基于 RT-Thread 和 LVGL 设计的桌面电子相册

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比赛说明

本仓库代码主要用于参加RT-Thread 社区举办的嵌入式GUI挑战赛，比赛链接如下：

https://club.rt-thread.org/ask/article/fdf5ad5909eef6ba.html

我主要想通过本次比赛，设计一款基于LVGL的桌面电子相册，主要功能包括：

• 支持连接互联网

• 支持图片显示，定时刷新图片

• 支持获取当地天气信息

• 支持获取国内热点新闻

• 支持获取其它物联网摄像头的图片信息

  本次比赛，我申请的是 STM32F469-Discovery 开发板，感谢RT-Thread 提供硬件支持。

演示视频

视频和图片说明： 由于仓库代码还在不断更新，演示界面和实际的功能可能有所区别。

B站视频链接

硬件说明

• STM32F469-Discovery

  • MCU STM32F469NIH6U 主频 180MHz，2048KB FLASH ，384KB (包含64KB 的 CCM) RAM
  • SRAM 25Q128A，16MB
  • QSPI-FLASH 7LL12D9NOR，16MB
  • LCD：4寸800×480TFT屏

  由于 STM32F469-Discovery 开发板本身没有网络模块，不具备联网能力，但是其提供了 Arduino UNO 的标准硬件接口，因此硬件上我们还需要设计一个WIFI模块，为 STM32F469 提供网络连接功能。该硬件由我自己设计，适配 STM32F469-Discovery 开发板，硬件开源。

• ESP32-Arduino

  • 板载 ESP32-WROVER 模组

软件开发环境说明

本工程使用 MDK5构建，rt-thread 的配置使用 env工具构建。

SD卡存储目录说明

注意:下面的目录结构需要现在SD卡中创建，版本仓库中tfcard目录中已经提供有相关示例，可以直接复制到SD卡中。

Directory /:
imgs                <DIR>  // 图片示例目录存放 800*480 图片 jpg 或者 png 格式
tmp                 <DIR>  // 临时文件
conf                <DIR>  // 系统配置目录
tools               <DIR>  // 工具目录
album               <DIR>  // 相册目录 暂时没有使用
minimgs             <DIR>  // 小图片 存放 240*320 像素图片

系统配置文件模板

系统配置文件格式采用 JSON 格式，具体包含以下配置信息,系统配置文件存放在 /conf 目录下。

 /conf/gui.conf
{
        "ssid": "wifissid",
        "passwd":       "1234567890",
        "apikey":       "********************************",
		"cityname":"zhengzhou",
        "cityid":       "101180101"
}

项目中实现了配置文件的读写功能，可以对系统配置参数进行修改设置。

功能设计

• 主界面
  • 电子相册
  • 天气预报
  • 每日新闻
  • 小游戏
  • 系统设置

硬件设计

ESP32-Arduino 定制开发板设计

STM32F469-Discovery 开发板上默认没有配置网卡，但是支持标准的 Arduino UNO 硬件接口。为了支持网络连接功能，特意为该开发板设计了一块ESP32-Arduino 定制网卡开发板 。ESP32-Arduino 和STM32F469-Discovery 之间使用串口进行通信。通过 RT-Thread 带有的 AT 软件包来驱动 ESP32，完成完成网络连接功能。

本次硬件设计部分使用 立创EDA完成设计工作。ESP32-Arduino 开发板的开源工程链接如下。

https://oshwhub.com/piaoxuebingfeng/esp32_arduino_uno_type-c

软件设计

基础功能构建

STM32 FLASH 分散加载

这款开发板上的STM32内置有 2MB 的 flash，正常开发单片机的程序绝对是够用了，但是由于本次设计是针对GUI的，需要引入非常多的图片资源，这样的话，2MB 的 flash 空间就显得有点小了，好在开发板上面还板载了一颗 16MB 大小的 QSPI FLASH,这样的话，就要想办法将这个外部的FLASH 使用起来。 STM32 的芯片大都提供有 FLASH 分散加载功能，意思就是能够同时将生成的bin文件拆开，分门别类的存放到不同的 FLASH 空间中。在这里，我们就使用到了 FLASH 分散加载算法来将一些较大的必备图片数据保存到外部FLASH 中。

