Средства построения графиков для.NET. MakiseGUI — бесплатная библиотека графического интерфейса для микроконтроллеров

Code::Blocks - свободная кроссплатформенная среда разработки. Code::Blocks написана на С++ и использует библиотеку wxWidgets. Имея открытую архитектуру, может масштабироваться за счёт подключаемых модулей. Поддерживает языки программирования С, С++, D (с ограничениями).

ConTEXT - бесплатный многооконный текстовый редактор с подсветкой синтаксиса основных популярных языков программирования, таких как C/C++, Delphi/Pascal, FORTRAN, 80x86 assembler, Java, JavaScript, Visual Basic, Perl/CGI, HTML, SQL, Python, PHP и т.п. Редактор может подключать внешние инструменты для компиляции или интерпретации исходного кода.

Eclipse - свободная интегрированная среда разработки модульных кроссплатформенных приложений. Развивается и поддерживается Eclipse Foundation.

Наиболее известные приложения на основе Eclipse Platform - различные «Eclipse IDE» для разработки ПО на множестве языков (Java, C/C++).

GTK+ (сокращение от GIMP ToolKit) - кроссплатформенная библиотека элементов интерфейса, имеет простой в использовании API, наряду с Qt является одной из двух наиболее популярных на сегодняшний день библиотек для X Window System.
Будучи изначально частью графического редактора GIMP, она развилась в отдельный проект и приобрела заметную популярность. GTK+ - свободное ПО, распространяемое на условиях GNU LGPL, позволяющей создавать как свободное, так и проприетарное программное обеспечение с использованием библиотеки. GTK+ является официальной библиотекой для создания графического интерфейса проекта GNU.

Konva.js - это JavaScript библиотека, которая добавляет интерактивность в HTML5 элемент canvas. Позволяет добавлять различные фигуры на холст, использовать для них обработчики событий, перемещать эти фигуры, изменять их масштаб, а также вращать, независимо друг от друга. Таким образом, поддерживается высокая производительность анимации, даже при большом количестве объектов.

Lazarus - свободная среда разработки программного обеспечения для компилятора Free Pascal на языке Object Pascal. Интегрированная среда разработки предоставляет возможность кроссплатформенной разработки приложений в Delphi-подобном окружении. На данный момент является единственным инструментом быстрой разработки приложений (RAD), позволяющим Delphi-программистам создавать приложения с графическим интерфейсом для Linux (и других не-Windows) систем.

MinGW (англ. Minimalist GNU for Windows), ранее mingw32, - компилятор, нативный программный порт GNU Compiler Collection (GCC) под Microsoft Windows, вместе с набором свободно распространяемых библиотек импорта и заголовочных файлов для Windows API. MinGW позволяет разработчикам создавать нативные приложения Microsoft Windows. В MinGW включены расширения для библиотеки времени выполнения Microsoft Visual C++ для поддержки функциональности C99 (современный стандарт языка программирования Си).

Система PascalABC.NET является совместной разработкой российских и немецких программистов, активно используется в ряде средних и высших учебных заведений России и ближнего зарубежья как основной язык для обучения студентов направления "Информационные технологии".

15 апреля 2017 в 23:36

MakiseGUI - бесплатная библиотека графического интерфейса для микроконтроллеров

• Программирование микроконтроллеров

Существует множество библиотек графического интерфейса для микроконтроллеров и встраиваемых систем, но многие из них имеют ограниченный функционал, сложность в использовании и интеграции, необходимость обязательного использования внешней оперативной памяти, а некоторые стоят больше, чем ваш проект целиком. Из-за этих причин и многих других было решено писать свою библиотеку.

Перед началом разработки я поставил себе цели:

• Простота конечной разработки. Писать интерфейс не должно быть сложнее, чем используя WindowsForms и тп
• Простота интеграции. Встроить и запустить интерфейс в приложении должно быть максимально просто на любом железе или ПО.
• Чистый Си. Был использован только gnu-c99 и из библиотек только stdlib
• Минимальное потребление RAM. Возможность использования на средних микроконтроллерах без внешней памяти(примерно 40kb с цветным дисплеем 320х240).
• Достаточное количество графических элементов для комфортной разработки. Простое добавление новых.
• opensource лицензия и бесплатное использование даже в коммерческих проектах

Пример без объяснений.

