uc/gui是一個優秀的嵌入式圖形用戶界面，這幾天的工作就是將它移植到nios II系統上。前人也做了一些工作，不過大部分都是針對其他硬核處理器，針對nios II軟核處理器的移植資料那簡直是鳳毛麟角。在閱讀了相關文檔後，我決定自己親自動手實踐，這下面的很多過程都是自己摸索出來的，並透過了實驗的驗証。這只是一個初步的移植，也許在以後的更複雜的應用中，還需要對其進行調整。但對目前我的應用而言，應該足夠了。
寫這篇文章的目的一是由於自己記性不好，所以需要給自己留個備忘，免得以後忘的一干二淨；二是給有需要的朋友提供一些參考，也好相互交流，共同進步。請大家多提寶貴意見。
一、源碼和文檔下載
http://www.ucgui.com/上有很多不同版本的源碼下載，目前能下到的最新版本是3.98，不過還有一些組件不是很完整，但作基礎開發已經夠用了。
ucgui3.98源碼下載位址︰uC-GUI-V3-98.zip。
ucgui最新版用戶手冊下載位址︰uC-GUI-user.rar。
開發軟體︰quartus II 6.0, Nios II IDE 6.0。
二、移植過程
先來看看解壓後都有些什麼東西︰
如圖，核心的東西包括Config和GUI兩個檔案夾，這裡面是ucgui的所有源碼和配置檔案。ConvertColor包含彩色轉換函數，ConvertMono包含灰度到彩色轉換的函數，Core包含核心程式，Font是字體檔案，LCDDriver包含多種控制單元驅動，Widget是視窗控件庫，WM是視窗庫，提供複雜的功能。其他檔案夾包含一些應用範例以及一些有用的工具，留待慢慢探索。
1、config檔案的移植︰
Config檔案夾是ucgui的配置檔案夾，裡面有3個檔案︰
GUIConf.h︰gui的基本屬性配置檔案，有很多開關可以配置，具體可以參考ucgui的用戶手冊，這裡只需配置幾個必要的參數如下︰
#ifndefGUICONF_H
#define GUICONF_H
#define GUI_OS (1) /* 支援作業系統，nios系統自帶了ucosII，所以我們選擇此項，使gui支援該作業系統*/
#define GUI_SUPPORT_TOUCH (0) /* 支援觸摸屏，由於暫時沒有用觸摸屏，所以關掉這個開關*/
#define GUI_SUPPORT_MOUSE (0) /* 支援滑鼠，暫時關閉 */
#define GUI_SUPPORT_UNICODE (1) /* Unicode字元串支援*/
#define GUI_DEFAULT_FONT GUI_Font6x8/* 預設字體*/
#define GUI_ALLOC_SIZE 12500/* WM和memery device分發的內存*/
#define GUI_WINSUPPORT 1 /* Window manager available */
#define GUI_SUPPORT_MEMDEV 0 /* Memory devices available，由於下載到的源代碼中缺少memery device組件的源碼，所以關閉此項 */
#define GUI_SUPPORT_AA 1 /* Anti aliasing available */
#endif /* Avoid multiple inclusion */
LCDConf.h︰LCD控制單元的硬體配置檔案，這個檔案與硬體直接相關，一般是根據你所使用的LCD的類型和所用的LCD控制單元的類型來配置。我的配置是一塊640*480的TFT LCD，支援18位色，不過我只使用16位，RGB565色彩模式，足矣。LCD控制單元就是自己寫的一個硬體模塊，掛在avalon匯流排上，負責讀取顯示緩沖區中的數據，然後按照該LCD的時序輸出顯示到LCD上。顯示緩沖區直接開辟在系統內存中，系統使用一塊SDRAM作為系統內存，CPU可以直接對其進行32位讀寫訪問。透過仔細閱讀ucgui的用戶手冊，可以知道，在我這種硬體配置條件下，可以選擇LCDLin32.c這個驅動檔案（後面將詳細講述對LCDLin32.c的修改與移植），那麼對應了LCD_CONTROLLER 必須配置為3200。
#ifndef LCDCONF_H
#define LCDCONF_H
#define LCD_XSIZE (640) /* X-resolution of LCD, Logical coor. */
#define LCD_YSIZE (480) /* Y-resolution of LCD, Logical coor. */
#define LCD_BITSPERPIXEL (16) /* 每個象素點需要的Bit數 */
#define LCD_CONTROLLER 3200 /* 控制單元名稱 */
