wandering1/STM32F4-Base
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STM32F4-Base/docs/UI_图形界面实施规划.md
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wandering1 e2f199c6bf LVGL 库提交
2026-08-30 08:57:07 +08:00

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UI 图形界面实施规划（160×160 单色 · 树形菜单 · 离屏渲染 + 网络推流）

本文档用于在我（实现方）与你（需求方）之间对齐"如何规划与实施 UI"。 当前阶段：需求澄清 + 方案设计，尚未写任何 UI 源码。 ✅ = 已根据你的最近答复冻结；【待确认】= 仍需你拍板；（建议） = 我的默认推荐。

1. 背景与现状

项 现状
MCU STM32F407ZGTx，168MHz，192KB RAM，1MB Flash
工具链 仅 Keil MDK-ARM v5 (ARMCC)
OS FreeRTOS (CMSIS-RTOS V2)，已有 defaultTask/netTask/ftpTask
网络 CH395F 以太网（SPI2），单连接 socket 模型（Socket0 复用监听/数据）
显示 无真实屏：UI 在内存中离屏渲染，按请求经网络返回帧
目标屏规格 ✅ 160×160 像素，单色（1bpp，黑白），"少占用 RAM"
参考项目 D:\Code\DTU 程序\DTU-HMI（自建 MVP 菜单，过于复杂，改用成熟方案复现菜单）
参考协议 ✅ RemoDispBus（DTU-HMI/src/remoteDisplay.c，帧格式见第 3.4 节）
源码规范 中文注释；新增 .c/.h 需手动加入 Keil 工程；禁止整文件文本重写

关键推论

  • 我们目标 1bpp：整帧 = 160×160÷8 = 3200 字节（3.1KB），直接整帧作绘制缓冲。
  • 参考项目 key.h 已有 g_tRemoteKey（bUseRkey 远程按键）→ ✅ 菜单导航由远端发键值驱动（双向交互已定）。
  • 参考项目 def.h：✅ 中文 12px、行高 14px、可视约 11 行。

2. 复现目标（已明确）

  1. MCU 内存中渲染 160×160、1bpp 画面。
  2. ✅ 菜单驱动、多页面可切换：复现 DTU-HMI 树形菜单（第 3.3 节），菜单进入不同页。
  3. ✅ 不含折线/柱状图：内容页以文字 + 数值列表 + 简单指示为主；YC(遥测)页数值列表，无曲线。
  4. ✅ A 复现范围：仅复现菜单树结构与导航；所有内容页先占位（含装置信息/遥测也先占位）。
  5. ✅ 双向交互（pull 模型）：远端按 RemoDispBus 发 CMD_LCDMEM 拉帧、CMD_KEY 下发键；MCU 渲染后应答帧。
  6. 全程 RAM 占用尽量低，不挤占现有 netTask/ftp/FatFs/dhara。

3. 参考项目与协议

3.1 输入键码（来自 DTU-HMI/src/Drv/key.h）

键 键值 LVGL 映射
上 KEY_U 0x02 LV_KEY_UP
下 KEY_D 0x40 LV_KEY_DOWN
左 KEY_L 0x10 LV_KEY_LEFT
右 KEY_R 0x08 LV_KEY_RIGHT
确认 KEY_ENT 0x20 LV_KEY_ENTER
返回 KEY_ESC 0x01 LV_KEY_ESC

3.2 视觉规格（来自 def.h）

  • ✅ 160×160，1bpp；中文 12px，行高 14px，可视约 11 行。
  • ✅ 菜单视觉：采用 LVGL lv_menu 整屏列表 + 返回栈（小屏最清晰），不复原级联框。

3.3 菜单树（取自 model.c 的 menuTab[]，仅复现结构与导航）

[0] 主界面 (root)
 ├[1] 装置信息                → 占位页
 ├[1] 实时数据
 │   ├[2] 交流量 / [2] 直流量 / [2] 遥信量   → 占位页(YC类)
 ├[1] 参数定值
 │   ├[2] 整定 → [3]参数/定值/控制字/软压板   → 占位
 │   └[2] 查看 → [3]参数/定值/控制字/软压板   → 占位
 ├[1] 三遥设置 → [2]遥测死区/系数/遥信类型/防抖/双点遥信 → 占位
 ├[1] 装置维护 → [2]时钟设置/强制复归/手动录波/清除记录 → 占位
 ├[1] 通讯参数 → [2]通讯设置/网口设置/SNTP设置 → 占位
 └[1] 记录查询 → [2]SOE/事故/操作/保护告警/保护启动/遥控/自检/运行记录/运行报告 → 占位
[0] 厂家设置 (root, 密码 CN_COP_PWD)
 ├[1] 元件配置 / [1]恢复默认([2]全部/默认参数/定值/软压板/元件配置) / [1]交流显示
 ├[1] 装置调试 → [2]虚拟遥信/交流虚遥测/直流虚遥测/电度虚遥测/动作虚事件/告警虚事件/动作出口/信号出口 → 占位
 └[1] 版本信息 → 占位