В качестве демонстрации возможностей библиотеки и примеров использования может быть использован проект созданный специально для этих целей: https://github.com/SL-RU/MakiseSDLTest

Он использует SDL2 для отрисовки и ввода и имеет примеры использования всех элементов и почти всех функций системы. Может быть скомпиллирован и запущен на любом linux дистрибутиве. На windows тоже, но лишь теоретически - сам не пробовал.

Видео работы:

Структура

Библиотека состоит из трёх чётко разделённых частей:

1) Ядро. Ядро состоит из интерфейса к драйверу, функций отрисовки в драйвер и функций отрисовки примитивов в буфер.

2) Драйвер. Драйвер обеспечивает всё общение с железом и с ПО, поэтому под каждую задачу придётся писать обычно свой, чтобы учесть все моменты(DMA, прерывания и тд). Драйвер лишь обеспечивает передачу изображения из буфера на железо и очищает буфер изображения. Как примеры, в проекте есть драйверы для дисплея на ili9340, а так же SDL2 для отладки библиотеки на компьютере. Ядро и драйвер могут работать отдельно, без GUI.

3) Сам GUI. Занимает бОльшую часть системы, тут воплощены все необходимые функции для работы интерфейса: контейнеры, элементы, системы отрисовки, фокуса, ввода, обработки событий и прочего.

GUI

Разработка графического интерфейса максимально приближена к объектно-ориентированному для максимальной простоты конечного программирования. Благодаря этому она имеет некоторые приятные особенности

Простейший пример, создающий кнопку на экране:

MHost host; //базовая структура системы, root-контейнер, содержащий все другие контейнеры и элементы. //метод будет вызыван при нажатии на кнопку void click(MButton *b) { printf("Button was clicked"); //выводим сообщение в стандартный поток b->text = "Clicked!"; //меняем текст кнопки } MButton button; //структура, содержащая всю информацию о кнопке void create_gui() { //создаём кнопку m_create_button(&button, //указатель на структуру кнопки host->host, //контейнер, в который будет добавлена кнопка после создания. В данном случае это контейнер MHost"a mp_rel(20, 20, //координаты элемента относительно левого верхнего угла 90, 30), //ширина, высота "Click me", //текст кнопки //События &click, //Вызывается при нажатии на кнопку 0, //Вызывается до обработки нажатия, может прервать обработку нажатия 0, //Вызывается при действиях с фокусом кнопки &ts_button //стиль кнопки); } void main() { //тут была инициализация MakiseGui, драйвера, MakiseBuffer и MHost. Запуск драйвера. create_gui(); while(1) { //драйвер вызывает функции рисовки //совершается ввод //и логика } }

Итого, этот пример создаёт на экране кнопку при нажатии на которую в стандартном потоке вывода появится надпись "Button was clicked" и текст кнопки изменится.

Инициализация

Инициализация предполагает только лишь запуск драйвера, задание размеров и выделение памяти для структур и буферов элементов. Чисто формальная операция. Как инициализировать систему можно поглядеть тут: https://github.com/SL-RU/MakiseSDLTest/blob/master/src/main.c в методе start_m();

Для начала использования GUI нужно создать makise_config.h и сконфигурировать его. В этом файле задаются системные дефайны и выбираются нужные драйверы дисплея. https://github.com/SL-RU/MakiseSDLTest/blob/master/makise_config.h

Ввод

Ввод приспособлен для работы в мультипоточных приложениях - он имеет очередь событий, которые посылаются интерфейсу при вызове makise_gui_input_perform(host);

Любое событие ввода представлено структурой MInputData.

Возможен ввод кнопок(список стандартных в makise_gui_input.h MInputKeyEnum), символов(пока нигде не используется) и ввод курсора(сенсорный экран или мышь). В примере с SDL используется ввод с клавиатуры и ввод мышью.

Контейнеры.

MContainer - структура контейнера.

