主流嵌入式GUI框架盘点
2023-09-02 20:59:15 阿炯

早些年的单片机开发中,因为单片机的资源和性能的限制,很多都是使用文字菜单界面,这种界面让人感觉非常的朴实无华,内容言简意赅,如果使用图形库进行开发,产品一下子就让别人觉得有点高级感。现在来说,单片机资源和性能更为丰富,很多的嵌入式图形库都可以做出绚丽的界面。

嵌入式GUI框架对比

Features/框架LVGLFlutter-elinuxArkUI(鸿蒙OS)AWTKQTMIniGUIemWinuC/GUI柿饼UI
跨平台鸿蒙OS平台
设备驱动兼容性多种支持强大强大良好良好容易扩展强大强大强大
体积大小较大适中适中较大
开发环境C/C++DartC/C++C/C++C++C/C++C/C++C/C++C/C++
2D/3D图形2D3D渲染引擎2D/3D2D和3D2D和3D2D2D2D2D
社区支持与文档良好非常强大良好良好强大一般良好一般一般
多媒体支持部分部分,可能需额外实现部分部分部分部分部分部分部分
开发工具链支持支持Flutter提供的工具链支持支持支持支持支持支持支持
应用场景嵌入式设备、小屏幕设备设计独立于硬件需求鸿蒙OS平台相关应用嵌入式设备、大屏幕设备多平台多设备应用嵌入式设备嵌入式系统等嵌入式设备嵌入式设备
许可证/licenseMITBSD-style licenseApache License 2.0私有商业(需要购买)、开源(GPL/LGPL)私有,部分LGPL商业(需要购买)商业(需要购买)私有
费用/cost免费免费(开源)免费(开源)收费社区版免费、商业版收费部分免费/商业收费收费收费


下面仅介绍几款常用的图形库。

1、LVGL

LVGL免费开源的嵌入式图形库,可为任何 MCU、MPU 和显示器创建漂亮的UI界面,现在它可以使用UI 编辑器SquareLine Studio来简化开发。


代码可以直接到LVGL官方GitHub中提取,同时也提供了在线文档、Demo示例程序等,目前版本已经更新到了V8.3.4了。


1.1 特性
强大的构建块,例如按钮、图表、列表、滑块、图像等。
具有动画、抗锯齿、不透明度、平滑滚动的高级图形
各种输入设备,如触摸板、鼠标、键盘、编码器等。
使用 UTF-8 编码的多语言支持
多显示器支持,即同时使用多个TFT、单色显示器
具有类 CSS 样式的完全可定制的图形元素
独立于硬件:与任何微控制器或显示器一起使用
支持操作系统、外部存储器和 GPU,但不是必需的
单帧缓冲操作,即使具有高级图形效果
用 C 编写以获得最大兼容性(C++ 兼容)

1.2 硬件要求
绝大多数MCU都能满足要求。
16、32 或 64 位微控制器或处理器
推荐 大于16 MHz 时钟速度
闪存/ROM:> 64 kB 用于非常重要的组件(建议 > 180 kB)
内存:静态 RAM 使用:~2 kB,具体取决于使用的功能和对象类型
堆栈:> 2kB(建议> 8 kB)
动态数据(堆):> 4 KB(如果使用多个对象,建议> 48 kB)。由lv_conf.h中的LV_MEM_SIZE设置。
显示缓冲区:> “水平分辨率”像素(推荐>10× “水平分辨率”)

1.3 移植
lvgl移植到嵌入式项目中也比较简单,首先下载好源码、调好LCD的显示驱动程序(画点函数那些),画图函数与lvgl显示接口衔接上即可,stm32中有提供DMA2D优化显示驱动,lvgl也支持触摸屏触摸,有相应的接口,另外还需要提供时钟给lvgl(提供心跳,使其保持响应)。

1.4 模拟器
LVGL可以使用模拟器在Windows/Linux/MacOS下运行,这可以大大加快你的开发进程,调试也很方便,Sim源码(它有别于嵌入式源码)可以到GitHub中下载,需要用到SDL库。

1.5 配套工具
LVGL还提供了图形、文字转换工具等.......

