Winduino：在 PC 上为 Arduino 项目进行原型设计的工具
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使用此 Windows PC 适配器和模拟器，可在 PC 上运行和开发 Arduino 代码，包括显示屏。
引言
更新：我现在已经在 PC 上实现了大部分 Arduino 框架，但我不得不将许可证从 MIT 更改为 Lesser GPL。
更新 2：我现在实现了 I2C、SPI 和设备仿真。文章和代码库已大量更新。
更新 3： 增加了将 HardwareSerial 实例映射到 PC COM 端口的功能
这一切都始于一时兴起。我只想看看我的图形和用户界面库是否能在 Windows PC 上运行。为此，我创建了一个通过 DirectX 绘制到窗口的机制，然后我将我的用户界面代码和图形代码与之连接。
它本身并没有太大用处，但我对自己说：“嘿，稍微加工一下，这可能是一个有用的原型工具”，然后我们就有了现在这个样子。
我所做的是围绕着 Arduino 功能的一个合理子集创建了一个包装器。这足以使用 LVGL** 或 UIX 运行用户界面，并将“串行”输出写入日志窗口，仿真和操作虚拟 GPIO、SPI 和 I2C 设备。
** 我应该注意的是，我没有用 LVGL 进行过测试，但理论上，它应该可以正常工作。对于外部虚拟 SPI 屏幕，以及像 htcw_ili9341 或 TFT_eSPI 这样的东西，肯定可以。
必备组件
您需要一台 Windows 10 或 Windows 11 PC。
您需要从 git-scm.org 安装 Git。
您需要安装 MinGW 以使用 GCC。我与 Winlibs 发行版合作良好。将其安装在系统驱动器的根目录下，以避免路径长度问题。
您需要安装带有 Microsoft 的 CMake 扩展的 VS Code。
理解这段乱码
Winduino 是一堆头文件和一个静态库。此外，我还包含了一个使用随附的CMake 文件即可构建的示例项目。我还包含了一个批处理文件，可用于获取依赖项。此外，我还包含了一些作为 DLL 的虚拟 SPI 和 I2C 设备。
下载后，创建一个“lib”文件夹（如果还没有）。然后运行fetch_deps.cmd 以拉取所有必要的依赖项。现在您可以通过 VS Code 构建它，方法是右键单击CMakeLists.txt 并选择“build all projects”。最后，您可以使用run.cmd 运行输出。
要使用它，您需要在主源文件中#include "Arduino.h"，然后实现setup() 和loop()。项目中已包含一个main.cpp 文件，并且脚本已针对我的 图形 和 用户界面 库进行了设置。
有一个特殊的函数，您可以实现它，称为void winduino()，它在 Winduino 下运行时在setup() 之前运行。这可以用来调用 Winduino 特定的代码来设置虚拟硬件等，而不会弄乱setup()，但否则它的功能与setup() 基本相同。无论如何，您都需要用#ifdef WINDUINO/#endif 包裹它，以避免在 Winduino 之外进行编译错误。
这是示例main.cpp 文件顶部的样子
#include <Arduino.h>
// include my graphics and ui
// iot libraries:
#include <gfx.hpp>
#include <uix.hpp>
using namespace gfx;
using namespace uix;
除了 Arduino 兼容性之外，还有一些其他的输入输出功能。
read_mouse()获取鼠标信息flush_bitmap()将位图发送到显示器winduino()可以实现并在setup()之前运行hardware_load()从 DLL 加载虚拟硬件。hardware_set_pin()将虚拟 GPIO 连接到虚拟硬件，例如虚拟显示器的 DC 线hardware_configure()允许您设置特定于设备的配置属性hardware_transfer_bits_spi()允许您与端口上的所有虚拟 SPI 设备进行双向位传输。但是，您应该使用SPI.h 中的SPIClass实例。hardware_transfer_bytes_i2c()与端口上的所有虚拟 I2C 设备进行双向字节传输。但是，您应该使用Wire.h 中的TwoWire实例。hardware_attach_log()将硬件的日志消息连接到 Winduino 中的输出窗口hardware_attach_spi()将虚拟 SPI 设备连接到特定端口hardware_attach_i2c()将虚拟 I2C 设备连接到特定端口hardware_attach_serial()将 PC 串行 COM 端口连接到特定 Serial 实例hardware_get_attached_serial()报告连接到特定 Serial 实例的 COM 端口-
