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在2024年全國(guó)大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，各大高校學(xué)子紛紛展現(xiàn)出卓越的創(chuàng)新能力和扎實(shí)的技術(shù)功底。今天，特別為大家分享獲獎(jiǎng)作品——USB一線(xiàn)通監(jiān)控副屏，它以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和實(shí)用的功能贏得廣泛好評(píng)與認(rèn)可。

原文鏈接：https://club.rt-thread.org/ask/article/fd0a9bdab79b7c65.html

環(huán)境搭建

環(huán)境變量配置

為了提高一些編譯的速度，選擇了在Linux系統(tǒng)下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在Linux上開(kāi)發(fā)N947需要先安裝 env 工具h(yuǎn)ttps://github.com/RT-Thread/env，按照說(shuō)明文檔進(jìn)行安裝即可，然后配置一些環(huán)境變量：

其中 /opt/arm-gnu-toolchain-13.2.Rel1-x86_64-arm-none-eabi/bin 是自己的編譯工具鏈的路徑，/home/book/rt-thread 是rt-thread根目錄的路徑:

 source ~/.env/env.sh
 export RTT_CC=gcc
 export RTT_ROOT=/home/book/rt-thread
 export RTT_DIR=/home/book/rt-thread
 export RTT_EXEC_PATH=/opt/arm-gnu-toolchain-13.2.Rel1-x86_64-arm-none-eabi/bin
exportPATH=$PATH:$RTT_EXEC_PATH

如果需要將N947的例程從rt-thread的根文件夾中獨(dú)立出來(lái)的話(huà)，需要?jiǎng)h除工程中Kconfig文件的這行代碼：

代碼高亮

這里使用VSCode中的Clang插件，代碼高亮和補(bǔ)全可以通過(guò)使用編譯時(shí)候生成的 compile_commands.json文件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而RT-Thread的工程是采用的scons工具，所以可以使用scons_compiledb這個(gè)python包來(lái)生成compile_commands.json 實(shí)現(xiàn)代碼高亮，修改過(guò)的SConstruct文件如下：

import os
import sys
import rtconfig
import scons_compiledb
if os.getenv('RTT_ROOT'):
    RTT_ROOT = os.getenv('RTT_ROOT')
else:
    RTT_ROOT = os.path.normpath(os.getcwd() + '/../../../../..')
sys.path = sys.path + [os.path.join(RTT_ROOT, 'tools')]
try:
    from building import *
except:
    print('Cannot found RT-Thread root directory, please check RTT_ROOT')
    print(RTT_ROOT)
    exit(-1)
TARGET = 'rtthread.' + rtconfig.TARGET_EXT
if rtconfig.PLATFORM == 'armcc':
    env = Environment(tools = ['mingw'],
        AS = rtconfig.AS, ASFLAGS = rtconfig.AFLAGS,
        CC = rtconfig.CC, CFLAGS = rtconfig.CFLAGS,
        CXX = rtconfig.CXX, CXXFLAGS = rtconfig.CXXFLAGS,
        AR = rtconfig.AR, ARFLAGS = '-rc',
        LINK = rtconfig.LINK, LINKFLAGS = rtconfig.LFLAGS,
        # overwrite cflags, because cflags has '--C99'
        CXXCOM = '$CXX -o $TARGET --cpp -c $CXXFLAGS $_CCCOMCOM $SOURCES')
else:
    env = Environment(tools = ['mingw'],
        AS = rtconfig.AS, ASFLAGS = rtconfig.AFLAGS,
        CC = rtconfig.CC, CFLAGS = rtconfig.CFLAGS,
        CXX = rtconfig.CXX, CXXFLAGS = rtconfig.CXXFLAGS,
        AR = rtconfig.AR, ARFLAGS = '-rc',
        LINK = rtconfig.LINK, LINKFLAGS = rtconfig.LFLAGS,
        CXXCOM = '$CXX -o $TARGET -c $CXXFLAGS $_CCCOMCOM $SOURCES')
env.PrependENVPath('PATH', rtconfig.EXEC_PATH)
scons_compiledb.enable(env)
env.CompileDb()
if rtconfig.PLATFORM in ['iccarm']:
    env.Replace(CCCOM = ['$CC $CFLAGS $CPPFLAGS $_CPPDEFFLAGS $_CPPINCFLAGS -o $TARGET $SOURCES'])
    env.Replace(ARFLAGS = [''])
    env.Replace(LINKCOM = env["LINKCOM"] + ' --map rtthread.map')
Export('RTT_ROOT')
Export('rtconfig')
SDK_ROOT = os.path.abspath('./')
if os.path.exists(SDK_ROOT + '/Libraries'):
    libraries_path_prefix = SDK_ROOT + '/Libraries'
else:
    libraries_path_prefix = os.path.dirname(SDK_ROOT) + '/Libraries'
SDK_LIB = libraries_path_prefix
Export('SDK_LIB')
# prepare building environment
objs = PrepareBuilding(env, RTT_ROOT, has_libcpu=False)
objs.extend(SConscript(os.path.join(libraries_path_prefix, 'drivers', 'SConscript')))
# include cmsis
objs.extend(SConscript(os.path.join(libraries_path_prefix, rtconfig.BSP_LIBRARY_TYPE, 'SConscript')))
# make a building
DoBuilding(TARGET,objs)

