SGL —— Small Graphics Library

专为 MCU 打造的轻量级、高性能 GUI 图形库

简介 · 快速开始 · 核心概念 · 移植指南 · 控件一览 · 社区

中文 | English

📖 项目简介

SGL（Small Graphics Library）是一个用 C99 编写的轻量级图形库，专为 MCU 级处理器设计，目标是让资源受限的嵌入式设备也能拥有美观、流畅、现代化的图形用户界面（GUI）。

它不依赖任何操作系统 —— 裸机、RTOS、Linux 上都可以运行，只需要您提供 一块屏幕的刷新回调 和 一个毫秒时基，其余的一切（渲染、脏矩形管理、事件分发、动画）全部由 SGL 完成。

✨ 特性亮点

	特性	说明
🪶	极致轻量	最小仅需 `3KB RAM` + `15KB ROM` 即可运行
🧩	部分刷新	支持部分帧缓冲，最小只需一行屏幕分辨率的缓冲
🎯	脏矩形算法	包围盒 + 贪心算法合并脏区，只重绘变化区域
⚡	零拷贝直写	支持帧缓冲控制器直写，绕过软件缓冲
🎨	多色深支持	`8bit (RGB332)` / `16bit (RGB565)` / `24bit (RGB888)` / `32bit (ARGB8888)`
🔄	屏幕旋转	支持静态旋转 `0/90/180/270°` 与运行时动态旋转
🖱	完整事件系统	触摸点击、长按、滑动方向、物理按键、焦点管理
🎬	动画引擎	内置补间动画，支持多种缓动路径与循环模式
🌏	现代字体工具	支持压缩字体、外部 Flash 字库、中文 CJK
🗂	文件系统对接	FATFS / LittleFS / RAMFS 开箱即用
🧱	50+ 内置控件	从按钮、滑条到示波器、二维码、文件浏览器

📐 最低硬件要求

Flash 大小	RAM 大小
15 kB	3 kB

🏗 架构总览

flowchart TB
    APP["🖥️ <b>应用程序 (App)</b>"]

    subgraph SGL ["SGL 图形库"]
        direction TB
        WIDGETS["🧱 <b>控件层 widgets/</b><br/>50+ 控件：button · label · scope · chart ..."]
        ANIM["🎬 <b>动画引擎 anim</b>"]
        EVENT["🖱️ <b>事件系统 event</b><br/>触摸 / 按键 / 焦点"]
        CORE["⚙️ <b>内核 core/</b><br/>对象树 · 脏矩形 · 任务调度 · 内存管理"]
        DRAW["🎨 <b>绘图引擎 draw/</b><br/>矩形 / 圆弧 / 贝塞尔 / 文本 / 图标 / 图片"]
    end

    PORT(["🔌 <b>移植层 (Port)</b> —— 您需要实现的唯一部分<br/>刷屏回调 · 毫秒时基 · 触摸上报 · 日志输出"])

    APP --> WIDGETS
    WIDGETS --> ANIM
    WIDGETS --> EVENT
    ANIM --> CORE
    EVENT --> CORE
    CORE --> DRAW
    DRAW --> PORT

    classDef app fill:#e3f2fd,stroke:#1976d2,stroke-width:2px,color:#0d47a1
    classDef widget fill:#f3e5f5,stroke:#8e24aa,stroke-width:2px,color:#4a148c
    classDef mid fill:#fff3e0,stroke:#f57c00,stroke-width:2px,color:#e65100
    classDef core fill:#e8f5e9,stroke:#388e3c,stroke-width:2px,color:#1b5e20
    classDef draw fill:#fce4ec,stroke:#c2185b,stroke-width:2px,color:#880e4f
    classDef port fill:#fffde7,stroke:#f9a825,stroke-width:3px,color:#e65100

    class APP app
    class WIDGETS widget
    class ANIM,EVENT mid
    class CORE core
    class DRAW draw
    class PORT port

    style SGL fill:none,stroke:#90a4ae,stroke-width:1px,stroke-dasharray:6 4,color:#546e7a

一帧界面的完整工作流程：

flowchart LR
    A[输入事件<br/>触摸/按键] --> B[事件队列]
    C[时基 tick] --> D[动画引擎]
    B --> E[sgl_task_handler]
    D --> E
    E --> F{有变化?}
    F -- 是 --> G[计算脏矩形]
    G --> H[重绘脏区]
    H --> I[flush_area 回调]
    I --> J[屏幕刷新<br/>sgl_fbdev_flush_ready]
    F -- 否 --> K[跳过本帧<br/>CPU 几乎零负载]

