GUIX Studio (1)

Moduł ewaluacyjny SK-S7G2 (fotografia 1) jest przeznaczony do prototypowania i testowania aplikacji IoT. Wyposażono go w kolorowy wyświetlacz graficzny TFT 2,4” o rozdzielczości 240×320 pikseli. Panel wyświetlacza ma wbudowany sterownik ILI9341V produkowany przez firmę ILTEK. Komunikacja pomiędzy sterownikiem a mikrokontrolerem odbywa się przez interfejs równoległy pracujący w standardzie przemysłowym Intel 8080 lub przez SPI. Magistrala może mieć szerokość 8, 9, 16 lub 18 bitów.

W module SK-S7G2 użyto 16-bitowej magistrali równoległej zajmującej 27 linii portów mikrokontrolera. Moduł wyświetlacza jest połączony z płytką za pomocą taśmy elastycznej i specjalnego złącza. Jeżeli linie sterujące są potrzebne do innych celów, to taśmę można odłączyć.

Na ekranie LCD zamontowano dotykowy panel rezystancyjny ze sterownikiem SX8656 produkowanym przez firmę Semtech. Zmiany rezystancji są mierzone metodą techniczną przez przetworniki A/C o rozdzielczości 12 bitów. Sterownik komunikuje się z mikrokontrolerem za pomocą interfejsu I²C.

Oprogramowanie wyświetlacza graficznego jest pracochłonne. Aby zaoszczędzić czas potrzebny na napisanie na przykład procedur rysowania elementów, wykorzystuje się gotowe biblioteki prekompilowane lub z kodami źródłowymi albo aplikacje generujące procedury na podstawie graficznego projektu ekranu (ekranów) wyświetlacza.

W artykule opisano metodę, jak krok po kroku zaprojektować i zaprogramować ekran wyświetlający informacje na wyświetlaczu modułu. Do tego celu będziemy potrzebowali:

- Środowiska projektowego Synergy e2studio.
- Biblioteki Synergy Software Platform SSP.
- Aplikacji GUIX Studio.

Wymienione programy są dostępne po zarejestrowaniu się na stronie interentowej firmy Renesas.

Projekt e2studio

Pracę zaczynamy od utworzenia i wstępnego skonfigurowania nowego projektu w środowisku e2studio. W tym momencie zakładamy, że e2studio zostało wcześniej skonfigurowane do wspierania projektów utworzonych za pomocą Synergy i że zainstalowano kompilator GCC ARM Embeded z plikiem licencji. Ponadto ze strony Renesasa trzeba pobrać i zainstalować pakiet Synergy Software Package SSP. Te czynności zostały opisane w artykule na temat e2studio.

Najpierw tworzymy nowe środowisko projektowe (workspace) File -> Switch Workspace -> Other (rysunek 2). W oknie Workspace Launcher nadajemy unikalna nazwę – proponuję, aby teraz było to GUI_APP. Po kliknięciu na OK otworzy się okno pokazane na rysunku 3. Wybieramy opcję Workbench, po czym zostaje wyświetlone okno e2studio.

Teraz pora na nowy projekt. E2studio tworzy nowy projekt po wybraniu File -> New -> Synergy project (rysunek 4).

Nowy projekt musi być spersonalizowany: trzeba mu nadać nazwę – niech to będzie GUIApp. Następnie należy wybrać kompilator (GCC ARM Embeded) oraz podać ścieżkę dostępu do jego pliku licencji (jeśli nie zrobiono tego wcześniej). W kolejnym kroku z listy wspieranych modułów ewaluacyjnych wybieramy S7G2 SK oraz debugger J-Link ARM. W konfiguracji wybieramy opcję S7G2-SK BSP (rysunek 5)  Konfigurator utworzy szablon projektu pokazany na rysunku 6.

W tym momencie możemy przystąpić do konfigurowania projektu nazwanego przez nas GUIApp. Robi się to w oknie Synergy Configuration GUIApp. Zostaje ono otwarte automatycznie po wygenerowaniu szablonu, ale można je też wyświetlić, klikając na plik configuration.xml umieszczony w oknie projektu (rys. 6) lub na przycisk Synergy Configuration. Okno konfiguracji ma kilka zakładek: Summary, BSP, Clock, Pins itd. Konfiguracja jest dość skomplikowana i będzie się odbywała w wielu krokach. Musimy skonfigurować cały driver sterowania wyświetlaczem, począwszy od warstwy najwyższej, a skończywszy na warstwie sprzętowej.  Obsługa wyświetlacza będzie realizowana pod kontrolą RTOS ThreadX.

Nasza aplikacja ma budowę warstwową. Najwyższa warstwa aplikacji będzie zawierała procedury wygenerowane przez aplikację GUIX Studio oraz procedury użytkownika odpowiedzialne za synchronizację działania całej aplikacji. Kolejna, niższa warstwa, to warstwa HAL (Hardware Abstraction Layer) zawierająca procedury – drivery przeznaczone do obsługi bloków funkcjonalnych wbudowanych w mikrokontrolery Synergy. Jednak HAL jest warstwą niezależną od szczegółowych rozwiązań sprzętowych (hardware), różnych dla różnych typów mikrokontrolerów. Ta niezależność pozwala na użycie takich samych procedur, na przykład obsługi timerów wszystkich typów mikrokontrolerów. Na rysunku 7 pokazano schematycznie warstwę HAL w otoczeniu warstw wyższych i niższej BSP.

