OpenHarmony_LVGL8.3: 2023全国大学生计算机系统能力大赛操作系统设计赛-功能挑战赛proj263 基于OpenHarmony轻量系统的智能时钟项目内包含SPI驱动（ST7735S）以及LVGL图形库

## Smart-Timekeeper

题目标题：proj263-lvgl_for_openharmony

题目内容：将 LVGL 库移植到 OpenHarmony 轻量系统

题目链接：https://github.com/oscomp/proj263-lvgl_for_openharmony

难度：中等

## 项目概括

LVGL（Light and Versatile Graphics Library）是一个 C 语言编写的免费的**开源图形库**，提供了用于嵌入式 GUI 的各种元素。用户可以利用丰富的图形库资源，在消耗低内存的情况下构建视觉效果丰富多彩的 GUI。它提供了一套丰富的 UI 组件和图形效果，可以帮助开发者快速构建交互式的嵌入式图形界面。
LVGL 具有以下特点：

> 1. 轻量级：LVGL 使用纯 C 语言编写，不依赖任何外部库，因此非常适合在资源受限的嵌入式设备上使用。
>
> 2. 灵活性：LVGL 提供了丰富的 UI 组件和图形效果，开发者可以根据自己的需要进行定制化设置，实现个性化的界面设计。
>
> 3. 可移植性：LVGL 支持多种操作系统和平台，包括 Linux、Windows、macOS、FreeRTOS、Arduino 等，具有很好的可移植性。

### 项目目标

本项目名称为 Smart-Timekeeper（智能时间守护者），最终目标为实现在 LCD 屏幕上利用 lvgl 图形库打造一个智能产品，拥有实时时钟，温度显示等功能。

1. 实现 LVGL 移植到 OpenHarmony 系统上
2. 完成 LVGL 驱动 LCD 屏幕，并实现简单的显示
2. 可自动更新当前中国时间
2. 显示当前环境体感信息
3. 配合其余外设，完成一个物联网的屏幕产品

### 成果展示

工程源码：[Smart-TimeKeeper](./smart_timekeeper/)

初赛视频演示及工程讲解：链接：https://pan.baidu.com/s/1rp-zTmzo2ZKE-cE5FgiSpA?pwd=jji6
提取码：jji6

决赛功能简单展示：

### 整体架构

Smart-Timekeeper 项目整体上分为硬件架构构和软件架构。
硬件由润和 Hi3861 开发板作为主控，可以提供多种轻量级网络协议，轻量级的图形框架，以及丰富的 IOT 总线读写部件等。驱动各种外设硬件，ADC 按键实现输入交互，SPI 屏幕实现界面功能展示，以及其他传感器例如 pwm 蜂鸣器，II2 温度传感器等。
软件上搭载 OpenHarmony 轻量系统，使用于硬件资源较少的设备，版本为 OpenHarmony-3.1-release，通过系统提供丰富的外设计口用于各类硬件的驱动，通过移植 lvgl 到 OpenHarmony 操作系统上作为三方库，进行项目的应用开发。

![project_struct](./doc/_resources/struct.png)

![project_struct](./doc/_resources/4.jpg)

### 项目创新

1. 首次在 OpenHarmony 轻量化系统上使用 LVGL 库，可以创造更多的轻量级设备屏幕类产品
2. 对 LVGL 库进行解耦处理，便于轻量化设备开发屏幕，对新手更加友好；与此同时，applications 子系统下的模块管理以及 BUILD 编译文件的设计可以为新手树立软件工程规范的典范
3. 本项目不仅使用[I2C 类屏幕开发(https://ost.51cto.com/posts/22444)](https://ost.51cto.com/posts/22444)，还使用了 SPI 类屏幕进行开发，拓展了 OpenHarmony 系统的屏幕开发途径，给予 OpenHarmony 新手更多的学习路径
4. 本项目还针对了 OpenHarmony 教学工作进行拓展性开发，针对 Hi3861 教学开发板设计了 LVGL 的模块，便于 Hi3861 开展 LVGL 教学工作![imag](doc/_resources/1.jpg)
5. 拓展 LVGL 显示界面，为操作系统教学提供 LVGL 的 UI 开发途径
6. 结合 WIFI、温度传感器等外围功能，通过wifi提供当前中国时间，温湿度传感器提供当前环境体感信息，实现更加智能的 OpenHarmony 智能家居设备