hardware_set_screen_size()设置集成显示屏的大小。默认为 320x240。
flush_bitmap() 接收位图的坐标和位图数据，并将其放置在指定坐标的显示器上。位图采用 BGRx8888 格式，如果定义了 USE_RGB，则采用 RGBX8888 格式。这就是您的代码将与 Arduino 设备代码不同之处。特别是，颜色格式为 32 位而不是 16 位。您必须相应地进行调整。幸运的是，有了我的图形和用户界面库，这很容易。
read_mouse() 报告鼠标坐标以及左键是否按下。如果为 false，则坐标无效。这可用于模拟触摸。请注意，如果鼠标指针被拖出窗口，坐标可能会超出窗口边界。因此，read_mouse() 的工作方式与常规触摸略有不同，您必须自己进行值钳制。
注意： 以下函数只能在 winduino() 函数内部调用。如果在其他任何地方调用它们，结果将是未定义的。
hardware_load() 接收一个 DLL 名称，并返回一个 hw_handle_t，可用于引用该硬件设备。此函数每次调用时都会创建一个新的设备实例，并返回一个新句柄。如果设备加载失败，则返回 false。
hardware_set_pin() 在虚拟 MCU 和虚拟设备之间建立虚拟 GPIO 连接。它接收一个硬件句柄、一个 MCU 引脚 ID 和一个设备引脚 ID。您可以在设备附带的头文件中找到设备的引脚 ID。
hardware_configure() 设置特定于设备的配置属性。它接收一个硬件句柄、一个属性 ID、一些数据和数据大小。属性 ID 包含在设备 DLL 附带的头文件中。数据的格式是特定于属性的。
hardware_transfer_bits_spi() 和 hardware_transfer_bytes_i2c() 支持该框架，不应直接使用。
hardware_attach_log() 接收一个硬件句柄、一个字符串前缀和一个日志级别。前缀会附加到该设备发出的任何日志中。日志级别表示输出的详细程度，255 包括所有消息，包括调试信息。1 是错误，2 是警告，3 是信息。其余的是各种级别的信息或调试，具体取决于硬件实现。
hardware_attach_spi() 接收一个硬件句柄和一个端口号。虚拟硬件连接到指定的 SPI 端口。
hardware_attach_i2c() 接收一个硬件句柄和一个端口号。虚拟硬件连接到指定的 I2C 端口。
hardware_attach_serial() 接收一个 UART 号和一个端口号。COM 端口连接到指定的串行实例。
hardware_get_attached_serial() 接收一个 UART 号和一个端口号（作为输出参数）。检索与该 UART 关联的 COM 端口。
hardware_set_screen_size() 接收宽度和高度，并相应地设置集成屏幕的尺寸。
使用这个烂摊子
基本上，您可以导入您的 Arduino ino 或 PlatformIO 代码并声明屏幕尺寸。请记住将您的ino 文件“cpp-化”。将新的cpp 文件添加到CMakeLists.txt，或者直接使用提供的main.cpp。
实际上，您需要修改CMakeLists.txt 文件以包含您添加的任何新的 C 或 CPP 实现文件。
应注意的是，.ino 文件实际上无法与我的图形库一起使用，因为它需要比 Arduino IDE 工具链提供的更新版本的 C++ 标准。它们应该与 LVGL 一起使用。
如果您需要 RGBA8888 而不是 BGRA8888（DirectX 原生），请在包含Arduino.h 头文件之前使用此定义
#define USE_RGB
这决定了传递给 flush_bitmap() 的位图的预期格式。
之后，#include <Arduino.h>。
#include <Arduino.h>
您可以使用 Serial 将内容打印到日志窗口。即使在当前代码库中不是必需的，您也应该在使用它们之前调用 begin()。将来可能需要。
要使用 VS Code 进行构建，请右键单击 CMakeLists.txt 并选择“Build All Projects”。如果您没有该选项，则需要安装 Microsoft 的 CMake 扩展。首次构建时，系统会询问您要使用哪个编译器。您应该使用 GCC 之一，因为这是您为物联网编码时 Arduino 工具链使用的。
完成之后，您可以切换到 VS Code 中的终端并输入.\run 来运行程序。