#define LCD_ENDIAN_BIG 0 /* 選擇little endian */
#define LCD_FIXEDPALETTE 565 /* 選擇RGB565色彩模式 */
#define LCD_SWAP_RB 1 /* gui預設為GRB565，定義這個開關可以使之轉換為RGB565，即交換R和B */
//#define LCD_VRAM_ADR 0x20000000 /* 顯示緩沖區起始位址，這個宏定義定義了顯示緩沖區的位址，在驅動檔案LCDLin32.c中要用到這個位址。由於我的顯示緩沖區要在程式營運起來之後，由malloc函數在系統內存中分發，所以這個位址無法預先定義。於是我取消了這個宏定義，而改為一個指標變量，直接放在LCDLin32.c中，透過修改其中的一些函數定義，完全可以實現這樣的改變。 */
//#define LCD_READ_MEM(Off) IORD_32DIRECT((U32 *)LCD_VRAM_ADR + ((U32)Off) << 2),0)
//#define LCD_WRITE_MEM(Off,data) IOWR_32DIRECT((U32 *)LCD_VRAM_ADR + ((U32)Off) << 2),0,Data)
/* 使用驅動LCDLin32.c需要定義的函數，用於讀寫顯示緩沖區，由於把顯示緩沖區的位址指標放到LCDLin32.c中去了，所以這兩個函數也直接放到LCDLin32.c中去，在這裡就可以不要了 */
#define LCD_INIT_CONTROLLER() LCD_Controller_Init()/* LCD 控制單元初始化函數，由gui_init()調用，我在這裡替換為自己的控制單元初始化函數LCD_Controller_Init()，該函數在後文中敘述 */
#endif/* LCDCONF_H */
GUITouchConf.h︰觸摸屏的配置檔案，暫時沒有使用。
至此，config檔案移植完畢。
2、LCD device驅動的移植
這裡所說的LCD device驅動移植主要是指前面所說的LCDLin32.c檔案的修改。LCDLin32.c在GUI/LCDDriver檔案夾中，其中定義了幾個關鍵的函數，用於gui對顯示緩沖區進行操作，如
void LCD_L0_SetPixelIndex(int x, int y, int PixelIndex)/* 畫點 */
unsignedint LCD_L0_GetPixelIndex(int x, int y)/* 讀點 */
void LCD_L0_XorPixel(int x, int y)/* 異或點 */
void LCD_L0_DrawHLine(int x0, int y, int x1) /* 畫水準線 */
void LCD_L0_DrawVLine(int x, int y0, int y1) /* 畫垂直線 */
void LCD_L0_FillRect(int x0, int y0, int x1, int y1) /* 矩陣填充 */
void LCD_L0_DrawBitmap(int x0, int y0,
int xsize, int ysize,
int BitsPerPixel,
int BytesPerLine,
const U8 GUI_UNI_PTR * pData, int Diff,
const LCD_PIXELINDEX* pTrans) /* 畫位圖 */
void LCD_On (void) /* 打開LCD */
void LCD_Off (void) /* 關閉LCD */
由於我的LCD不具備打開和關閉功能，所以LCD_On()和LCD_Off()定義為空函數。在上述的幾個畫點畫線函數中，與硬體（顯示緩沖區）直接相關的就是
LCD_WRITE_MEM(Off,data)/*寫存儲器*/
LCD_READ_MEM /*讀存儲器*/
我們只需要將這兩個宏定義修改一下，使之指向我們自己定義的操作。由於這兩個函數是對顯示緩沖區進行讀寫操作，所以需要先知道顯示緩沖區的起始位址，在我的系統中該緩沖區由malloc函數得到，於是需要預先定義一個指標變量，用來存儲顯示緩沖區的首位址:
U32 *lcd_framebuffer0; /* our frame buffer first address */
但是預編譯無法處理malloc函數，所以我將這個操作放到自定義的LCD_Controller_Init()函數中執行。這裡使用了Nios系統中hal庫的一些函數，所以需要先包含相應的頭檔案︰
#include
#include
#include
#include
#include
#include"io.h"
#include"sys/alt_alarm.h"
