管理中提前定义宏 NDEBUG 禁用该符号。

显示设备的API对接

LVGL 只提供了绘图的算法，其它内容需要自行编写。LVGL 提供的接口在 lvgl/examples/porting 目录中，该目录有如下文件：

• lv_port_disp ：显示设备接口
• lv_port_indev ：输入设备接口
• lv_port_fs ：文件系统接口

将各个文件名结尾的 template 去除。接下来先编写显示设备的接口，至少确保能显示一些东西来。

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在 lv_port_disp.c 及其头文件中，首先需要去除条件编译，启用这部分内容：

/*Copy this file as "lv_port_disp.h" and set this value to "1" to enable content*/
#if 1

由于之前重命名过头文件，因此在源文件中也需要修改对应的名称：

#include "lv_port_disp.h"

源文件在宏定义区域中有两个宏定义，需要修改为实际的显示屏尺寸。改过了之后记得把 #warning 预处理语句去除了：

#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
/* ... same as above ... */

lv_port_disp_init() 是一个最顶层的初始化显示设备的函数，在主函数中需要调用它一次性初始化显示设备的功能。该函数的修改方式注释里已经写的较为清楚了，接下来提供一个修改示例。

首先将 91~102 行的两个提供显示缓存的语句全部注释或删除，只保留 /* Example for 1) */ 。然后修改 114~115 行的两个数值为实际的屏幕清晰度。

    /* 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*/

    /*Set the resolution of the display*/
    disp_drv.hor_res = 320;
    disp_drv.ver_res = 240;

该文件内还有两个函数 disp_init() 和 disp_flush() ，需要提供实际显示设备的接口。

disp_init() 中，需要提供屏幕的初始化代码，如果已经在外部初始化过可以忽略。

disp_flush() 中，需要在注释的位置根据提供的参数绘制一个像素点，。这一过程也可以使用填充函数获得更快的速度，甚至可以使用 GPU 等加速等方式完成，具体如何编写代码可以参考注释。例如，测试用的屏幕是这样逐个绘制像素点，从而填充一块区域的：

/* ... */
    for(y = area->y1; y <= area->y2; y++) {
        for(x = area->x1; x <= area->x2; x++) {
            ILI9341_SetFrontColor(&ili9341, color_p->full);
            ILI9341_DrawPixel(&ili9341, x, y);
            color_p++;
        }
    }
/* ... */

至此，API 移植便结束了。接下来可以编写程序测试 LVGL 的效果了。

LVGL的初始化

在使用 LVGL 前，需要调用以下两个函数完成 LVGL 库的初始化以及 LVGL 显示设备接口的初始化：

lv_init();
lv_port_disp_init();

然后就可以绘制图形了。这里提供了一段简单的代码，可以绘制一个按钮：

lv_obj_t* btn = lv_btn_create(lv_scr_act()); 
lv_obj_set_pos(btn, 10, 10);
lv_obj_set_size(btn, 120, 50);
lv_obj_t* label = lv_label_create(btn);
lv_label_set_text(label, "Button");
lv_obj_center(label);

绘制完之后，还需要在主循环中调用 lv_task_handler() 函数，这样绘制的内容才能实时更新到屏幕上：

while (1) {
    /* ... */
    lv_task_handler();
}

然后将编译得到的结果下载到单片机内，就可以在屏幕上看到一个按钮了：

LVGL输入设备移植

上文介绍了如何移植显示设备。但是 LVGL 是一个用户界面库，光有显示设备，不能做一些用户交互的功能还是不太够，因此就需要使用输入设备。

LVGL 支持 5 种类型的输入设备：

• Touchpad ：触摸屏
• Mouse ：鼠标
• Keypad ：键盘
• Encoder ：编码器
• Button ：按键

在移植时，不要搞错了输入设备的类型，否则 LVGL 无法对输入作出响应。

LVGL 对输入设备的接口全部存放在 lv_port_indev.c 及其头文件中。接下来以触摸屏为例介绍输入设备的移植，不同设备的 API 有一定区别，在移植时请以官方文档为主。

首先，需要去掉两个文件中的 #if 0 条件编译，启用两个文件。

在 lv_port_indev.c 中，包含了 5 种设备的 API ，但它们不可能都用到，因此需要裁剪无用的函数和定义。尤其是在初始化函数 lv_port_indev_init() 中，如果不去除无用设备的初始化语句，那么在调用时可能会出现问题。