main.cpp
此文件包含大量示例代码，用于在原生屏幕上运行演示以及加载和附加外部硬件。此文件是您的 Arduino 代码所在的位置。只需删除示例代码并实现您自己的 winduino()/setup()/loop() 例程。
实现虚拟设备
虚拟设备是公开一个或多个硬件设备实例的 DLL。硬件可能公开一个复合设备，例如带有触摸屏的屏幕。话虽如此，每个 DLL 只公开一个硬件设备（即使是复合的），以保持简单。否则，我会使用 COM。
您的设备应该是一个类，以便支持多个实例。每次调用 DLL 函数 CreateHardware() 时，都应该创建一个类的新实例，将其强制转换为硬件接口，然后返回。
该类必须实现硬件接口，其中包括与设备交互所需的所有核心函数。您的类可能不实现所有这些功能，但必须为没有其他方式提供的功能提供存根。
class hardware_interface {
public:
virtual int __cdecl CanConfigure() =0;
virtual int __cdecl Configure(int prop,
void* data,
size_t size) =0;
virtual int __cdecl CanConnect() =0;
virtual int __cdecl Connect(uint8_t pin,
gpio_get_callback getter,
gpio_set_callback setter,
void* state) =0;
virtual int __cdecl CanUpdate() =0;
virtual int __cdecl Update() =0;
virtual int __cdecl CanPinChange() =0;
virtual int __cdecl PinChange(uint8_t pin,
uint32_t value) =0;
virtual int __cdecl CanTransferBitsSPI() =0;
virtual int __cdecl TransferBitsSPI(uint8_t* data,
size_t size_bits) =0;
virtual int __cdecl CanTransferBytesI2C() =0;
virtual int __cdecl TransferBytesI2C(const uint8_t* in,
size_t in_size,
uint8_t* out,
size_t* in_out_out_size) =0;
virtual int __cdecl CanAttachLog() =0;
virtual int __cdecl AttachLog(log_callback logger,
const char* prefix,
uint8_t level) =0;
virtual int __cdecl Destroy() =0;
};
有四种方法可以驱动您的设备：通过 GPIO、通过 SPI、通过 I2C 和通过 Update() 函数。该函数与其他机制不太一样，因为它不需要总线或 GPIO 连接即可运行，但它本身无法与虚拟 MCU 通信。它只是作为应用程序循环的一部分定期运行。
您可以使用一种或多种这些机制来使设备工作。每个功能都有一个相应的 CanXXXX() 函数，用于指示基本功能是否受支持，例如 CanConfigure()/Configure()。
通常，您可以通过回调来响应 GPIO 的变化以及获取和设置 GPIO 的值。
对于 SPI 和 I2C，您可能需要状态机。由于协议差异，SPI 和 I2C 的工作方式略有不同。
对于 SPI，您传输一定数量的比特，并返回相同数量的比特。这可能在每次事务中被调用多次。当比特进入时，它们应该被处理，通常使用状态机，并且结果值应该覆盖传递给函数的读取值。如果函数是半双工的，那么非操作端应该是无损的，例如，对于半双工写入操作，数据参数应保持不变。确保在您的 CS 引脚为高电平时忽略传入数据。
对于 I2C，您可以在一次操作中处理整个事务。这是因为 I2C 会在整个事务期间保持线路，而不是像 SPI 那样允许您分割它们。您最有可能需要一个状态机，但它可以是局部的，仅限于处理例程，而不是像 SPI 那样可以在调用之间保留。
请参阅windiuno_hardware/spi_screen 文件，其中包含一个使用 GPIO、I2C 和 SPI 实现带有电容式触摸的虚拟触摸屏的示例。
历史
- 2023 年 9 月 17 日 - 首次提交
- 2023 年 9 月 20 日 - 大幅提高兼容性
- 2023 年 9 月 26 日 - 添加了虚拟硬件
- 2023 年 9 月 30 日 - 添加了串行映射