2、emWin

emWin是Segger公司针对嵌入式平台开发的稳定、高效的图形软件库,适合用于任何图形LCD的操作应用,并可输出高质量的无锯齿的文字和图形。它是不开源的,只提供调用库。该公司授权给 ST、NXP,Energy Micro 等,凡是使用这些芯片厂商生产的处理器的都可以免费使用 emWin。ST芯片的emwin叫STemWin,其针对 ST 的芯片做了优化。

官方有各种工具下载,也提供了各种Demo示例程序。


2.1 可视化工具AppWizard
可视化工具可以大大加快开发,可以实时的查看制造的UI界面,便于细微的调整。英文版使用教程,中文版的教程有很多,例如安富莱的emwin教程、正点原子的emwin视频教程,入门相对简单,熟悉了控件功能、函数接口后就能得心应手设计界面了。


2.2 模拟器的使用
目前官网提供的最新sim版本是V6.30,下载之后使用VS打开,直接在PC上运行模拟器示例(有些VS的版本过高,编译例程会报错,配置下链接器即可)。

3、AWTK

AWTK意为Toolkit AnyWhere,顾名思义就是一个可以在任何地方开发的工具集,是一个开源 GUI 引擎,旨在为嵌入式系统、WEB、各种小程序、手机和 PC 打造的通用 GUI 引擎,为用户提供一个功能强大、高效可靠、简单易用、可轻松做出炫酷效果的 GUI 引擎。其本身是用 C 语言开发并在LGPL协议下授权使用,上层界面开发目前支持C/JS;它性能高、内存开销小,无需学习 AWTK 控件本身的 API,而且有很多的示例代码直接用。

3.1 AWTK Designer可视化软件
需要注册后才能下载使用,流程参考链接。不再需要手写 XML,拖拽方式设计界面,所见即所得,快速预览,一键打包资源。

3.2 例程展示
在AWStudio中,有几个例程可供下载编译,以下展示手表UI;


4、MiniGUI

MiniGUI是一款国产GUI,一款面向嵌入式系统的高级窗口系统和图形用户界面(GUI)支持系统,由魏永明先生于1998年底开始开发。2002 年,魏永明先生创建北京飞漫软件技术有限公司,为MiniGUI 提供商业技术支持,同时也继续提供开源版本,飞漫软件是中国地区为开源社区贡献代码最多的软件企业。

其为免费软件,但不能免费用于商业用途。

4.1 特点
支持10多种操作系统
MiniGUI是为嵌入式系统或基于Linux/uClinux、eCos和其他传统RTOS(RT-Thread、RTEMS、FreeRTOS、VxWorks、ThreadX、Nucleus、pSoS、uC/OS-l、OSE等)的智能物联网设备设计的。特别是 MiniGUI作为HybridOS的窗口系统运行。

4.2 丰富的小部件/控件
MiniGUI为应用程序提供了30多个小部件/控件,包括标签、按钮、单行编辑框、多行编辑框、列表框、组合框、进度条、属性表、工具栏、轨迹栏、树视图、列表视图、月份日历、网格视图、图标视图、动画、滑轮选择器、动画切换按钮等。



5、uC/GUI

uC/GUI是Micrium公司开发的通用的嵌入式用户图形界面软件。它给任何使用图形LCD的应用程序提供独立于处理器和LCD控制器之外的有效的图形用户接口。可以应用于单一任务环境,也可以应用于多任务环境中。uC/GUI能够应用于任何LCD控制器和CPU的任何尺寸的物理显示或者模拟显示中。

特点如下:
适用于任何8位/16位/32位CPU,可允许于支持ANSI C的任何编译器
适用于任何控制器驱动任何LCD(单色,灰度,或者彩色)
通过配置宏,可支持任何接口,可配置显示尺寸
可在LCD的任何一点上显示字符和画位图
对于显示尺寸和速度提供优化进程,编译时间依赖于采用的优化进程
支持虚拟显示,虚拟显示的尺寸比实际显示大。

2000年出非常火爆的一个GUI,轻量级,易于移植,免费的,只是现在没有人维护了,使用的人也越来越少。

6、柿饼UI

柿饼UI(Persimmon UI)是RT-Thread一款专注于嵌入式领域,由C/C++语言构建,为用户提供类安卓效果的GUI解决方案。为用户提供了设计器+JavaScript语言的开发模式,用户只需拖拽UI控件,写一些简单的JS控制逻辑,就可以实现绚丽、复杂的UI效果。相对于传统纯C语言开发模式的GUI,柿饼UI可以极大的提高开发效率,降低代码调试难度,加快产品迭代速度。

7、其它GUI

为什么叫其它GUI呢?因为对此没有过多的了解过,只是对其进行归纳总结,用的时候方便查询。

7.1 QT for MCU

QT都知道,使用C++开发,重在理解信号与槽,可以发出出一款在PC上运行的软件,例如串口调试软件等。QT for MCU,是一个可以在嵌入式MCU上跑的QT UI。

7.2 GUIX

Azure RTOS GUIX (GUIX) 是图形界面框架的一种高性能实时实现,专用于基于 ThreadX 的嵌入式应用程序,可立即移植到几乎任何具有 ANSI C 编译器和 ThreadX 支持的处理器体系结构。

介绍的几个GUI里面,最为推荐的是LVGL,即Little VGL,开源免费又好用。