基于 RISC-V VisionFive 的桌面数字时钟项目实战

目录

• 前言
• [1 项目概述](#1 项目概述)
• • [1.1 项目目标](#1.1 项目目标)
  • [1.2 使用的硬件平台：VisionFive / VisionFive 2](#1.2 使用的硬件平台：VisionFive / VisionFive 2)
• [2 开发环境与系统准备](#2 开发环境与系统准备)
• • [2.1 系统镜像准备](#2.1 系统镜像准备)
  • [2.2 系统更新](#2.2 系统更新)
  • [2.3 安装 Python 和 Pygame 环境](#2.3 安装 Python 和 Pygame 环境)
• [3 项目目录结构与总体设计](#3 项目目录结构与总体设计)
• • [3.1 项目目录结构](#3.1 项目目录结构)
  • [3.2 显示布局设计](#3.2 显示布局设计)
• [4 桌面时钟主程序实现](#4 桌面时钟主程序实现)
• • [4.1 完整代码：clock.py](#4.1 完整代码：clock.py)
• [5 程序运行与自启动配置](#5 程序运行与自启动配置)
• • [5.1 运行程序](#5.1 运行程序)
  • [5.2 配置 systemd 自启动](#5.2 配置 systemd 自启动)
• [6 性能优化与项目扩展方向](#6 性能优化与项目扩展方向)
• • [6.1 性能优化](#6.1 性能优化)
  • [6.2 项目扩展方向](#6.2 项目扩展方向)
  • • （1）添加天气功能
    • （2）加入动态背景
    • （3）加入触摸交互
    • （4）支持主题切换
    • （5）集成闹钟与提醒功能
• [7 结语](#7 结语)
• 参考资料

前言

近年来，RISC-V 生态不断壮大，相关软硬件平台也逐步成熟，其中 StarFive 推出的 VisionFive 系列凭借开源指令集优势、完整的 Linux 支持和低功耗特性，正在越来越多的创新项目中崭露头角。在诸多入门项目中，"桌面时钟"是一类结构简单、兼容性好、展示效果直观且适合作为桌面摆件的典型实践。

本篇文章将基于 VisionFive / VisionFive 2 开发板，从硬件选择、系统准备、软件运行环境搭建，到程序实现、自启动优化、可视化设计以及后期扩展功能，完整呈现一个可稳定运行、界面美观的桌面数字与模拟双模式时钟项目。全文约 3000 字适合作为教程或技术博客分享，也可作为你在 RISC-V 平台上进行 GUI 项目实践的参考。

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1 项目概述

1.1 项目目标

本文旨在利用 VisionFive 开发板构建一个能在 HDMI 显示器上全屏运行的桌面时钟系统。该系统以 Python 和 Pygame 作为软件基础，通过结合数字时间和模拟指针时钟，实现一个精美、即时刷新、可长期运行的桌面摆件功能。项目不仅涵盖基本时钟显示，还包括日期呈现、主题色管理以及自启动机制，使其能够作为稳定的实体桌面装饰。

1.2 使用的硬件平台：VisionFive / VisionFive 2

VisionFive 系列是 StarFive 推出的 RISC-V 单板计算机，能够运行 Debian 等 Linux 发行版，并支持 HDMI 输出、图形加速与 GPIO 扩展。下表展示了 VisionFive 与 VisionFive 2 的主要硬件规格：

参数	VisionFive	VisionFive 2
CPU 架构	RISC-V 64-bit 双核 U74	RISC-V 64-bit 四核 U74
主频	1.0 GHz	1.5 GHz
GPU	无	集成 3D GPU（支持 OpenGL ES）
内存	4GB / 8GB DDR4	4GB / 8GB LPDDR4
视频输出	HDMI 1.4	HDMI 2.0（4K@30Hz）
网络	1GbE	1GbE + 2.5GbE
开发者生态	中等	较完善，更适合图形应用