Контейнеры содержат связанный список элементов. Из контейнеров можно удалять или добавлять элементы, перемещать их и совершать другие операции.

Позиция элемента в контейнере прямо влияет на очередь отрисовки и ввода.

Линкованый список осуществляется при помощи указателей на первый и последний элемент списка MElement и в структуре MElement имеются указатели на следующий и предыдущий элемент.

Элементы.

Любой элемент представлен ввиде структуры MElement, которая содержит в себе информацию о элементе, указатели на функции отрисовки, ввода, фокуса и тд элемента и указатель на его содержимое.

На данный момент существуют следующие элементы:

• MButton - кнопка. Которая отображает текст посылает события при нажатии
• MCanvas - простейший контейнер, который просто содержит элементы.
• MLable - простейшее текстовое поле
• MTextField - текстовое поле, поддерживающее перенос слов и переносы
• MSlider - слайдер
• MToggle - кнопка имеющая два состояния.
• MSList - список. Может быть как просто списком, так и radio-кнопками, так и чекбосками. Поддерживает обычные списки и динамические линкованные.
• MTabs - вкладки. Несколько переключаемых контейнеров.

Лучшей документацией являются примеры, поэтому для каждого элемента есть свои примеры использования. Как сложные, так и простые.

Количество элементов будет пополняться со временем. Да, тут нет многих необходимых функций - графики, изображения и тд. Но для моих целей они пока не нужны, но если вскоре понадобятся, то буду добавлять и публиковать в библиотеку. Так же не стесняйтесь добавлять свои или править существующие! Пулл-реквесты приветствуются.

Стили

Стиль элемента определяет его внешний вид. Cтиль задаёт цвета элемента в определённом состоянии. За это отвечают структуры MakiseStyle и MakiseStyleTheme. MakiseStyle содержит несколько MakiseStyleTheme для определённых состояний, а так же параметры шрифта.

Для кнопки стиль может выглядеть так:

MakiseStyle ts_button = { MC_White, //основной цвет. Не несёт никакого значения &F_Arial24,//Шрифт стиля 0, //межстрочное расстояние //цвет заднего фона | шрифта бортик есть ли двойной бортик {MC_Black, MC_Gray, MC_Gray, 0 }, //когда кнопка не активна {MC_Black, MC_White, MC_White, 0 }, //нормальное состояние {MC_White, MC_Green, MC_White, 0 }, //в фокусе {MC_Green, MC_White, MC_White, 0 }, //когда была кликнута };

Фокус

Фокус определяет к какому элементу пойдёт ввод. Для управления фокусом существуют следующие функции:

MFocusEnum makise_g_focus(MElement *el, MFocusEnum event); //фокусирует или расфокусирует нужный элемент MFocusEnum makise_g_host_focus_next(MHost *host);//переведёт фокус на следующий по очереди элемент MFocusEnum makise_g_host_focus_prev(MHost *host);//на предыдущий

Пример работы на микроконтроллере

Так же был написан пример библиотеки для STM32 микроконтроллеров. Был использован МК STM32f437VGT6 с тактовой частотой 180МГц и 2.2" дисплей 230х320 пикселей на контроллере ILI9341. Управления с компьютерной клавиатуры по UART.

Ниже рассмотрены библиотеки на C/C++, которые могут быть использованы в основе разработки библиотеки для генерации 2D финансовых графиков и индикаторов технического анализа.

Основными требованиями являются:

• Наличие C/C++ API.
• Наличие адекватной документации с примерами.
• Наличие Python-пакета для экспериментов.
• Относительно высокая скорость работы Python-пакета при рисовании >30000 линий.
• Правильная работа со шрифтами, поддержка пиксельных шрифтов и возможность отключения сглаживания.

Итог к рассмотрению:

• Pillow для работы в Python — быстрый, наличие документации.
• gMagick++ или Magick++ для расширения C/C++ — быстрые, хорошо документированы на сайте ImageMagick.
• SKIA или Cairo для работы с векторной графикой.