Najniższa warstwa BSP (Board Support Package) zapewnia współpracę aplikacji z konkretnym typem mikrokontrolera i jej procedury muszą być napisane dla każdego z nich osobno. SSP zawiera warstwę BSP dla modułów ewaluacyjnych DK-S7G2, PE-HMI1 i SK-S7G2. Na rysunku 8 pokazano budowę modułową biblioteki SSP z umiejscowieniem warstwy BSP. SSP dostarcza gotowe rozwiązania do obsługi biblioteki graficznej, interfejsu USB, rozwiązań sieciowych i systemu plików oraz własny system wielozadaniowy RTOS ThreadX.

Projekt interfejsu będzie się opierał na module portu GUIX Synergy umieszczonego w warstwie framework biblioteki SSP. Moduł portu i jego współpraca z warstwami niższymi HAL i warstwą fizyczną został schematycznie pokazany na rysunku 9. Port umożliwia współpracę aplikacji Express Logic GUIX z warstwami Framework i niższymi.

Konfigurowanie projektu zaczynamy od zakładki BSP i jej okna Properties. Wybieramy tu wersję biblioteki (w momencie pisania artykuły była dostępna tylko wersja 1.1.0) i typu wspieranego modułu ewaluacyjnego. W wierszu „RTOS being used” wybieramy opcję ThreadX (rysunek 10). Po wybraniu używanego RTOS dodajemy nowy wątek o nazwie Main Trherad. W tym celu w oknie konfiguracji wybieramy zakładkę Threads, potem klikamy na przycisk New – zostanie utworzony nowy wątek New Thread. We właściwościach wątku trzeba zmienić wartości domyślne: Symbol = main_thread, Name = Main Trhread, wielkość stosu = 2048 bajtów, priorytet = 6, interwał czasowy = 10 tick (rysunek 11).

Do tak utworzonego wątku w następnym kroku dodajemy moduł drivera wyświetlacza LCD (warstwa HAL). W tym celu w oknie Main Threads Modules klikamy na New i kolejno wybieramy Driver -> Graphics -> Display Driver on r_gldc (rysunek 12). Następnie dodany driver jest konfigurowany w oknie Properties, jak na rysunku 13.

Użycie systemu RTOS powoduje, że przesyłanie danych z/do sterownika wyświetlacza wymaga implementacji specjalnych funkcji komunikacyjnych. W tym wypadku będą to drivery i funkcje API interfejsu SPI. Strukturę interfejsu SPI Framework pokazano na rysunku 14. Jako pierwszy dodajemy driver komunikacji sterownika wyświetlacza z mikrokontrolerem (warstwa HAL). Jak poprzednio, w oknie Main Thread Modules dodajemy moduł New -> Driver -> Connectivity -> SCI Common (rysunek 15), a następnie New -> Driver -> SPI Driver on r_rspi. Dodanie tego ostatniego oraz jego konfigurację pokazano na rysunku 16. W kolejnych dwóch krokach dodajemy framework i driver D/AVE 2D warstwy framework (rysunki 17 i 18).

Jak wspomniano, obsługę interfejsu graficznego zapewnia w bibliotece SSP port GUIX. GUIX zawiera procedury zapewniające wsparcie projektowania interfejsów graficznych za pomocą zewnętrznego narzędzia GUIX Studio – programu dla komputera PC pozwalającego na szybkie projektowanie ekranów interfejsu graficznego z dodawaniem widżetów i przypisywanie im akcji w połączeniu z obsługą ekranu dotykowego. Dodanie funkcji framework GUIX oraz ich konfigurację pokazano na rysunkach 19 i 20.

W kolejnych krokach trzeba dodać funkcje do obsługi interfejsu dotykowego, do którego obsługi będzie używane przerwanie zewnętrzne. Interfejs dotykowy jest oparty na układzie scalonym SX8656. Zmiana stanu czujnika dotykowego generuje sygnał przerwania IRQ94, a mikrokontroler przez interfejs I²C musi odczytać nowy stan czujnika. Żeby obsłużyć przerwanie zewnętrzne i aby to przerwanie mogło synchronizować działanie wątków RTOS, trzeba dodać funkcje drivera i funkcje framework do obsługi zewnętrznego przerwania IRQ, jak na rysunkach 21 i 22.

Następnie dodajemy funkcje warstwy HAL do obsługi interfejsu I²C. We właściwościach drivera podajemy adres slave 0x48 układu kontrolera panelu dotykowego SX8656. Przy zmianie wszystkich pól name (nazwa) trzeba bardzo dokładnie wpisać nazwy modułów, bo potem do tych nazw będziemy się odnosili w funkcjach warstwy wyższej. Po dodaniu i konfiguracji funkcji obsługi przerwania zewnętrznego i interfejsu I²C trzeba dodać funkcje framework do obsługi panelu dotykowego. We właściwościach podajemy parametry, które będą potrzebne warstwie BSP: rozdzielczość pionową i poziomą w pikselach oraz pin mikrokontrolera przyłączony do zerowania sterownika panelu.

Na tym kończymy dodawanie i konfigurowanie funkcji drivera i frameworka biblioteki SSP niezbędnych do działania naszej aplikacji i przechodzimy do konfigurowania interfejsów komunikacyjnych i wyprowadzeń mikrokontrolera niezbędnych do poprawnego działania warstwy BSP. Na kolejnych rysunkach są pokazane kroki niezbędne do pracy systemu RTOS (rysunki 25, 26 i 27).

Tomasz Jabłoński, EP