最終搭建完成的效果如下所示，代碼高亮十分且方便查看代碼：

LVGL適配

屏幕拓展板

FRDM-MCXN947這個(gè)開(kāi)發(fā)板預(yù)留了一個(gè)FlexIO接口可以適配8080的并口屏，于是做了一個(gè)屏幕拓展板，把手里閑置的屏幕用起來(lái)：

實(shí)物如下，觸摸排線(xiàn)座子有點(diǎn)偏下，不過(guò)不影響功能：

屏幕手冊(cè)說(shuō)明分辨率是240*320驅(qū)動(dòng)芯片是ST7789V、觸摸芯片是FT6336G，而官方的SDK中是有ST7796和FT5406的驅(qū)動(dòng)代碼的，后續(xù)還需要稍作修改:

驅(qū)動(dòng)適配

在官方的SDK中有ST7796和FT5406的驅(qū)動(dòng)程序，直接移植過(guò)來(lái)即可，同時(shí)也把 EDMA和SMARTDMA的驅(qū)動(dòng)復(fù)制了過(guò)來(lái)，修改一下屏幕的初始化序列即可驅(qū)動(dòng)屏幕：

LVGL 適配

將SDK中的 lvgl_support復(fù)制到工程中，修改屏幕的寬高為240*320：

然后在board中新建一個(gè)lv_conf.h文件，填入關(guān)于LVGL的一些配置，因?yàn)樵S多配置在menuconfig中有所設(shè)置，所以這里的配置項(xiàng)并不多:

