嵌入式图形库-LVGL v9.6-基础概念

文章目录

• 一、LVGL
• [二、LVGL 版本选择](#二、LVGL 版本选择)
• • [   1、V8.3（经典稳定版）](#   1、V8.3（经典稳定版）)
  • [   2、V9.x（新版主推）](#   2、V9.x（新版主推）)
• [三、LVGL 核心运行机制（四大必懂核心）](#三、LVGL 核心运行机制（四大必懂核心）)
• • [   1、lv_init() 库初始化](#   1、lv_init() 库初始化)
  • [   2、lv_tick_inc(ms)系统节拍](#   2、lv_tick_inc(ms)系统节拍)
  • [   3、lv_timer_handler() UI 任务内核](#   3、lv_timer_handler() UI 任务内核)
  • [   4、lv_display_flush_ready() 刷新完成通知](#   4、lv_display_flush_ready() 刷新完成通知)
• [四、LVGL 三大硬件驱动层](#四、LVGL 三大硬件驱动层)
• • [   1、显示驱动 Display](#   1、显示驱动 Display)
  • [   2、输入驱动 INDEV](#   2、输入驱动 INDEV)
  • [   3、时间驱动 Tick](#   3、时间驱动 Tick)
• 五、开发平台
• • [   1、PC平台](#   1、PC平台)
  • [   2、MCU平台](#   2、MCU平台)
  • [   3、MPU Linux 平台](#   3、MPU Linux 平台)
• 六、核心概念
• • [   1、Object 对象（lv_obj_t）](#   1、Object 对象（lv_obj_t）)
  • [   2、Screen 屏幕](#   2、Screen 屏幕)
  • [   3、Style 样式（lv_style_t）](#   3、Style 样式（lv_style_t）)
  • [   4、Event 事件系统（lv_event_t）](#   4、Event 事件系统（lv_event_t）)
  • [   5、Timer 软件定时器（lv_timer_t）](#   5、Timer 软件定时器（lv_timer_t）)
  • [   6、Memory 内存管理](#   6、Memory 内存管理)
  • [   7、Tick 节拍](#   7、Tick 节拍)
• 七、渲染概念
• • [   1、Dirty area 脏区（核心机制）](#   1、Dirty area 脏区（核心机制）)
  • [   2、Display 显示设备 lv_disp_t](#   2、Display 显示设备 lv_disp_t)
  • [   3、Input device 输入设备 lv_indev_t](#   3、Input device 输入设备 lv_indev_t)
  • [   4、Draw 绘制管线](#   4、Draw 绘制管线)
• [八、布局 Layout概念](#八、布局 Layout概念)
• • [   1、Flex（弹性布局，最常用）：](#   1、Flex（弹性布局，最常用）：)
  • [   2、Grid（网格布局）：](#   2、Grid（网格布局）：)
• [九、Widgets 控件](#九、Widgets 控件)
• [十、Extra 扩展模块（lv_conf.h 开关控制）](#十、Extra 扩展模块（lv_conf.h 开关控制）)

