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参赛作品《可用C代码快速开发的液晶屏人机控制器》完成
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发表于2018-06-19 16:20:48
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电梯直达
【报名阶段需要填写的内容】 1. 参赛者姓名(必填项): 李工 2. 单位或学校名称(选填项): 北京艾博智电子科技有限公司 3. 当前职务或职称(选填项): 总工 4. 参赛作品的名字(必填项): 可用C代码快速开发的液晶屏人机控制器 5. 简要陈述您的idea和作品(必填项): 随着物联网大趋势的推进,很多电器都升级为智能电器,而智能电器就需要一块屏幕,能显示更复杂的信息和控制,这就出现了一个特殊的行业,也就是UI体系;但是目前的UI体系要么成本非常高,要么开发起来非常费劲,为此我们着手解决这个问题;大家可以理解为把以前的486电脑整合成一个非常小型化的设备,有良好的开发体系和非常便宜的价格,这样才能切入产业链量产; 这个产品的核心是需要找一个脚本解释器,同一块屏幕,用户上传不同的脚本,即可展现不同的应用;配合相对应的量产程序,即可迅速制作复杂界面的产品; 开始以为做这么一个产品不难,毕竟有lua、miniPython等脚本语言,如果我们定位使用类似stm32f429系列的芯片,可以很容易实现,但是那没有商用价值,顶多算科研研发项目,因为这样这款屏幕量产后生产成本导致的最后售价也会将近200元;因此,我们的目标是在10元以内的MCU上完成这样的功能;(若压缩掉SDIO驱动TF卡,文件读写类,可以压缩到5元左右的芯片上跑) 我们的产品定位于工控,也就是说,必须解决MCU内存不停分配回收导致的碎片问题,否则不可能长期工作;其次,对内存(RAM)的苛刻要求,也就造就了没有先例,我们主要的一个要求,就是不管你写的程序如何复杂,代码如何长,或者说有一个界面,还是有100个界面,要求的RAM内存必须是一定的,不能说界面数量大,就要求RAM需求大,为此我们费了前面的4个版本,历时4年的开发,才有了现有的内核版本,在这中间我们深刻的理解“没有核心技术”就没有产品 这个道理; 好了,我们来说说产品:首先整个模块对外,有2个串口和6个IO口,带一块3.5寸480*320的触摸屏(也可以有其他尺寸的屏),其中一个串口连用户的单片机或PLC,可以进行输入输出数据的传递和对各种协议进行脚本解析;另一个串口接ESP8266或NBiot;6个IO可以自行设置输出,输入,AD输入,可由代码控制; 在软件书写上,我们提供上位机开发,可以直接基于上位机开发,代码非常简单,比如: class b1=loadcom(button); //加载按钮的控件 void b1.onclick() //按钮被按下的事件 { gpio(1,1); //1号GPIO 开,输出高电平 } start(); //界面启动,开始运行 在开始,我们提供了大量的,包括按钮,图标,菜单,动态GIF ,选择项,等大量的UI组件,可以供用户使用,更关键的是,所有的UI组件也是由脚本直接开发而来的,并支持编译后非源码交付使用,这样可以在整个生态上大家迅速制作出大量的控件,也就是说任何有不满足的需求,就可以自行设计控件,控件的开发也很简单,基本就是使用GD语句完成静态显示和数据的动态显示,以及处理鼠标事件的显示而已,非常方便; 软件开发上,用户只需要将所需的控件拖拽到屏幕上,设置相应的属性,然后写相应操作后事件的处理代码,既可;对外的串口协议进行了封装,也变成可某个控件的事件;对于需要扩展IO控制的,只需上传数据包即可,界面通过数据绑定逻辑会自动刷新显示,无需写代码; 这个项目在设计上,考虑了所有的商业因素,比如量产、代码编译加密、防拷贝等因素,而且成本控制的比较好,大约3.5寸的屏最终成品模块可能100元(最新的测算,如果找到资金,进行SIP级别的封装,10K级别的产量,就可以做到销售价70元左右)出头,非常适合应用到各种产品的产业链条中;真正做到“开发板的方便,核心板的价格“; 6. 拟用到的立创商城在售物料(必填项): https://item.szlcsc.com/142738.html GD32f303rct6 https://item.szlcsc.com/175500.html 25Q64 https://item.szlcsc.com/19779.html xpt2046 7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充(必填项): 一块3.5寸液晶屏 8. 拟用到的EDA工具软件名称(必填项): 绘制PCB 力创EDA 【作品正式发表(报名成功后进入设计阶段)需要填写的内容】 一、作品简介 例如,可以包括但不局限于以下内容: 1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片; 2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景; 见立项陈述; 3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面,有哪些亮点可体现? 