叶子（含"装置信息""实时数据"等）统一进入占位页（显示菜单路径 + "功能未实现"），仅验证导航与返回栈。

3.4 RemoDispBus 协议（✅ E 与参考项目一致，来自 remoteDisplay.c）

帧格式（请求/应答通用）：[TAG][cmd][len_hi][len_lo][data...][crc]

  • TAG：客户端→设备 0xAA；设备→客户端 0xBB
  • cmd：0 KEEPLIVE，1 INIT，2 KEY，3 LCDMEM
  • len：data 区长度，大端 16 位
  • crc：data 区逐字节异或取低 8 位
  • 整帧长度 = 4 + data_len + 1

命令语义

cmd 方向 data 说明
INIT(1) 设备应答 [W_hi,W_lo,H_hi,H_lo, memsize(4B)] = 8B 回报分辨率与显存大小
LCDMEM(3) 客户端请求 4B 大端起始偏移 请求从 offset 开始的显存
LCDMEM(3) 设备应答 [4B 偏移][显存数据] 回当前帧缓冲内容
KEY(2) 客户端请求 [键值]（见 3.1） 设备写入按键队列驱动导航
KEEPLIVE(0) 双向 空 保活 ACK

我们的落地适配

  • ✅ 传输层完全照搬 RemoDispBus（TAG/cmd/len/crc、四命令）。
  • ✅ 1bpp 内容：帧缓冲 3200 字节。INIT 回报 memsize=3200；远端客户端据 bpp = memsize*8/(W*H) 自行推导为 1bpp（=1），无需改协议即可兼容。
  • ✅ pull 模型：设备持续用 lv_timer_handler() 刷新帧缓冲；收到 CMD_LCDMEM 即回当前 3200 字节（通常 offset=0 全帧）。
  • ⚠️ 位序约定：1bpp 行优先、每字节 MSB-first（pixel(x,y) 存于 byte(y*W/8 + x/8) 的 bit 7-(x&7)）。LVGL LV_COLOR_FORMAT_L1 的位序若与此不同，在 ui_net_sink 发送前做位重排（实现期用一块临时缓冲转换，或在 lv_conf 选匹配格式）。
  • ⚠️ 与旧客户端兼容说明：参考项目旧 remo_disp_server.py 期望 8bpp(25600B)。若你要求字节级完全兼容旧客户端（不改客户端），则需改为 8bpp(25600B)——但会多占 ~22KB RAM，与"少占用 RAM"冲突。默认按 1bpp(3200B) 实施；如需兼容旧客户端请告知（见第 8 节备注）。

4. 总体架构方案（建议）

┌──────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 应用数据层 (现有: ADC/RTC/网络/NAND/LED，本阶段仅占位不接)    │
└───────────────┬──────────────────────────────────────────┘
                │ (本阶段不接数据；仅菜单导航)
┌───────────────▼──────────────────────────────────────────┐
│ UI 引擎 (LVGL v9, LV_COLOR_DEPTH=1, 关动画)                 │
│  - lv_menu 主菜单(复现 3.3 树) + 占位内容页                  │
│  - lv_indev(KEYPAD) 读远端键队列 → 导航/切换                │
│  - lv_timer_handler() 周期调用 → 渲染到 3200B 帧缓冲        │
└───────────────┬──────────────────────────────────────────┘
                │ flush_cb → 写入 fbuf[3200] (CCM RAM)
┌───────────────▼──────────────────────────────────────────┐
│ 推流/应答适配层 (Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.c)             │
│  - 解析 RemoDispBus 请求(INIT/LCDMEM/KEY/KEEPLIVE)         │
│  - LCDMEM → 回当前 fbuf；KEY → 入键队列；INIT → 报 3200     │
└───────────────┬──────────────────────────────────────────┘
                │ net_socket_send() / recv()
┌───────────────▼──────────────────────────────────────────┐
│ 网络层 (CH395F，✅ 新开专用 TCP 监听 socket，端口 7070)      │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘

模块落点（贴合现有 BSP 风格）

新增文件 职责
Lib/lvgl/ LVGL v9 源码（放入后手动加进 Keil 工程）
Drivers/BSP/UI/lv_conf.h 1bpp、关动画/日志、字号、键盘 indev 使能
Drivers/BSP/UI/ui_port.c/.h lv_display + flush_cb（写 fbuf）；lv_indev 读键队列
Drivers/BSP/UI/ui_menu.c/.h 复现 3.3 菜单树（lv_menu 构建）
Drivers/BSP/UI/ui_page_placeholder.c 占位内容页（显示路径+"未实现"）
Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.c/.h RemoDispBus 解析/应答（INIT/LCDMEM/KEY/KEEPLIVE）
App/task/ui_task.c/.h 独立 FreeRTOS 任务：跑 lv_timer_handler + 网络收发