GraphicsMagic (Magick++)

Расширение для C++ форка GraphicsMagick библиотеки ImageMagick. С помощью библиотеки можно рисовать, обрабатывать картинки и сохранять в различных форматах. В отличии от родителя (IMagick) разработчики делают упор на производительности, оптимизации и безопасности.

Python-пакет PgMagick может работать как с GraphicsMagick, так и с ImageMagick. Библиотека интегрирована в Python с помощью Python-Boost. В отличие от Wand-Py работает в десятки раз быстрее, но при этом имеет худшую документацию для Python (надо все искать в документации C++-расширения Magick++).

ImageMagick (Magick++)

Расширение для C++ популярной библиотеки ImageMagick (IMagick). С помощью библиотеки можно рисовать, обрабатывать картинки и сохранять в различных форматах.

Wand-Py работает крайне медленно по сравнению с Pillow (форк стандартной библиотеки PIL для Python). Не удалось решить проблемы со шрифтами (добавляет сглаживание и размытие).

Cairo

Библиотека написанная на C для рендеринга векторной графики. Содержит функции для рисования двумерных изображений. Преимуществом отмечается (на форумах) хорошая документация. Работает медленнее SKIA (есть сравнение в интернете).

SKIA

Графическая библиотека написанная на C++ для рендеринга векторной графики. Используется в Google Chrome, Chrome OS, Mozilla Firefox, Android. Поддерживается Google. Куцая документация, но есть примеры. По сравнению с Cairo работает быстрее.

AGG (Anti-Grain)

Библиотека растровой графики написанная на C++. Последняя версия выпущена в 2006 году. Есть предположение, что данная библиотека лежит в основе PIL для Python (и Pillow).

Не так давно пришлось столкнуться с тривиальной задачей - найти решение, которое позволит рендерить рисунки графиков для.NET. Сразу оговорюсь, что меня интересовали только линейные графики. Камнем преткновения, который подтолкнул к переделыванию уже существующего решения (это были графики, встроенные в rdlc отчеты), было быстродействие. В целом, к искомому решению были предъявлены такие требования:

1. Необходимо оставить данную оптимизацию незамеченной для конечного пользователя, следовательно, решение должно быть широко настраиваемым, чтобы, в конечном счете, выглядеть так же, как и предшественник.
2. Работать быстро (ну понятно, пользователи не любят ждать).
3. Желательно, быть бесплатным или с открытым исходным кодом. Покупка не стала бы большой проблемой, найди я отличное платное решение, но начать лучше с open source.

Что было сделано?

Погуглив, выяснилось, что существует достаточно много вариантов для решения данной задачи, и все они достаточно сильно отличаются по многим параметрам (размер сообщества, скорость работы, удобство). В процессе выбора решения было опробовано 8 бесплатных вариантов:


Ещё в самом начале я решил, что надо собрать как можно больше вариантов в одном месте и протестить их на быстродействие, а уже после этого было очень жалко выбрасывать в корзину проделанную работу. Поэтому было решено оформить эту статейку и выложить то, что получилось, на GitHub . Таким образом, если возникла необходимость, Вы можете настроить каждое решение под себя и сразу же его проверить. Лично мне очень не хватало такой статьи в начале. Может быть, исходники вызовут улыбку у гуру, но новичкам, которые только вникают в.NET и ASP, они однозначно будут очень полезны.
Для сравнения скорости работы берутся дефолтные настройки графика, указывается разрешение выходного рисунка и ему скармливается фиксированное количество точек. Каждое решение прогоняется несколько раз, и в качестве реальной скорости берется среднее. Опять же, это достаточно субъективно, и, если Вы можете предложить более красивый подход, я с интересом выслушаю.
На моем ПК (Intel Core I5 3.10 GHz, 8gb ОЗУ, Windows 7 x64) вышло следующее распределение скорости работы:

№	Решение	Количество итераций	Суммарное время (сек)	Среднее время на одну итерацию (сек)
1	Dislin charts	5	1.9071907	0.38143814
2	Zed Graph	5	2.750275	0.550055
3	NPlot	5	3.1833183	0.63666366
4	Web Chart Control	5	5.130513	1.0261026
5	Microsoft Chart Controls	5	6.8456845	1.3691369
6	Oxy Plot	5	7.0067006	1.40134012
7	Open minded plot	5	8.257	1.6514
8	Google Sharp charting	5	9.8049804	1.96099608