立项陈述中已经讲了,这里再强调一下,我们主要的创新点在于在生态上的技术创新,也就是说,软硬件设备的普及难度很大主要因为要求用户起点水平较高,如果能大幅度降低使用用户的门槛,那将是一个不朽的产品,比如 Micro:Bit 开发板,拥有海量的用户基础,但是他的缺点也很暴露,就是价格太贵,定义市场为教学市场,在实际产品设计中没有人会采用micro:bit;而我们的方法不同,首先使用产业链整合降低成本,3.5寸70元的售价,可以迅速切入用户的产品产业链中,同时把用户分为两种,写控件的和用控件的,这样可以覆盖更多的不同层次的用户,如果我们加大投入,再设计出不少与之匹配的模块,比如AD,电压电流表、电机、温湿度、PM2.5、WIFI、NBIOT、LORA.....那将对教学用户产生根本性质的影响,相信将来,不再有学生在写什么“万年历”程序,因为,用此系统可以在数分钟之内搭建一套; 在语言上,我们丢弃了C语言中比较难理解的指针概念(这是很多单片机开发者学习C语言的拦路虎),相比我们引入了直接的str变量,可以直接操作字符串;进一步降低学习难度; 二、系统构架图 用流程图或思维导图等形式,描述您的作品的组成构架,即方案图。
本系统的原理并不复杂,观看上图基本都可以理解,但是难度在于软件的工作量相当的大,图上的每一个小块分类都是一个海量的代码体系,且必须是高质量的代码; 说实话,如果代码现在丢了的话,不知道还有没有勇气再重新搞一次,太累了; 三、硬件部分的描述 1.附上原理图&PCB实物图的图片或者源文件(官方建议大家尽量用源文件上传),如果是图片,请确保图片是清晰可辨的;
上传的图只是示意图,详细,请直接访问: 在硬件实现上,电路并不复杂,中间一块GD32F303RCT6,通过SPI连接flash psram存储器和25Q64的存储器,通过GPIO端口连接液晶屏,以及触摸屏IC 2046,剩下的就是串口以及扩展引出等;屏幕的背光通过PWM端口进行调制; 2.用文字把该作品的实现原理、系统的工作过程大致讲解一下。 工作原理其实没有什么可以讲的,基本上就是大学教材《编译原理》的翻版,这里就不再重复了,我们主要讲一下UI层面的选型: 大家知道,如何快速的驱动MCU接口的液晶屏是一个难点,尤其是在MCU选型上是个问题,开始我们考虑选型stm32F0 或F1 系列,但是此系列的SPI接口速度太低,只有18M,这样SPI 就成了整个系统的瓶颈,而F401系列,居然把PB11给搞丢了(我们需要PB0~~PB15 接MCU16位总线),而再往上的STM32就基本用不起了;然后我们考察了其他型号的MCU,发现GD32F303系列的SPI主频可以上到60M,且支持QSPI,价格10元左右,带SDIO,基本满足我们需求,这点上,比STM32强多了; 但是在实际研发过程中,也产生可很多意想不到的问题,比如官方GD32F303的库带的样例代码根本上不到60M,后来找到GD官方的技术支持,解决了这个问题,但是却发现QSPI的DMA仍然调不稳定(也不是不通,就是连续工作数小时候几率卡死),费了2~3个月去解决这个不稳定,那真是噩梦,最后还是决定选择普通SPI模式,因为发现GD32的AHB实际也达不到60MQSPI,因此60M QSPI其实意义不大,降低为SPI后,A2 A3 管脚腾出,可以变为第二个串口,看来有得必有失; 不过鉴于gd的具体情况,我们也在考虑是否有更好的选择; 现在,一副整屏图(480*320)刷新到屏幕上大约30ms左右,有了这个优良的参数,为屏的使用效果奠定了良好的基础; 硬件驱动的秘密就在于大量使用DMA来提速,以及双buf乒乓方案等等........ 剩下的就是各种语句的绘制,这些倒是不难,就是代码量非常的大;
3.注明所用到的EDA工具软件名称并附上设计链接。 立创EDA: https://lceda.cn/editor#id=|95c6f8ca348c4088a7d6d4664bfd7767|9fef2ce659574c60b76706734d75aa92 四、材料清单(BOM列表) 列出您这个作品所用到的主要器件(关键器件即可),比如单片机&ARM芯片、专用集成芯片(ASIC)、传感器、功能模块等。 如果所列出的芯片是来自我们立创商城上的,最好能写出该器件的商品编号或附上对应购买链接。 https://item.szlcsc.com/142738.html GD32f303rct6 https://item.szlcsc.com/175500.html 25Q64 https://item.szlcsc.com/19779.html xpt2046 还有一块外采购的3.5寸液晶屏,带TP的五、软件部分的描述(选填) 如果您的作品涉及到软件,请列出作品对应的软件工作流程图,及关键部分的例程、源码(如果您想开源的话请上传全部源码)。 