#ifndef LV_CONF_H
#define LV_CONF_H
#include 
#define LV_USE_SYSMON           1
#define LV_USE_PERF_MONITOR     0
#define LV_COLOR_DEPTH          16
#define LV_HOR_RES_MAX          240
#define LV_VER_RES_MAX          320
#define LV_COLOR_16_SWAP        0
#define BSP_USING_LVGL_BENCHMARK_DEMO
#define BSP_USING_LVGL_WIDGETS_DEMO
#ifdef BSP_USING_LVGL_DAVE2D
    #define LV_USE_DRAW_DAVE2D      1
#endif
#ifdef BSP_USING_LVGL_WIDGETS_DEMO
    #define LV_USE_DEMO_WIDGETS 1
    #define LV_DEMO_WIDGETS_SLIDESHOW   0
#endif  /* BSP_USING_LVGL_WIDGETS_DEMO */
/*Benchmark your system*/
#ifdef BSP_USING_LVGL_BENCHMARK_DEMO
    #define LV_USE_DEMO_BENCHMARK 1
    /*Use RGB565A8 images with 16 bit color depth instead of ARGB8565*/
    #define LV_DEMO_BENCHMARK_RGB565A8  1
    #define LV_FONT_MONTSERRAT_14       1
    #define LV_FONT_MONTSERRAT_24       1
#endif  /* BSP_USING_LVGL_BENCHMARK_DEMO */
/*Stress test for LVGL*/
#ifdef BSP_USING_LVGL_STRESS_DEMO
    #define LV_USE_DEMO_STRESS 1
#endif  /* BSP_USING_LVGL_STRESS_DEMO */
/*Render test for LVGL*/
#ifdef BSP_USING_LVGL_RENDER_DEMO
    #define LV_USE_DEMO_RENDER 1
#endif  /* BSP_USING_LVGL_RENDER_DEMO */
/*Music player demo*/
#ifdef BSP_USING_LVGL_MUSIC_DEMO
    #define LV_USE_DEMO_MUSIC 1
    #define LV_DEMO_MUSIC_SQUARE    1
    #define LV_DEMO_MUSIC_LANDSCAPE 0
    #define LV_DEMO_MUSIC_ROUND     0
    #define LV_DEMO_MUSIC_LARGE     0
    #define LV_DEMO_MUSIC_AUTO_PLAY 0
    #define LV_FONT_MONTSERRAT_12   1
    #define LV_FONT_MONTSERRAT_16   1
#endif  /* BSP_USING_LVGL_MUSIC_DEMO */
#endif

?復(fù)制過(guò)來(lái)的lvgl_support中有對(duì)FreeRTOS的支持，這里將FreeRTOS的API修改為RTT的API，例如如下這段代碼：

并且 N947 的驅(qū)動(dòng)程序有EDMA + FlexIO和SMARTDMA + FlexIO兩種驅(qū)動(dòng)方式，具體區(qū)別不太了解，不過(guò)可以運(yùn)行LVGL的Benchmark測(cè)試來(lái)看下結(jié)果，左邊是SMARTDMA運(yùn)行的結(jié)果，右邊是EDMA的結(jié)果，可以看到前者的FPS更高。后續(xù)也就繼續(xù)采用SMARTDMA + FlexIO的驅(qū)動(dòng)方式:

界面設(shè)計(jì)

使用操作簡(jiǎn)便的GUI Guider設(shè)計(jì)一個(gè)界面，生成繪制界面的代碼，然后添加到工程中:

還需要修改工程文件夾中的 rtconfig.py，增加一個(gè) LV_LVGL_H_INCLUDE_SIMPLE 的預(yù)定義，因?yàn)樯傻拇a默認(rèn)包含lvgl.h是#include "lvgl/lvgl.h"，

CFLAGS = DEVICE + ' -Wall -D__FPU_PRESENT -DLV_LVGL_H_INCLUDE_SIMPLE'

最終適配完成的LVGL代碼和GUI Guider的代碼目錄如下，LVGL 的UI繪制代碼段如圖右邊所示，具體代碼可見(jiàn)開(kāi)源地址:

USB通訊

適配 CDC

完成了下位機(jī)的界面的初始化繪制，后續(xù)的任務(wù)當(dāng)然就是怎么把數(shù)據(jù)采集并發(fā)送給下位機(jī)來(lái)更新界面的數(shù)據(jù)了，下面先完成USB的通訊，這里使用的是RTT官方推薦的CherryUSB這個(gè)開(kāi)源USB協(xié)議棧:

將如下鏈接中的適配代碼復(fù)制到工程中:

https://github.com/CherryUSB/cherryusb_mcx

因?yàn)閭鬏數(shù)臄?shù)據(jù)比較單一，這里使用串口屏的思路，直接用CDC_ACM的通訊方式，也就是在上位機(jī)顯示為一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備，直接使用串口API完成通訊。

將RTT根目錄中 rt-thread/components/drivers/usb/cherryusb/demo文件夾中的CDC_ACM例程復(fù)制到工程中，并且把根目錄中的這兩行代碼屏蔽：