#include"sys/alt_cache.h"
#include"system.h"
#include"priv/alt_file.h"
這其中實際上有幾個頭檔案是沒有必要包含進來的，不過我也沒去管它，所以就都寫在這裡了，應該不會有什麼害處。
#define LCD_BYTESPERFRAME LCD_XSIZE * LCD_YSIZE * LCD_BITSPERPIXEL / 8
void LCD_Controller_Init(void)
{
lcd_framebuffer0 = (U32 *)alt_uncached_malloc(LCD_BYTESPERFRAME);
memset( (void *)lcd_framebuffer0, 0x0, LCD_BYTESPERFRAME ) ; /* reset the frame buffer to 0x0 */
IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 0, 0x0 ); /* Reset the VGA controller */
IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 4, lcd_framebuffer0 ); /* Where our frame buffer starts */
IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 8, LCD_BYTESPERFRAME ); /* amount of memory needed */
IOWR_32DIRECT( VGA_CONTROLLER_0_BASE, 0, 0x1 ); /* Set the go bit. */
}
這個函數初始化了顯示緩沖區，並對LCD控制單元進行配置，使之正確營運。其中，VGA_CONTROLLER_0_BASE是LCD控制單元的基位址，由system.h檔案定義，所以要將它include進來。LCD_BYTESPERFRAME為每幀需要的位元組數。由宏定義得到。這樣，在系統調用GUI_Init()函數時，LCD_Controller_Init()函數也會被調用，這就可以保證gui在做任何操作以前，顯示緩沖區都已經準備好了，LCD控制單元也已經配置好並已經開始營運了。
實際上，LCDLin32.c檔案中對LCD_READ_MEM和LCD_WRITE_MEM已經做了定義，有了lcd_framebuffer0這個指標變量之後，我們只需要對LCD_READ_MEM和LCD_WRITE_MEM定義做一些修改，使之指向lcd_framebuffer0所指的緩沖區即可︰
#define LCD_READ_MEM(Off) (*((U32 *)lcd_framebuffer0 + ((U32)Off)))
#define LCD_WRITE_MEM(Off, Data) *((U32 *)lcd_framebuffer0 + ((U32)Off)) = Data
這樣，LCDLin32.c就基本上修改完畢了。當然，我們還可以修改其畫點，畫線，矩陣填充，畫位圖等函數，使之對於我們特定的硬體更加優化，以提升執行效率，這是後話。到目前為止，gui已經能夠正確地操作我們的硬體了。
三、營運第一個程式︰hello_gui
下面，我們就讓剛移植好的gui到實際的系統上去營運一下。
1、配置好FPGA的硬體；
2、打開nios II IDE，以hello_world工程為模版建立一個新的工程hello_gui；
3、將ucgui的Config和GUI兩個檔案夾（包含有我們剛剛修改過的幾個檔案）複製到工程目錄下；
4、在hello_gui工程選項中添加如下include paths︰
yourprojectdir/software/hello_gui/Config
yourprojectdir/software/hello_gui/GUI/Core
yourprojectdir/software/hello_gui/GUI/Widget
yourprojectdir/software/hello_gui/GUI/WM
5、修改hello_world.c的內容為︰
#include"GUI.H"
void main(void) {
GUI_Init(); /* 初始化GUI，同時初始化LCD控制單元和顯示緩沖區 */
GUI_SetBkColor(GUI_BLUE); /* 設定背景色為藍色*/
GUI_Clear(); /* 清屏為背景色 */
GUI_SetColor(GUI_RED); /*
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