Для различных входных параметров (разрешение изображения, количество точек на графике, параметры ПК, скорость интернета, фаза Луны и т.д.) результаты немного отличаются, поэтому Вы можете протестировать быстродействие у себя.
Я специально не делал глубокое сравнения фич и возможностей кастомизации, так как это довольно субъективная информация, которая сильно зависит от конкретной задачи. При необходимости, каждый желающий может провести полчаса, подебажить, посмотреть архитектуру решений, прикинуть, насколько легко их настроить под конкретные требования.
Если кто-то знает ещё бесплатные решения для графиков под.NET, которые пропущены в статье, - пишите в комментариях, и я постараюсь их добавить.

В один из моментов, я задался вопросом как мне вывести графику используя C++ (С). Я не хотел использовать такие популярные среды Builder или MS Visual с их библиотеками окон. Мне была нужна просто библиотека для работы с простой графикой в консоли .

Если судить по запросам в интернете и на форумах, этот вопрос возникал не только у меня.

После нескольких дней поиска ответа на данный вопрос, я подготовил подбороку данных библиотек. Возможно они пригодятся и вам.

Список библиотек

1. WinBGIm — портированная «старая» библиотека от компании Borland для Windows . Изначально она разрабатывалась для отображения графики под DOS.

2. Cairo — библиотека под лицензий GNU, поддерживается многими языками программирования (Delphi, Factor, Haskell, Lua, Perl, PHP, Python, Ruby, Scheme, Smalltalk и т.п. ). Также поддержка большого количество операционных систем.

3. SDL — кроссплатформенная мультимедийная библиотека под лицензий GNU реализующая единый программный интерфейс к графической подсистеме , звуковым устройствам и средствам ввода для широкого спектра платформ.

Данная библиотека активно используется при написании кроссплатформенных мультимедийных программ (в основном игр). Поддерживается большим количеством языков программирования (C, C++, C#, VB.NET, D, Ada, Vala, Eiffel, Haskell, Erlang, Euphoria, Java, Lisp, Lua, ML, Pascal, Perl, PHP, Pike, PureBasic, Python и Ruby ) и операционных систем (Linux, Microsoft Windows, Mac OS X, iOS и Android ).

Из интересной особенности библиотеки, она позволяет работать с джостиком , CD-ROM и сетью.

4. SFML — простая и быстрая кроссплатформенная мультимедийная библиотека, доступная на языках: С++, C, D, Java, Python, Ruby, OCaml, .Net и Go. Является объектно ориентированный аналог SDL . Позволяет работать с аудио , сетью и окнами .

5. Allergo — кроссплатформенная библиотека позволяющая работать с 2D графикой, аудиофайлами, окнами, файловой системой, 3D графикой. Помимо этого библиотека предоставляет дополнительные функции по работе с числами с фиксированной, плавающей запятой и матрицами.

Изначально создавалась для разработки игр под Atari (Allergo расшифровывается как Atari Low-Level Game Routines), сейчас библиотека поддерживается языками: C , C++ , Pascal, Python, Lua, Scheme, D, Go, Ada, Lisp, Mercury, Perl, Scheme. Есть поддержка под следующие платформы: Windows , macOS , Unix -подобные системы, Android и iOS .

6. SKIA — компактная графическая библиотека. Её использует в Google Chrome, Chrome OS, Chromium OS, Mozilla Firefox, Android (до 3.0), Firefox OS и Sublime Text 3. Библиотека работает на С и Python .

7. OpenGL (или glut) —библиотека на которой основываются некоторые из выше указанных. Я заявил о ней в самом конце списка, т.к. многие о ней слышали и она достаточно мощна для простых задач вроде 2D графики, но реализовывать она это может. Точнее даже сказать, OpenGL это спецификация, т.е. набор правил описывающих интерфейс, а разработчик оборудования (видеокарты) на её основе разрабатывает библиотеку . Реализуется на большом количество операционных систем и языков программирования.