## 项目进度

|                      | 目标情况                                                     | 完成情况                                          |
| -------------------- | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------- |
| 第一阶段（基本功能） | [在 OpenHarmony 轻量系统上移植 LVGL 库](https://ost.51cto.com/posts/22444) | 已完成，选择 OpenHarmony3.1 系统完成 LVGL 库移植  |
|                      | 利用该库在 OLED 显示屏上显示                                 | 已完成，在 0.96 寸 OLED 单色屏幕完成显示          |
|                      | 显示简单的图形图像                                           | 已完成，在屏幕上显示 FSR 按钮                     |
| 第二阶段（优化）     | [完成 SPI 的 LCD 屏幕驱动](./doc/LCD%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E9%80%82%E9%85%8D.md) | 已完成，选择 1.44 寸 LCD 屏幕 16bit 彩色完成显示  |
|                      | [移植 lvgl 适配 LCD 屏幕并显示图像](./doc/LCD%E4%B8%8A%E4%BD%BF%E7%94%A8lvgl.md) | 已完成，使用 lvgl 显示简单的页面                  |
|                      | [提高 LCD 屏幕的刷新速率](./doc/lvgl%E5%B8%A7%E7%8E%87%E4%BC%98%E5%8C%96.md) | 已完成，LCD 屏幕刷新率符合预期                    |
|                      | [开发 lvgl 的输入功能，增加按键输入设备](./doc/lvgl%E6%8C%89%E9%94%AE%E8%BE%93%E5%85%A5%E9%80%82%E9%85%8D.md) | 已完成，并对此设计了三个按键以及屏幕的开发板      |
|                      | [设计完整的时钟 UI](./doc/设计完整的时钟UI.md)               | 已完成，时钟可以正常显示                          |
|                      | [工程结构设计及 GUI 代码移植](./doc/%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E7%BB%93%E6%9E%84%E5%8F%8AGUI%E7%A7%BB%E6%A4%8D.md) | 已完成，项目工程能正常编译运行并显示在 LCD 屏幕上 |
| 第三阶段（拓展）     | 加入蜂鸣器功能                                               | 已实现 PWM 驱动蜂鸣器                             |
|                      | [开发 LVGL 的 PCB 模块](./doc/PCB设计.md)                    | 已实现集成全部模块                                |
|                      | [开发 wifi 网络功能](./doc/SNTP开发.md)                      | 实现SNTP同步中国时间                              |
|                      | [加入温度传感器实现温度显示](./doc/温湿度传感器开发.md)      | 实现温湿度显示                                    |

## 后续工作 & 未来期望

- [x] 优化代码工程，模块化代码
- [x] 实现流畅的帧率
- [x] 优化 UI 界面，关注以人为本的客户需求，可用性、逻辑性更强
- [ ] 实现 WIFI 功能可视化，屏幕显示 WIFI STA/AP 开关，WIFI 名称以及 IP
- [x] 通过 WIFI 获取当地天气、时间等信息，将信息展示在屏幕
- [x] 加入更多的外围功能：蜂鸣器、温度传感器等，实现显示室内温度等功能

## 文件目录

```
├─doc					//技术文档
├─Hardware              //电路板设计图
├─lcd_st7735s			//LCD屏幕的软SPI驱动
├─lcd_st7735s_spi		//LCD屏幕的硬件SPI驱动
├─lvgl_lcd				//LVGL第一版移植
└── smart_timekeeper	//工程目录
    ├── app             //主函数
    ├── custom          //用户自定义API
    ├── drivers         //设备驱动
    │   ├── adc_key		//按键输入驱动
    │   ├── pwm_buzzer  //蜂鸣器驱动
    │   ├── spi_st7735s //显示屏驱动
    │   ├── aht20		//温湿度传感器驱动
    │   └── sntp		//sntp获取时间驱动
    ├── generated       //UI资源
    │   ├── guider_customer_fonts
    │   ├── guider_fonts
    │   └── images
    └── lvgl            //LVGL库
        ├── demos
        ├── examples
        └── src
        └─lv_conf.h		//LVGL配置文件