源码在注释中已经着重强调了不同 API 的分区，只需要根据分区保留需要的代码即可。

根据代码的思路（精简后的源码不长，而且抽象程度较高，完全可以读懂），接下来实现三个函数的功能。

首先是 touchpad_init() ，在这里需要对输入设备做初始化，就像上文对触摸屏做初始化一样。

在 touchpad_is_pressed() 中，需要提供一个显示屏触摸函数，判断是否发生了触摸事件：

static bool touchpad_is_pressed(void) {
    if (XPT2046_TouchDetect() == TOUCH_PRESSED)
        return true;
    return false;
}

如果发生了触摸事件，那么会进入 touchpad_get_xy() 函数中，获取触摸点坐标：

static void touchpad_get_xy(lv_coord_t * x, lv_coord_t * y) {
    static XPT2046_Coordinate coord = { -1, -1, -1, -1 };
    XPT2046_Get_TouchedPoint(&xpt2046, &coord);
    (*x) = coord.x;
    (*y) = coord.y;
}

如果这几个函数都编写正确，那么理论上已经可以实现输入功能了。不过在此之前，还有一个关键的步骤：LVGL 使用一个 tick 系统管理全局事件，它就像 LVGL 的心跳一样，如果没有这个心跳就无法检测事件。

为了给 LVGL 提供心跳，需要不断调用 lv_tick_inc() 函数，该函数的参数为每次心跳的毫秒间隔：

while (1)
{
    lv_tick_inc(1);
    lv_task_handler();
    delay_ms(1);
}

使用单片机时更推荐使用定时器完成该函数的调用，设置定时器溢出时间为 1 毫秒后在定时器中断函数内调用它。

---

接下来提供一个示例，可以检测输入设备是否能正常使用。首先在 main 函数的开头执行输入设备的初始化：

lv_port_indev_init();

然后编写如下函数：

static void btn_event_cb(lv_event_t* e) {
    lv_event_code_t code = lv_event_get_code(e);
    lv_obj_t* btn = lv_event_get_target(e);
    if (code == LV_EVENT_CLICKED) {
        static uint8_t cnt = 0;
        cnt++;
        lv_obj_t* label = lv_obj_get_child(btn, 0);
        lv_label_set_text_fmt(label, "Button: %d", cnt);
    }
}

void lv_example(void) {
    lv_obj_t* btn = lv_btn_create(lv_scr_act());
    lv_obj_set_pos(btn, 10, 10);
    lv_obj_set_size(btn, 120, 50);
    lv_obj_add_event_cb(btn, btn_event_cb, LV_EVENT_ALL, NULL);
    lv_obj_t* label = lv_label_create(btn);
    lv_label_set_text(label, "Button");
    lv_obj_center(label);
}

在主函数中调用 lv_example() ，编译后下载到单片机内，可以得到一个和上一个示例相同的按钮，但是每次点击之后，按钮的文本都会发生变化：

其余内容将第一时间更新于：http://frozencandles.fun/archives/307

使用LVGL模拟器

LVGL 是一个图形库，那么在绘制图形时就免不了需要对绘制结果做一些微调。那么每次微调都需要将程序下载到单片机去显然是麻烦的选择，不过幸好 LVGL 提供了模拟器，可以在 PC 端上直接生成可交互的界面，无需下载即可查看绘制效果。

LVGL 可以在各个平台上模拟，完整的模拟器使用指南可以参照 https://docs.lvgl.io/master/get-started/platforms/pc-simulator.html 。接下来以 Windows 平台基于 Visual Studio 的模拟为例介绍通用的使用方法。

首先，在 https://github.com/lvgl/lv_port_win_visual_studio 中下载 Visual Studio 工程源码。注意，在 LVGL.Simulator 目录中包含 3 个外部的仓库，需要将它们一并下载并放在正确的位置。

然后，使用 Visual Studio 打开 LVGL.Simulator.sln 工程，点击编译即可得到 GUI 可执行文件。

需要注意的是，Visual Studio 提供的模拟器是使用 C++ 编写的，如果需要自定义函数，需要在头文件中使用

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/* ... function prototypes ... */
#ifdef __cplusplus
}
#endif

将函数原型包围起来，否则在使用 C 语言符号时会出错。