内部的算法基本参考大学教材《编译原理》,这里不再讲述,这里我们来讲述三大机制: 1)控件机制: 控件是UI的核心,在各大编程语言UI界面中都有控件的概念,控件的概念来源于类的概念,有属性和方法的概念; 首先,我们来看一下一个控件的模板: //-------声明控件的基础属性,基础属性不可以修改,也不可以调整顺序 int x1=10;#defattr(x1,int,"左上角X1坐标"); int y1 = 10;#defattr(y1,int,"左上角y1坐标"); int x2 = 110;#defattr(x2,int,"右下角X2坐标"); int y2 = 50;#defattr(y2,int,"右下角y2坐标"); int status=0x00008080;#defattr(status,status,"状态寄存器"); int status2 = 0x0000; //--------开始在此定义控件的用户属性,比如以下常用属性:---------- //str text="演示系统";#defattr(text,str,"显示字符串"); //int dotm = 16;#defattr(dotm,select,"显示汉字的点阵大小","16:16点阵;24:24点阵;32:32点阵;48:48点阵;64:64点阵"); //int cc = 15;#defattr(cc,color,"显示汉字的颜色"); //int bc = 63;#defattr(bc,color,"背景颜色"); //int pic = 0;#defattr(pic,pic,"选择图片"); //--------开始定义内部属性,不加#defattr,即控件内部变量,在上位机属性列表中不出现 //比如: //int a=0; //---create():控件的初始化,可以在此书写有关默认参数的初始化 void create() { //在此书写当前页的初始化,比如根据图片的大小,重新计算x2,y2 } //---draw():绘制背景,所有不变的东西,不随数据变化的东西都称之为背景界面 void draw() { //在此书写绘制背景的语句 //automode(bc); or tranmode(n);//选择显示模式,具体讲解请参见语句说明书 } //---show():刷新前景数据,也就是自定义属性发生变化时,界面跟着变得部分 void show() { //在此书写刷新前景的语句 //automode(bc); or tranmode(n); //选择显示模式,具体讲解请参见语句说明书 } //----onmouse方法,用户点击触摸屏上的热区,会调用此方法,其中: //t:触摸模式: t=0 按下鼠标按钮,相当于触摸屏点击 ;t=1 鼠标移动 ;t=2鼠标抬起 //rn:热区编号,允许一个控件对应多个热区,多个热区靠rn变量识别,对于按钮等整个控件一个热区,可以忽视rn void onmouse(int t,int rn) { //在此书写有关热区处理方法的代码 } //----ontimer方法:status中设置的定时器会调用此方法 //当本控件有属性数值发生变化后,系统会自动调用show方法显示,定时器代码中无需操作界面 void ontimer() { //在此书写有关定期器对数据的修改代码 } //----在此书写其他的控件方法 //某个方法加: #defattr(方法名,function,"方法说明");语句后,在界面编辑时双击控件,可以在页面程序中立即继承此方法 首先,我们定义一些控件的属性和方法,如上例,属性就是变量,并使用#defattr 宏定义,定义描述,然后书写控件的create事件,绘制背景draw事件,刷新数据的show事件,还有鼠标事件,定时器事件等,于是一个控件就做好了,可以在页面(实际就是窗体)程序中隔离的重复引用,且属性隔离; ------------------------------------------- 2)CMD机制 由于是编译系统,系统最后以微码的方式发行(非源码),并最终提供量产加密方案,防止用户写的程序被非法复制; 但是考虑到实际使用,我们增加了CMD语句的解译: 即支持: l1.text="启动";l1.show(); 这样的语句解释执行,但不支持变量和表达式; 其中:l1.show();只是表示可以执行控件的方法示例,如果只是l1.text修改内容,修改后,屏幕会自动完成刷新显示,无需调用l1.show(); CMD机制用于屏幕和其他的单片机通信,当然也可以传输二进制数据包,到屏端使用代码进行协议翻译; 3)数据绑定机制 系统命令中支持 : $"电压"="5.0V"; bind(l1.text,"电压”); 就可以实现数据绑定,当单片机通过串口传入:$"电压"="5.0V";语句设置绑定变量后,所有绑定的控件属性会自动更新(所有界面,无需代码);同时我们可以指定一些绑定变量进行实例化存储,断电不丢失; 六、作品演示 请上传您的作品的功能演示到腾讯视频,并编辑到本楼(或附上视频链接)。按要求上传视频可获得10分,具体详见活动规则。 软件界面参见 8楼 截图 硬件屏幕操作视频: https://v.qq.com/x/page/w0757an3rcp.html 上位机操作视频: https://v.qq.com/x/page/e0761y489yy.html 七、总结 例如您在完成该作品过程中的一些体会、碰到的技术问题或调试经验、作品的未来规划,及对我们主办方的建议和意见等。 这个项目深深感觉到使用通用器件的痛,在各大MCU选型中徘徊不定,感觉真正产业级别的发展,应该从芯片的ASIC级别的来设计产品,可以大幅度降低成本,而通用器件就是通用器件,你能做,别人也能做,完全束缚产品经理的想象; |
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发表于2018-08-24 21:44:46
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