LVGL 性能优化

LVGL 性能优化部分这里只是简单进行了优化，主要是扩大了 LVGL 的 framebuffer,利用LVGL 的双缓冲区，并利用了外置的SRAM区域。具体实现在 applications/lvgl/lv_port_disp.c 中。

#define LV_DISP_SRAM_START_ADDR (0xC0000000 + 10*1024*1024)

#define DISP_BUF_SIZE        (LV_HOR_RES_MAX * LV_VER_RES_MAX )
static lv_color_t  lv_disp_buf1[DISP_BUF_SIZE] __attribute__((at(LV_DISP_SRAM_START_ADDR+DISP_BUF_SIZE*2)))={0};
static lv_color_t  lv_disp_buf2[DISP_BUF_SIZE] __attribute__((at(LV_DISP_SRAM_START_ADDR+DISP_BUF_SIZE*4)))={0};

此外，还在lv_conf.h中设置了LVGL 的刷新周期。

#define LV_DISP_DEF_REFR_PERIOD 20

LVGL 对接 FS

rt-thread 官方提供的 LVGL 还没有对接 FS,由于本次设计中需要加载外部图片，因此需要LVGL对接FS的功能。RT-Thread提供了 DFS 虚拟文件系统标准接口，因此本项目中我们直接对接DFS提供的接口。具体的实现请参考 applications/lvgl/lv_port_fs.c

使能 UART6

rt-thread 针对 stm32f469-discovery 开发板提供的bsp中没有开启 UART6,由于本次设计中要使用UART6和ESP32 进行串口通信，实现网络功能，因此需要在STM32 HAL 驱动中使能 UART6.

ESP32 联网

rt-thread 提供了at-device 和 at-socket 组件，可以非常方便的使用一些由AT指令集来进行通信的网络模块，ESP32也是被支持的模块之一。有了 at-device，就不需要开发者单独编写适配各个网络模块的AT命令收发的程序了。有了at-socket，开发者还能使用非常熟悉的网络套接字 socket 编程的方式来编写和网络连接相关的程序。

rt-thread 提供的这套网络通信组件大大降低了在单片机中开发网络应用的门槛，非常易用。

获取网络数据

rt-thread 中提供了 webclient 软件包，使用该软件包可以非常容易的实现 HTTP 报文的收发，同时该软件包还提供有 wget 命令，类似于 linux 中的 wget ，也是可以非常方便的测试 http 报文收发功能。

界面设计

界面设计相关的代码主要在 applications/lv_desktop_gui/ 目录下。详细的代码请查看相关源码。这里介绍下每一个界面的主要功能。

主界面设计

主界面主要实现了相册轮播、时间显示和应用切换功能。

时钟界面

时钟界面加入了日历功能，支持农历日历的显示，并且对时钟显示功能进行了优化，加入了时钟动画。

天气界面

天气界面实现了未来5天的天气实时显示，日出日落显示功能。其中自己设计了一个日出日落控件，用来实现日出日落的可视化效果。

相册界面

相册界面主要实现了本地照片的轮播，后台还会定时的从图片服务器上面同步图片到本地，这样就不用手动将图片导入到本地SD卡中了，可以直接将图片上传到服务器中，实现相片的同步。

新闻界面

新闻界面用来实时显示新闻信息，其中新闻数据主要来自于天行数据库。

游戏界面

游戏界面实现了 2048 游戏，2048 游戏主要是移植于 100ask 开源的 lv_lib_100ask 库。

系统配置界面

系统配置界面目前只是实现了WIFI设置以及城市ID设置功能，比较简单。

自定义控件

自定义日出日落显示控件

日出日落控件是利用 lv_canvas 组件编写出来的，目前能够支持显示日出日落时间，以及显示当前太阳的位置。

自定义日历控件

LVGL8.2 中自带的日历控件已经取消了修改样式相关API,而默认的 LVGL的日历控件的样式又不太好看，因此，笔者通过修改日历控件的源码，添加了一些样式支持，并且封装了以下日历控件，增加了对农历日期显示的支持，就形成了目前UI设计中的日历。

网络通信

数据接口 API

本次设计中使用到了几个网站的数据接口。

新闻数据接口

新闻数据是通过天行数据API获取的相关接口为http://api.tianapi.com/bulletin/index?key=APIKEY,APIKEY需要用户自行申请，并添加到/conf/gui.conf配置文件中。 新闻数据接口返回的数据格式是 JSON 数据格式。