```

## 技术细节

### 技术文档

1. [LVGL 移植前学习工作](https://ost.51cto.com/posts/21933)
2. [LVGL 移植工作](https://ost.51cto.com/posts/22444)
3. [完成 SPI 的 LCD 屏幕驱动](./doc/LCD%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E9%80%82%E9%85%8D.md)
4. [移植 lvgl 适配 LCD 屏幕并显示图像](./doc/LCD%E4%B8%8A%E4%BD%BF%E7%94%A8lvgl.md)
5. [提高 LCD 屏幕的刷新速率](./doc/lvgl%E5%B8%A7%E7%8E%87%E4%BC%98%E5%8C%96.md)
6. [lvgl 按键输入适配](./doc/lvgl%E6%8C%89%E9%94%AE%E8%BE%93%E5%85%A5%E9%80%82%E9%85%8D.md)
7. [PCB 设计](./doc/PCB设计.md)
8. [设计完整的时钟 UI](./doc/设计完整的时钟UI.md)
9. [工程结构设计及 GUI 代码移植](./doc/%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E7%BB%93%E6%9E%84%E5%8F%8AGUI%E7%A7%BB%E6%A4%8D.md)
9. [SNTP开发](./doc/SNTP开发.md)
9. [温湿度传感器开发](./doc/温湿度传感器开发.md)

### 设计思路

1. 移植 LVGL 库
2. 移植 SPI 屏幕驱动，并对 LVGL 进行适配
3. 提高屏幕刷新速率
4. 加入 ADC 按键，给 LVGL 适配输入设备
5. 做 LVGL 的 UI 界面
6. 加入其余外围设备以及 WIFI 功能，丰富屏幕可显示功能

### 硬件连接

GPIO10 <---------> SCK

GPIO9 <---------> SDA

GPIO13 <---------> RST

GPIO14 <---------> DC

GPIO5 <---------> CS

GPIO7 <---------> BLK

GPIO12 <---------> BUTTON

GPIO0 <--------->AHT20_SDA

GPIO1 <--------->AHT20_SCL

GPIO2 <--------->PWM

### 问题& 解决

#### 刷新率低,掉帧严重

[LVGL 帧率优化](<(./doc/lvgl%E5%B8%A7%E7%8E%87%E4%BC%98%E5%8C%96.md)>)

#### LVGL 编译错误

报错:`lv_theme_default.c`未定义`lv_win_class`。在 lvgl 工程里,`lv_win.h`里面已经将`lv_win_class`**extern**了,但`lv_theme_default.c`文件还是报错未定义`lv_win_class`

**解决方案**:

于是便直接在这个文件`applications/sample/wifi-iot/app/lvgl/src/extra/themes/default/lv_theme_default.c`中加入

```c
const lv_obj_class_t lv_win_class;
```

## 队伍基本信息

队名：“FSR”来自**深圳技术大学**，基本情况如下：

|            | 姓名           | 单位                           | 联系方式                         |
| ---------- | -------------- | ------------------------------ | -------------------------------- |
| 小组成员 1 | 黄耿斌         | 深圳技术大学大数据与互联网学院 | 2426284742@qq.com                |
| 小组成员 2 | 许凯胜         | 深圳技术大学大数据与互联网学院 | 202100201105@stumail.sztu.edu.cn |
| 小组成员 3 | 卢怡沙         | 深圳技术大学大数据与互联网学院 | 3224185255@qq.com                |
| 指导老师   | 李蒙（副教授） | 深圳技术大学大数据与互联网学院 | Limeng2@sztu.edu.cn              |

XuKaiSheng/OpenHarmony_LVGL8.3

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