VisionFive 2 更适合本项目，因为其图形输出更稳定、性能更强，但 VisionFive 同样能够顺畅运行本文的桌面时钟应用。

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2 开发环境与系统准备

2.1 系统镜像准备

建议使用 VisionFive 官方发布的 Debian 系统，它预装了大量开发者工具，并且对 HDMI、USB 输入设备等硬件支持充分。将镜像写入 MicroSD 卡后，即可通过 HDMI 连接显示器启动系统。

2.2 系统更新

在开始开发前，为确保软件包最新，可以执行：

sudo apt update
sudo apt upgrade -y

这一步对于图形应用尤为重要，可以避免旧版本库造成兼容性问题。

2.3 安装 Python 和 Pygame 环境

桌面时钟程序将全部使用 Python 实现，因此需要安装 Python3 以及 Pygame：

sudo apt install python3 python3-pip python3-pygame -y

若界面中包含中文（例如日期中的"星期一"），可以安装中文字体支持：

sudo apt install fonts-wqy-zenhei fonts-wqy-microhei -y

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3 项目目录结构与总体设计

3.1 项目目录结构

为方便组织，项目目录可以设置如下：

visionfive-clock/
│── clock.py            # 主程序
│── config.py           # 配置参数（颜色、字体等，可选）
│── assets/
│     ├── fonts/        # 字体文件（可自定义）
│     └── bg/           # 背景图（可添加）
└── service/
      └── clock.service # systemd 自启动文件

核心文件是主程序 clock.py，其中包含界面绘制、时钟刷新、事件处理等逻辑。

3.2 显示布局设计

桌面时钟由三个主要部分构成：

1. 左上方：大字号数字时间（包括时、分、秒）
2. 中间偏左：日期和星期展示
3. 右侧区域：模拟时钟，由表盘与时、分、秒针组成

该布局在 1080p 与 4K 屏幕上均表现良好，也具备一定的美观性和功能平衡性。

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4 桌面时钟主程序实现

本节给出完整的可执行 Python 程序，可在 VisionFive 系统上直接运行。

4.1 完整代码：clock.py

import pygame
import sys
import math
from datetime import datetime

pygame.init()
info = pygame.display.Info()
W, H = info.current_w, info.current_h
screen = pygame.display.set_mode((W, H), pygame.FULLSCREEN)
pygame.mouse.set_visible(False)
clock = pygame.time.Clock()

font_large = pygame.font.SysFont("Arial", 160)
font_small = pygame.font.SysFont("Arial", 50)

COLOR_BG = (20, 20, 20)
COLOR_TEXT = (255, 255, 255)
COLOR_SEC = (220, 40, 40)
COLOR_CLOCK = (230, 230, 230)

def draw_analog(cx, cy, radius):
    now = datetime.now()
    pygame.draw.circle(screen, COLOR_CLOCK, (cx, cy), radius, 4)

    for i in range(12):
        ang = math.radians(i * 30 - 90)
        x1 = cx + int(radius * 0.85 * math.cos(ang))
        y1 = cy + int(radius * 0.85 * math.sin(ang))
        x2 = cx + int(radius * 0.95 * math.cos(ang))
        y2 = cy + int(radius * 0.95 * math.sin(ang))
        pygame.draw.line(screen, COLOR_CLOCK, (x1, y1), (x2, y2), 4)

    h = now.hour % 12 + now.minute / 60.0
    m = now.minute + now.second / 60.0
    s = now.second

    ah = math.radians(h * 30 - 90)
    pygame.draw.line(screen, COLOR_TEXT, (cx, cy),
                     (cx + int(radius * 0.5 * math.cos(ah)),
                      cy + int(radius * 0.5 * math.sin(ah))), 10)

    am = math.radians(m * 6 - 90)
    pygame.draw.line(screen, COLOR_TEXT, (cx, cy),
                     (cx + int(radius * 0.75 * math.cos(am)),
                      cy + int(radius * 0.75 * math.sin(am))), 6)

    as_ = math.radians(s * 6 - 90)
    pygame.draw.line(screen, COLOR_SEC, (cx, cy),
                     (cx + int(radius * 0.85 * math.cos(as_)),
                      cy + int(radius * 0.85 * math.sin(as_))), 3)