一、LVGL

   LVGL（Light and Versatile Graphics Library）是一款开源、轻量级、跨平台的嵌入式 GUI 图形库。

   核心定位：纯软件绘图、与硬件无关、适配所有MCU/RTOS。

   特点总结：

     纯 C 语言、无依赖、MIT 开源（商用免费）。

     资源占用极低：最小 RAM 8KB、Flash 64KB 即可运行。

     自带控件、样式、动画、布局、事件系统。

     只负责生成像素数据，不操作屏幕硬件。

     支持裸机 / FreeRTOS / RT-Thread / ESP-IDF / Linux。

二、LVGL 版本选择

   1、V8.3（经典稳定版）

     兼容性最好，旧项目主流版本。

     IDF4.x 全系推荐使用。

     驱动结构体：lv_disp_drv_t / lv_indev_drv_t。

   2、V9.x（新版主推）

     API 更简洁、性能优化、内存管理升级。

     IDF5.x 官方默认适配版本。

     驱动结构体更名：lv_display_t / lv_indev_t。

     硬性规则：项目中 不能混用 V8/V9 代码，否则编译报错、运行崩溃。

三、LVGL 核心运行机制（四大必懂核心）

   LVGL 能跑起来，只依赖四个核心机制，是所有开发的基础。

   1、lv_init() 库初始化

     初始化 LVGL 内核、内存池、控件、样式系统，程序启动执行一次。

   2、lv_tick_inc(ms)系统节拍

     为 LVGL 提供时间基准，用于动画、倒计时、长按判定。

     必须放在定时器中精准调用（一般 1ms 中断）。

     不调用：所有动画、长按、定时器全部失效。

   3、lv_timer_handler() UI 任务内核

     处理：界面刷新、事件检测、动画运算、控件状态更新。

     裸机：while(1) 循环调用。

     RTOS：单独低优先级任务循环调用。

     铁律：所有 LVGL 控件操作，必须和该函数同任务。

   4、lv_display_flush_ready() 刷新完成通知

     放在屏幕刷新回调函数末尾。

     告知 LVGL：像素数据已经写完，可以刷新下一帧。

     不调用：界面卡死、花屏、停止刷新。

四、LVGL 三大硬件驱动层

   LVGL 本身不碰硬件，需要用户/官方端口对接三个驱动：

   1、显示驱动 Display

     作用：定义屏幕分辨率、颜色格式、绘制缓冲区、刷屏回调。

     核心：draw_buf 绘制缓冲区。

       单缓冲：省内存、轻微闪烁。

       双缓冲：流畅无撕裂、占用双倍 RAM。

       ESP32-S3 必须将缓冲区放在 PSRAM，否则内存溢出崩溃。

   2、输入驱动 INDEV

     对接：触摸屏、按键、编码器、鼠标。

     作用：上报坐标、按下/松开状态给 LVGL。

   3、时间驱动 Tick

     即 lv_tick_inc，提供系统毫秒时钟。

五、开发平台

   1、PC平台

    

   2、MCU平台

    

   3、MPU Linux 平台

    

六、核心概念

   1、Object 对象（lv_obj_t）

     LVGL 万物皆对象。按钮、标签、图片、窗口，全部继承 lv_obj_t。

     对象树：父子层级，父对象裁剪子对象（子超出父区域自动截断）

     属性：坐标、大小、样式、事件、可见性

     API：lv_obj_create(parent) 创建；lv_obj_set_pos/size() 设置位置大小

     示例：lv_obj_t *label = lv_label_create(lv_screen_active()); lv_screen_active()：获取当前激活屏幕（顶层父对象）

   2、Screen 屏幕

     特殊对象，GUI 的根。

     可以多屏幕切换 lv_screen_load()，一次只显示一个 screen。

   3、Style 样式（lv_style_t）

     解耦 UI 数据和控件，类似 CSS。颜色、圆角、边框、阴影、padding、文字大小透明度。

     支持状态：默认、按下、聚焦、禁用等（LV_STATE_PRESSED）

     可多个样式叠加；可全局 / 局部样式

     写法：lv_style_set_bg_color(&style, lv_color_hex(0x3366ff));

     绑定：lv_obj_add_style(obj, &style, LV_STATE_DEFAULT);

   4、Event 事件系统（lv_event_t）

     控件交互核心，回调驱动。

     常见事件：LV_EVENT_CLICKED点击、LV_EVENT_PRESSING按下、LV_EVENT_VALUE_CHANGED值变化（滑块 / 开关）、LV_EVENT_DRAW_PART_BEGIN绘制回调

     注册：lv_obj_add_event_cb(obj, event_handler, LV_EVENT_CLICKED, user_data);

