20分钟搞定嵌入式GUI,这个国产“柿饼”不简单

2019-01-04 14:20:00
viprt
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摘要:做电子硬件开发,常常要为设计一个良好的用户界面(UI)伤透脑筋。因为界面开发是个细致活,设计一个界面,往往是写很多代码,对控件进行多次调试,效果仍然不能尽如人意。

做电子硬件开发,常常要为设计一个良好的用户界面(UI)伤透脑筋。因为界面开发是个细致活,设计一个界面,往往是写很多代码,对控件进行多次调试,效果仍然不能尽如人意。而且,随着智能手机的普及,传统键盘/鼠标式的PC操作体验和仿Win95/Win98风格的嵌入式图形用户界面(GUI)已经不能满足用户需求,以轻触、滑动、拖拽、缩放等为代表的触控方式、通过“语音/面部识别+屏幕”方式产生拟人化效果等都正在成为人们的新宠。与之对应,嵌入式GUI技术也出现了翻天覆地的变化。


狭路相逢勇者胜


“坦率的说,3-4年前,嵌入式市场对于GUI的需求远不如现在旺盛,低端的串口屏、点阵屏完全能够满足应用需求。但目前在以洗衣机、微波炉、油烟机、净水器、空气净化器、空调为代表的智能家电领域,和以仪器仪表、工业设备为代表的工业领域,对人机交互系统极为看重,这给GUI产品提供了广阔的市场。”睿赛德电子科技首席运营官邹诚说。


旋转木马特效


而在目前主流的嵌入式GUI开发技术中,RT-Thread/Persimmon、TouchGFX和emWin是最受人瞩目的。


RT-Thread/ Persimmon是国内主导开发的实时线程操作系统RT-Thread中的图形用户界面,是一款面向嵌入式系统的,具备多窗口,多线程的,类似Android界面效果的C++ GUI,构建于RT-Thread物联网操作系统之上。目前也已经发展到了RT-Thread/Persimmon 2.0,支持设计器及脚本方式开发。


尽管稍逊于安卓系统显示效果,但其资源占用率相比Linux方案低一个数量级,比安卓系统更是低几个数量级,成本也不高,适用于基于arm Cortex-M7/M4内核MCU、基于arm 9/arm 11/Cortex-A7内核的应用处理器/AI芯片之上。目前在NXP、全志等芯片上均有采用RT-Thread/Persimmon产品,在智能家居、楼宇自动化系统/设备以及音视频系统中得到了广泛应用。


emWin是由德国Segger公司针对嵌入式平台开发的稳定、高效的图形软件库,属于老牌的嵌入式GUI,有着十几年的历史,软件架构和功能比较成熟。通过调用emWin提供的函数接口,开发嵌入式图形界面应用变得简单而快捷,但显示效果偏Win95/Win98风格。


TouchGFX是一个采用C++语言编写的软件框架,可为嵌入式GUI提供出色的图形和流畅的动画,资源和功耗需求也很低,是RT-Thread/Persimmon的主要竞争对手。美中不足的是TouchGFX开发易用性较差,开发周期性长,而且其供应商Draupner Graphics已于今年7月被意法半导体(ST)所收购。


RT-Thread创始人兼睿赛德电子科技总经理熊谱翔在接受《电子工程专辑》独家专访时表示,RT-Thread原有的以C语言模拟面向对象技术进行开发的RTGUI在代码简洁性、可读性和实用性上难以满足需求——简单来说,由触控GUI带来的面向对象需求,虽然使用C语言能够实现,但太过繁琐、复杂,和公司一直以来追求的简洁之美背道而驰。思考再三,他们决定依照现代化GUI风格重写GUI组件,即以C++为基础,支持多点触摸,提供类似signal/slot信号槽的使用方式,包括各种动画特效等。而这一支持界面动画效果的全新GUI,RT-Thread将其称之为柿饼(Persimmon) UI。


不一样的柿饼


考虑到GUI已经成为人与机器沟通的桥梁,且嵌入式系统对GUI的需求越来越高,而这一切均要求有一个轻型、占用资源少、高性能、高可靠、可配置及美观的GUI支持。


如前文所述,Persimmon是以C++编写的,因为GUI上的一系列控件以C++面向对象的方式来描述会更合理,例如一个button,一个label,一个image,每个对象有他们自己的属性、方法等。当然C++也会带来一些问题,比如调试困难,开发周期长。为了某一效果,代码反复迭代不说,做出来的UI效果还不像安卓、iOS那样炫丽,千篇一律等。

Persimmon GUI结构框图


熊谱翔说,在这类传统GUI开发过程中,他们发现开发人员面临的痛点除了调试困难外,学习成本高,上手难度大,各种绘图API让人头大。更要命的是,UI一旦确定,后期维护困难,无法升级。


为了最大程度地降低上手难度,柿饼UI对原来的Persimmon 1.0版本进行了升级,变成了2.0版本,并把复杂的UI效果都封装成一个个的控件,同时对控件的配置要求降到最低。设计人员只需通过拖 - 摆 - 轻配,就能完成整个UI效果的设计,所见即所得。目前,柿饼UI设计器支持21个控件,不仅覆盖了开发者日常基本的需求,还有“旋转木马”这样具备炫酷特效的控件。


飞机大战Demo


同时,柿饼UI也强调快捷的开发方式,采用了美工+“前端”模式的设计理念,类似前端的小程序编程,使用JavaScript脚本语言来编写用户业务逻辑。也就是说,在美工准备好素材的前提下,设计人员只需通过柿饼UI设计器设计好UI框架,再通过JavaScript脚本语言,只需几行代码就可以实现控件间复杂的事件传递,行为响应等。这种做法,可将调试时间从之前的2-3个月大幅缩短至1周左右,开发者只需把精力集中在逻辑控制上即可,极大提升了开发效率。同时,柿饼UI设计器支持板级效果仿真,在PC端仿真的同时就能体验到真机运行的效果。效果满意后,开发人员可以在设计器内通过USB一键下载到设备,非常方便。

传统GUI和柿饼GUI对比图


作为中国人自己开发的GUI,尊重国人的开发体验是RT-Thread的头等大事。邹诚说,希望不管是控件的配置细节,还是软件的使用体验,都能够最大程度迎合用户的使用习惯,让大家一看就会,一用就能出成品,最大程度的降低开发难度和成本。


柿饼GUI支持对底层硬件的C/C++拓展。用户可以通过native C/C++ SDK生成动态链接库.so文件,加载到柿饼GUI内,然后就可以通过JS代码直接调用该动态库控制底层硬件了。而在设备联网的情况下,还可以通过OTA远程升级维护固件、UI应用等,摆脱了此前设计一旦定稿量产后,很难再对UI进行升级或者改动的尴尬。


针对有用户质疑柿饼UI并未开放出全部代码的做法,邹诚解释称,RT-Thread操作系统的推广与生态系统搭建仍然是公司的核心战略,开源免费是前提,这是毋庸置疑的。因此,工程师可以从官网上下载90%以上的相关资源。但是,考虑到公司的研发投入和代码使用维护的难度,确实有少数组件没有实现开源,需要与相关企业展开授权合作。


“相关企业自主开发GUI,或是寻找第三方替代方案目前来看都是不现实的,因为GUI控件的开发难度非常高。所以用户对于收费模式其实并不反感,但前提是我们必须要能够提供易开发、效果好、资源占用率低的高品质产品。”熊谱翔补充说。“我们正在计划推出高性价比的标准硬件模块,中小型客户可以直接内置于他们的终端当中,通过我们提供的UI设计器等工具,快速开发出带有酷炫GUI图形显示的产品”。


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