while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
        if event.type == pygame.KEYDOWN:
            if event.key == pygame.K_ESCAPE:
                pygame.quit()
                sys.exit()

    screen.fill(COLOR_BG)

    now = datetime.now()
    t = now.strftime("%H:%M:%S")
    date = now.strftime("%Y-%m-%d  %A")

    text_surface = font_large.render(t, True, COLOR_TEXT)
    screen.blit(text_surface, (50, 50))

    date_surface = font_small.render(date, True, COLOR_TEXT)
    screen.blit(date_surface, (70, 250))

    draw_analog(W - 350, H // 2, 200)

    pygame.display.update()
    clock.tick(1)

该程序采用每秒刷新一次的模式，适合低功耗、小规模图形渲染，对 VisionFive 的 CPU 占用较低，可实现长时间稳定运行。

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5 程序运行与自启动配置

5.1 运行程序

将 clock.py 放入你的项目目录，并运行：

python3 clock.py

此时桌面时钟会全屏显示，按下 ESC 即可退出。

5.2 配置 systemd 自启动

为了让时钟在每次开机时自动启动，可以创建 systemd 服务。

首先，将程序放至指定目录：

sudo mkdir -p /opt/visionfive-clock
sudo cp clock.py /opt/visionfive-clock/

然后创建服务文件：

sudo nano /etc/systemd/system/clock.service

写入如下内容：

[Unit]
Description=VisionFive Desktop Clock
After=multi-user.target

[Service]
ExecStart=/usr/bin/python3 /opt/visionfive-clock/clock.py
WorkingDirectory=/opt/visionfive-clock
Restart=always
User=debian

[Install]
WantedBy=multi-user.target

最后执行：

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable clock.service
sudo systemctl start clock.service

系统重启后，即可自动进入时钟界面。

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6 性能优化与项目扩展方向

6.1 性能优化

为了在 VisionFive 上获得稳定帧率和低功耗表现，可考虑以下调整：

• 降低刷新频率（1 秒更新一次已足够）
• 避免在主循环中重复加载字体和图片
• 禁止昂贵的抗锯齿渲染
• 使用纯色背景而非动态背景
• 将模拟时钟绘制简化为较少的图形元素

这些优化可以显著降低 CPU 使用率，在 VisionFive 2 上长期运行占用仅在 10% 左右。

6.2 项目扩展方向

本桌面时钟属于基础版本，开发者可以基于此继续扩展：

（1）添加天气功能

通过和风天气或 OpenWeather API，抓取温度、湿度、天气情况，并在界面右上角显示天气图标。

（2）加入动态背景

包括日夜自动切换、背景渐变、粒子效果等，增强视觉观感。

（3）加入触摸交互

如果使用带触控的 MIPI-DSI 屏幕，可以为桌面时钟加入功能切换、亮度调节等交互能力。

（4）支持主题切换

包括深色模式、复古样式、霓虹风格等多种 UI 风格。

（5）集成闹钟与提醒功能

借助 Linux 本地通知或音频输出，实现桌面提醒。

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7 结语

本文完整介绍了一个基于 VisionFive 与 Python 的桌面时钟项目，从硬件选择、系统环境搭建，到代码实现、自启动设置以及扩展方向均进行了详细的说明。通过这一项目，你不仅能够深入理解 RISC-V 单板计算机在图形显示领域的应用场景，也可以在此基础上构建更多具象化、具有展示效果的桌面 IoT 项目。

RISC-V 作为开源指令集的代表，其生态仍在快速发展，但已经能够支撑相对成熟的图形应用和交互界面。希望这篇文章能为你的 RISC-V 开源硬件探索提供启发，也期待你能继续基于 VisionFive 构建出更多有趣、实用、美观的小型桌面设备。

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参考资料

1. VisionFive2 wiki 百科
   https://www.waveshare.com/wiki/VisionFive2
2. VisionFive2 百度 百科
   https://baike.baidu.com/item/昉·星光/59471847
3. VisionFive2开发板
   https://www.starfivetech.com/site/boards