     在回调内：lv_event_get_target(e) 获取触发对象；lv_event_get_user_data(e)拿到自定义参数

   5、Timer 软件定时器（lv_timer_t）

     LVGL 内部软件定时器，不是硬件定时器，由 lv_timer_handler() 轮询驱动。

     用途：动画、周期刷新 UI、轮询传感器。

     注意：lv_timer_handler()必须周期性调用（10~20ms 一次），V9 必调用。

   6、Memory 内存管理

     LVGL 自带内存池，LV_MEM_SIZE 在lv_conf.h配置。

     所有对象、样式、图片 buffer 从这个池分配

     内存碎片风险：频繁创建删除对象会产生碎片；产品尽量预分配对象

     可替换成 malloc/free（配置项）

   7、Tick 节拍

     lv_tick_inc(uint32_t tick_period) 给 LVGL 提供系统时间基准。裸机 / RTOS 都要提供，单位 ms。

     模拟器：SDL 提供；ESP32：用 ESP-IDF 系统节拍。

七、渲染概念

   1、Dirty area 脏区（核心机制）

     对象修改后（改文字、移动、样式变化）标记脏区，只重绘脏的区域，不是全屏刷新，节省 CPU。

     流程：修改 obj → 标记脏区 → lv_timer_handler触发绘制 → 渲染脏区到 buffer → flush 回调推送屏幕。

   2、Display 显示设备 lv_disp_t

     移植重点，对接屏幕。

     Display buffer：渲染缓冲区（单 buffer / 双 buffer / 部分 buffer）

     lv_disp_flush_cb()：刷屏回调。LVGL 画好像素，调用这个函数，由底层驱动把 buffer 送到屏幕（SDL/ST7789）

     双 buffer 优势：渲染下一帧的同时屏幕传输上一帧，减少撕裂

   3、Input device 输入设备 lv_indev_t

     输入抽象层：触摸、鼠标、编码器、按键。

     类型：LV_INDEV_TYPE_POINTER触摸 / 鼠标；LV_INDEV_TYPE_ENCODER旋转编码器；LV_INDEV_TYPE_KEYPAD按键

     回调：周期性上报坐标 / 按键状态给 LVGL

     PC 模拟器：鼠标作为 pointer；ESP32：XPT2046 触摸芯片

   4、Draw 绘制管线

     Draw unit：绘制单元，分软件渲染 / GPU 加速（DMA2D、PPA、VG-Lite）

     图元绘制：矩形、文字、圆弧、图片、蒙版、透明度混合

     V9 新架构：draw unit 解耦，很容易接入硬件 GPU 加速（ESP32-S3 PPA）

八、布局 Layout概念

   1、Flex（弹性布局，最常用）：

     类似前端 flex。自动排列子控件，自动换行、对齐。

     lv_obj_set_flex_flow()、lv_obj_set_flex_align()

   2、Grid（网格布局）：

     表格式，按行和列分配单元格。适合仪表盘、矩阵按钮。

     推荐：简单排列用 Flex；规整矩阵界面用 Grid，尽量少手动写坐标lv_obj_set_pos。

九、Widgets 控件

     全部在 src/widgets，是预封装好的对象。

     基础：label 文字、btn 按钮、img 图片、slider 滑块、switch 开关、checkbox 复选框。

     复杂：tabview 分页、list 列表、textarea 文本输入、roller 滚轮选择、chart 图表、msgbox 弹窗。

     每个控件都有专属属性，同时继承 obj 的通用属性（位置、样式、事件）。

十、Extra 扩展模块（lv_conf.h 开关控制）

     Font 字体：内置点阵字体；工具生成自定义字体（中文必须自己生成）。

     Image decoder 图片解码器：PNG/JPG/GIF/SVG/Lottie 矢量动画。

     File system FS：对接文件系统，读取 SD 卡 /flash 里图片字体。

     Themes 主题：预设整套样式，一键切换 UI 风格。