不要把 UI 渲染塞进 netTask 的 10ms 轮询——渲染 CPU 密集。新建 ui_task（栈 1024–1536，1bpp 下很轻），优先级低于 netTask。网络收发走现有 net_socket 串行消息队列。

5. 需讨论条件 — 当前状态

项 状态 结论
A 复现范围 ✅ 已定 仅菜单树+导航；所有内容页占位
B 菜单视觉 ✅ 已定 lv_menu 整屏列表+返回栈
C socket 策略 ✅ 已定 新开专用 TCP（端口 7070）
D 刷新/动画 ✅ 已定 pull 模型（按 LCDMEM 应答）；关过渡动画
E 帧编码 ✅ 已定 RemoDispBus（见 3.4）；1bpp 内容，memsize=3200
F 单色定义 ✅ 默认 纯 1bpp，无灰阶抖动
G 字体/中文 ✅ 默认 中文 12px；仅收录菜单/占位用到的字（fontconverter 造 1bpp 字库）
H 旋转/扫描 ✅ 已定 默认不旋转，行优先
I RAM/Flash ✅ 按建议 帧缓冲+draw buffer 放 CCM RAM；集成时实测空闲余量
J 库选型 ✅ 默认 LVGL v9（LV_COLOR_DEPTH=1）
K 数据通道 ⏸ 本期不涉及 占位阶段业务数据不接 UI；后续事件/共享结构体
L 持久化 ✅ 默认 不需；每次上电回根菜单
M 异常 ✅ 建议 客户端掉线暂停应答，不影响主业务；ui_task 软看门狗；键队列溢出丢 oldest

6. 实施阶段分解（建议顺序）

  1. 阶段 0 · 决策冻结：本文件第 5 节已冻结（仅 K/L/M 默认）。
  2. 阶段 1 · 骨架接入：导入 LVGL v9 到 Keil；lv_conf.h（1bpp/关动画/字号）；ui_task 渲染测试图；帧缓冲在 CCM。
  3. 阶段 2 · RemoDispBus 应答：ui_net_sink 实现 INIT/LCDMEM/KEY/KEEPLIVE；新开 CH395F TCP(7070)；远端按协议拉到 3200B 帧。
  4. 阶段 3 · 菜单复现：lv_menu 复现 3.3 树（中文 12px 字库）；远端 CMD_KEY 驱动上下/确认/返回导航。
  5. 阶段 4 · 占位页：叶子进占位页（显示路径+"未实现"），验证返回栈与多级导航。
  6. 阶段 5 · 健壮性：掉线恢复、软看门狗、RAM 余量复测、@build 0 警告验证。
  7. （后续）阶段 6 · 真实数据联动：按需把 ADC/RTC/网络/NAND/LED 接入 AppInfo/YC 等页。

7. 风险与约束

  • RAM 最紧：3200B 帧缓冲 + LVGL 运行时（约 4–8KB）+ draw buffer（整帧即可，同 3200B 或更小）放 CCM；集成时实测 netTask/ftp/FatFs/dhara 后空闲堆/栈。
  • ARMCC 兼容：LVGL 纯 C99 可编译；lv_conf.h 关浮点/动画等单色屏用不到特性。
  • 不阻塞 netTask：UI 渲染/收发在独立任务，走 net_socket 串行队列。
  • 位序对齐：发送前确保 1bpp 位序（MSB-first 行优先）与客户端一致（见 3.4 ⚠️）。
  • 编码安全：含中文，仅用 Edit/Write 工具改，绝不用 PowerShell 文本重写。

8. 决策待办清单

  • A 复现范围（仅菜单树+导航，其余占位）
  • B 菜单视觉（lv_menu 整屏列表）
  • C UI 通道（新开专用 TCP 7070）
  • D 刷新/动画（pull 应答，关动画）
  • E 帧编码（RemoDispBus，1bpp memsize=3200）
  • F 单色（纯 1bpp，无抖动）
  • G 字号（中文 12px）
  • H 朝向（不旋转）
  • I RAM（CCM 帧缓冲，集成实测）
  • J 库（LVGL v9 1bpp）
  • L 持久化（不需）
  • M 异常（掉线暂停+软看门狗）

⚠️ 仍需你最后确认的一点（影响 RAM 与客户端兼容）

  • 像素深度取舍：默认按 1bpp(3200B) 实施（守"少占用 RAM"），远端客户端据 INIT 的 memsize 推导为 1bpp。若你坚持字节级兼容旧 remo_disp_server.py（8bpp/25600B），请告知——那将多占约 22KB RAM，与本目标冲突，需你权衡。

上述像素深度确认后（默认 1bpp 即无需回复），我将把第 4 节架构落成代码骨架（阶段 1–2），并开始 @build 验证。

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