修改工程中的cherryusb_port.c文件，添加對(duì)CDC_ACM的支持：

/*
 * Copyright (c) 2006-2024, RT-Thread Development Team
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 *
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024/04/23     sakumisu    first version
 */
#include 
#include 
/* low level init here, this has implemented in cherryusb */
/* low level deinit here, this has implemented in cherryusb */
#ifdef RT_CHERRYUSB_DEVICE_TEMPLATE_CDC_ACM
int cherryusb_devinit(void)
{
    // extern void cherryusb_devinit(uint8_t busid, uintptr_t reg_base);
    extern void cdc_acm_init(uint8_t busid, uintptr_t reg_base);
    cdc_acm_init(0, USBHS1__USBC_BASE);
    return 0;
}
INIT_COMPONENT_EXPORT(cherryusb_devinit);
#endif
#ifdef RT_CHERRYUSB_DEVICE_TEMPLATE_MSC
int cherryusb_devinit(void)
{
    extern void msc_ram_init(uint8_t busid, uintptr_t reg_base);
    msc_ram_init(0, USBHS1__USBC_BASE);
    return 0;
}
INIT_COMPONENT_EXPORT(cherryusb_devinit);
#endif
#ifdef RT_CHERRYUSB_HOST
#include "usbh_core.h"
int cherryusb_hostinit(void)
{
    usbh_initialize(0, USBHS1__USBC_BASE);
    return 0;
}
INIT_COMPONENT_EXPORT(cherryusb_hostinit);
#endif

將剛才復(fù)制到工程中的CDC_ACM 的 demo程序中端點(diǎn)收發(fā)的程序做如下修改，增加對(duì)于輸入信息的回顯：

oid usbd_cdc_acm_bulk_out(uint8_t busid, uint8_t ep, uint32_t nbytes)
{
    USB_LOG_RAW("actual out len:%d
", nbytes);
    /* setup next out ep read transfer */
    usbd_ep_start_read(busid, CDC_OUT_EP, read_buffer, 2048);
    for (int i = 0; i < nbytes; i++) {
        printf("%02x ", read_buffer[i]);
    }
    printf("
");
}

驗(yàn)證

然后插上開(kāi)發(fā)板的USB HS那個(gè)USB接口，用串口工具發(fā)個(gè)數(shù)據(jù)包：

可以看到已經(jīng)識(shí)別成了USB串行設(shè)備，PID 和VID也是我自己設(shè)置的0xE6E9和0x1122，后續(xù)上位機(jī)與開(kāi)發(fā)板建立通訊鎖定COM號(hào)就是依靠PID VID來(lái)查詢(xún)實(shí)現(xiàn)，使用串口工具給開(kāi)發(fā)板發(fā)送的數(shù)據(jù)也可以正常接收到。

上位機(jī) 時(shí)間原因上位機(jī)做的比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了如下幾個(gè)功能：

讀取電腦的CPU、GPU的占用率和溫度信息、獲取當(dāng)前時(shí)間

根據(jù)VID、PID查詢(xún)COM來(lái)與開(kāi)發(fā)板通訊，下發(fā)采集數(shù)據(jù)與時(shí)間

增加幀頭后發(fā)送到下位機(jī)，固定長(zhǎng)度32+2個(gè)字節(jié)

下位機(jī)數(shù)據(jù)更新 在開(kāi)發(fā)板端增加一個(gè)thread來(lái)負(fù)責(zé)把USB接收到的數(shù)據(jù)更新到屏幕上面，使用LVGL的API直接修改數(shù)據(jù)即可，代碼如下：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體：

typedef struct
{
    uint16_t cpu_usage;
    uint16_t mem_usage;
    uint16_t gpu_usage;
    uint16_t cpu_freq;
    uint16_t cpu_temperature;
    uint16_t gpu_temperature;
    uint16_t board_temperature;
} monitor_info_u16_t;
typedef struct {
    uint16_t wYear;
    uint16_t wMonth;
    uint16_t wDayOfWeek;
    uint16_t wDay;
    uint16_t wHour;
    uint16_t wMinute;
    uint16_t wSecond;
    uint16_t wMilliseconds;
} mytime_t;

