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在2024年全國大學生嵌入式芯片與系統設計競賽中，各大高校學子紛紛展現出卓越的創新能力和扎實的技術功底。今天，特別為大家分享獲獎作品——USB一線通監控副屏，它以其獨特的設計和實用的功能贏得廣泛好評與認可。

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

環境搭建

環境變量配置

為了提高一些編譯的速度，選擇了在Linux系統下進行開發，在Linux上開發N947需要先安裝 env 工具https://github.com/RT-Thread/env，按照說明文檔進行安裝即可，然后配置一些環境變量：

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的根文件夾中獨立出來的話，需要刪除工程中Kconfig文件的這行代碼：

代碼高亮

這里使用VSCode中的Clang插件，代碼高亮和補全可以通過使用編譯時候生成的 compile_commands.json文件來實現，而RT-Thread的工程是采用的scons工具，所以可以使用scons_compiledb這個python包來生成compile_commands.json 實現代碼高亮，修改過的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這個開發板預留了一個FlexIO接口可以適配8080的并口屏，于是做了一個屏幕拓展板，把手里閑置的屏幕用起來：

實物如下，觸摸排線座子有點偏下，不過不影響功能：

屏幕手冊說明分辨率是240*320驅動芯片是ST7789V、觸摸芯片是FT6336G，而官方的SDK中是有ST7796和FT5406的驅動代碼的，后續還需要稍作修改:

驅動適配

在官方的SDK中有ST7796和FT5406的驅動程序，直接移植過來即可，同時也把 EDMA和SMARTDMA的驅動復制了過來，修改一下屏幕的初始化序列即可驅動屏幕：

LVGL 適配

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

然后在board中新建一個lv_conf.h文件，填入關于LVGL的一些配置，因為許多配置在menuconfig中有所設置，所以這里的配置項并不多:

#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

?復制過來的lvgl_support中有對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 的驅動程序有EDMA + FlexIO和SMARTDMA + FlexIO兩種驅動方式，具體區別不太了解，不過可以運行LVGL的Benchmark測試來看下結果，左邊是SMARTDMA運行的結果，右邊是EDMA的結果，可以看到前者的FPS更高。后續也就繼續采用SMARTDMA + FlexIO的驅動方式:

界面設計

使用操作簡便的GUI Guider設計一個界面，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 LV_LVGL_H_INCLUDE_SIMPLE 的預定義，因為生成的代碼默認包含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，具體代碼可見開源地址:

USB通訊

適配 CDC

完成了下位機的界面的初始化繪制，后續的任務當然就是怎么把數據采集并發送給下位機來更新界面的數據了，下面先完成USB的通訊，這里使用的是RTT官方推薦的CherryUSB這個開源USB協議棧:

將如下鏈接中的適配代碼復制到工程中:

https://github.com/CherryUSB/cherryusb_mcx

因為傳輸的數據比較單一，這里使用串口屏的思路，直接用CDC_ACM的通訊方式，也就是在上位機顯示為一個USB轉串口設備，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

將剛才復制到工程中的CDC_ACM 的 demo程序中端點收發的程序做如下修改，增加對于輸入信息的回顯：

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("
");
}

驗證

然后插上開發板的USB HS那個USB接口，用串口工具發個數據包：

可以看到已經識別成了USB串行設備，PID 和VID也是我自己設置的0xE6E9和0x1122，后續上位機與開發板建立通訊鎖定COM號就是依靠PID VID來查詢實現，使用串口工具給開發板發送的數據也可以正常接收到。

上位機 時間原因上位機做的比較簡單，實現了如下幾個功能：

讀取電腦的CPU、GPU的占用率和溫度信息、獲取當前時間

根據VID、PID查詢COM來與開發板通訊，下發采集數據與時間

增加幀頭后發送到下位機，固定長度32+2個字節

下位機數據更新 在開發板端增加一個thread來負責把USB接收到的數據更新到屏幕上面，使用LVGL的API直接修改數據即可，代碼如下：

數據結構體：

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端點輸出的回調函數中增加消息隊列發送函數：

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函數中的接收消息隊列：

uint8_t read_buffer[128];
while (1)
{
    /* 從消息隊列中接收消息 */
    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

目前支持了對于時間、日期、CPU、GPU 的占用率和溫度信息，其他的信息還在完善當中。