天气数据接口

天气数据接口使用的是sojson.com提供的一个免费的天气API接口，不需要使用APIKEY就能够获取国内15天的城市天气信息，http://t.weather.sojson.com/api/weather/city/cityid，其中 cityid 是城市id。 天气数据接口返回的数据格式同样是 JSON格式。

系统配置

​ 系统配置界面主要实现对系统WIFI网络配置、城市配置、系统版本查看、桌面背景样式切换等功能。

问题解决

解决 ESP32 AT-Device 组件解析DNS失败问题

一开始调试 ESP32 的 AT-Device 组件，发现WIFI能够正常连接，但是每次HTTP请求总是异常。经过一番排查，发现是 esp32 的 dns 解析功能异常导致的，修改了 at-device 组件的代码之后，问题解决。具体修改的文件为at_device/class/esp32/at_device_esp32.c主要修改的内容相关patch如下：

---
 class/esp32/at_device_esp32.c | 2 +-
 1 file changed, 1 insertion(+), 1 deletion(-)

diff --git a/class/esp32/at_device_esp32.c b/class/esp32/at_device_esp32.c
index 1d57ebe..1f2424f 100644
--- a/class/esp32/at_device_esp32.c
+++ b/class/esp32/at_device_esp32.c
@@ -304,7 +304,7 @@ static int esp32_netdev_set_dns_server(struct netdev *netdev, uint8_t dns_num, i
     }
 
     /* send dns server set commond "AT+CIPDNS_CUR=<enable>[,<DNS    server0>,<DNS   server1>]" and wait response */
-    if (at_obj_exec_cmd(device->client, resp, "AT+CIPDNS_CUR=1,\"%s\"", inet_ntoa(*dns_server)) < 0)
+    if (at_obj_exec_cmd(device->client, resp, "AT+CIPDNS=1,\"%s\"", inet_ntoa(*dns_server)) < 0)
     {
         LOG_E("%s device set DNS failed.", device->name);
         result = -RT_ERROR;
-- 

解决 STM32-Discovery 开发板触摸驱动无法正常工作问题

该问题主要是由于笔者拿到的开发板上面的触摸屏驱动IC导致的，目前已知的是该款开发板上面的驱动IC有两款，一款是 FT6206 ，另外一款就是笔者目前拿到的 FT6336G,由于bsp包中没有做兼容性的验证，导致电容触摸驱动工作不正常。 经过和社区的人员沟通，目前该问题已经解决，并且相关修改已经合并到bsp中。

参考设计

lv_lib_100ask

感谢

经过一个多月的编码测试，基于STM32F469-Discovery 的桌面相册也算是有了一个V1.0的版本了。由于工作的原因，作者的本职工作不再是从事RTOS的开发，但是仍然对嵌入式RTOS充满着兴趣，只能在业余抽时间来学习研究。截止到目前为止，RT-Thread 嵌入式实时操作系统仍然是一个面向IOT领域屈指可数的优秀系统，而且社区目前还非常的活跃，引入的软件包也都相当易用。使用 RT-Thread 能够大大减少开发人员的框架搭建工作，专注于业务开发和功能实现。非常感谢RT-Thread 团队开发出这么优秀的IOT 操作系统，小巧、易用而又功能强大。

在比赛作品实现过程中，都是抽取下班和周末的时间来参与本次比赛，过程中没有太多时间做家务、带娃。在此也非常感谢我的老婆和父母，是他们在默默的支持着我搞自己的兴趣爱好，也在默默的为家庭付出着。

本次比赛作品虽然是有截止时间限制，但是我不想就这么停止目前的开发工作，现在的版本也只是V1.0版本，还有部分性能方面的问题和易用性方面的问题没能得到解决。借助本次比赛，RT-Thread 团队从全世界各地帮忙搜集开发板，并提供给我们这些开发者和爱好者，非常感谢RT-Thread 的大力支持，我还会基于开发板，抽时间来完善这个作品。

有待完善的内容

由于本次开发时间进度，还有很多地方有待优化和完善的，因此，后续会针对该项目进行针对性的优化和迭代。