在USB端點(diǎn)輸出的回調(diào)函數(shù)中增加消息隊(duì)列發(fā)送函數(shù)：

void usbd_cdc_acm_bulk_out(uint8_t busid, uint8_t ep, uint32_t nbytes)
{
    USB_LOG_RAW("actual out len:%d
", nbytes);
    /* setup next out ep read transfer */
    usbd_ep_start_read(busid, CDC_OUT_EP, read_buffer, 2048);
    for (int i = 0; i < nbytes; i++) {
        printf("%02x ", read_buffer[i]);
    }
    printf("
");
    if (34 == nbytes)
    {
        rt_mq_send(&usb_mq, read_buffer, 34);
    }
}

main函數(shù)中的接收消息隊(duì)列：

uint8_t read_buffer[128];
while (1)
{
    /* 從消息隊(duì)列中接收消息 */
    if (rt_mq_recv(&usb_mq, read_buffer, 34, RT_WAITING_FOREVER) > 0)
    {
        mytime_t* p_time_u16 = (mytime_t*)(read_buffer + 2);
        monitor_info_u16_t* p_info_u16 = (monitor_info_u16_t *)(read_buffer + 2 + sizeof(mytime_t));
        rt_kprintf("wYear         %u
", p_time_u16->wYear);
        rt_kprintf("wMonth        %u
", p_time_u16->wMonth);
        rt_kprintf("wDayOfWeek    %u
", p_time_u16->wDayOfWeek);
        rt_kprintf("wDay          %u
", p_time_u16->wDay);
        rt_kprintf("wHour         %u
", p_time_u16->wHour);
        rt_kprintf("wMinute       %u
", p_time_u16->wMinute);
        rt_kprintf("wSecond       %u
", p_time_u16->wSecond);
        rt_kprintf("wMilliseconds %u
", p_time_u16->wMilliseconds);
        rt_kprintf("cpu_usage         %u
", p_info_u16->cpu_usage);
        rt_kprintf("mem_usage         %u
", p_info_u16->mem_usage);
        rt_kprintf("gpu_usage         %u
", p_info_u16->gpu_usage);
        rt_kprintf("cpu_freq          %u
", p_info_u16->cpu_freq);
        rt_kprintf("cpu_temperature   %u
", p_info_u16->cpu_temperature);
        rt_kprintf("gpu_temperature   %u
", p_info_u16->gpu_temperature);
        rt_kprintf("board_temperature %u
", p_info_u16->board_temperature);
        lv_label_set_text_fmt(guider_ui.screen_label_cpu_temp, "%2d", p_info_u16->cpu_temperature);
        lv_label_set_text_fmt(guider_ui.screen_label_gpu_temp, "%2d", p_info_u16->gpu_temperature);
        lv_label_set_text_fmt(guider_ui.screen_label_cpu_load, "%2d", p_info_u16->cpu_usage);
        lv_label_set_text_fmt(guider_ui.screen_label_gpu_load, "%2d", p_info_u16->gpu_usage);
        lv_arc_set_value(guider_ui.screen_arc_gpu_load, p_info_u16->gpu_usage);
        lv_arc_set_value(guider_ui.screen_arc_gpu_temp, p_info_u16->gpu_temperature);
        lv_label_set_text_fmt(guider_ui.screen_time, "%02d:%02d", p_time_u16->wHour, p_time_u16->wMinute);
        lv_label_set_text_fmt(guider_ui.screen_date, "%02d.%02d.%02d", p_time_u16->wYear, p_time_u16->wMonth, p_time_u16->wDay);
    }
}

成品效果

目前支持了對(duì)于時(shí)間、日期、CPU、GPU 的占用率和溫度信息，其他的信息還在完善當(dāng)中。

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