📂 目录结构

sgl/
├── source/
│   ├── sgl.h               # 总头文件，包含所有模块
│   ├── sgl_config.h        # 功能裁剪配置（裁出最小体积的关键）
│   ├── core/               # 内核：对象树、脏矩形、任务调度、事件
│   ├── draw/               # 绘图引擎：矩形/圆/弧/贝塞尔/文本/图标
│   ├── widgets/            # 50+ 内置控件（每个控件独立目录）
│   ├── fonts/              # 内置字体（Consolas / 宋体 / 图标字体）
│   ├── fs/                 # 文件系统适配：fatfs / littlefs / ramfs
│   ├── mm/                 # 内存管理算法：lwmem / tlsf / mtlsf / umm_malloc
│   ├── components/         # 扩展组件：timer 等
│   ├── include/            # 公共头文件（sgl_core.h / sgl_event.h / ...）
│   └── examples/           # 每个控件的示例代码，学习 SGL 的最佳入口
├── cmake/                  # CMake 配置模板
└── configure.md            # sgl_config.h 逐项配置说明

🚀 快速开始

最快的体验方式是在 Windows 上用 SDL2 模拟器运行，无需任何硬件。

方式一：VS Code + CMake（推荐，本仓库）

安装 VS Code、CMake Tools 插件与 MinGW GCC
克隆本仓库并初始化子模块：

git clone https://github.com/sgl-org/sgl-port-windows-vscode.git
cd sgl-port-windows-vscode
git submodule init
git submodule update --remote

用 VS Code 打开目录，将 demo/sgl_config.h 的内容覆盖到 sgl/source/sgl_config.h
点击底部状态栏的 Build，选择 sgl_simulator 目标，编译完成后 Run 即可

💡 在 demo/main.c 中取消注释任意 sgl_xxx_examples() 即可切换不同控件示例，所有示例源码都在 sgl/examples/ 目录下，是最直观的 API 教材。

方式二：命令行 + Makefile

git clone https://github.com/sgl-org/sgl-port-windows.git
cd sgl-port-windows
git submodule init
git submodule update --remote
cd demo
make -j8      # 编译
make run      # 运行

🧠 核心概念

SGL 采用 对象树 + 事件驱动 + 脏矩形 的设计，写一个界面只需要三步： 创建控件 → 设置属性 → 绑定事件回调。

Hello World

#include "sgl.h"

/* 点击回调：每点一次，计数 +1 并刷新到 label 上 */
static void btn_clicked_cb(sgl_event_t *e)
{
    static uint32_t count = 0;
    sgl_obj_t *label = (sgl_obj_t *)e->event_data;   /* 绑定时携带的私有数据 */
    sgl_label_set_text_fmt(label, "clicked %d times", ++count);
}

void my_ui_create(void)
{
    /* 1. 创建控件（parent 为 NULL 表示放在当前屏幕上） */
    sgl_obj_t *btn   = sgl_button_create(NULL);
    sgl_obj_t *label = sgl_label_create(NULL);

    /* 2. 设置位置、尺寸与外观 */
    sgl_obj_set_pos(btn, 10, 10);
    sgl_obj_set_size(btn, 120, 40);
    sgl_button_set_text(btn, "Count me");
    sgl_button_set_font(btn, &consolas24);
    sgl_button_set_radius(btn, 8);                  /* 圆角 */
    sgl_button_set_color(btn, sgl_rgb(46, 139, 87));/* 自定义颜色 */

    sgl_obj_set_pos(label, 10, 60);
    sgl_obj_set_size(label, 200, 30);
    sgl_label_set_text(label, "clicked 0 times");
    sgl_label_set_text_color(label, SGL_COLOR_CYAN);

    /* 3. 绑定事件回调，label 作为私有数据透传给回调 */
    sgl_obj_set_event_cb(btn, btn_clicked_cb, label);
}

完整可运行版本见 examples/button.c，每个控件都有对应的示例文件。

常用事件类型

事件宏	触发时机	事件宏	触发时机
`SGL_EVENT_PRESSED`	按下	`SGL_EVENT_CLICKED`	点击（按下并抬起）
`SGL_EVENT_RELEASED`	抬起	`SGL_EVENT_LONG_CLICKED`	长按后抬起
`SGL_EVENT_MOVE_UP/DOWN/LEFT/RIGHT`	定向滑动	`SGL_EVENT_FOCUSED`	获得焦点（按键导航）
`SGL_EVENT_KEY_UP/DOWN/LEFT/RIGHT/ESC`	物理按键	`SGL_EVENT_DESTROYED`	对象销毁

动画

/* 动画驱动的是任意整数值，通过回调把插值反映到界面上 */
static void loader_anim_cb(sgl_anim_t *anim, int32_t value)
{
    /* value 从 0 插值到 360，这里更新控件属性 */
    sgl_arc_set_end_angle(g_loader, value);
}

void my_anim_create(void)
{
    sgl_anim_t *anim = sgl_anim_create();
    if (anim != NULL) {
        sgl_anim_set_data(anim, NULL);                 /* 携带私有数据（可选） */
        sgl_anim_set_start_value(anim, 0);
        sgl_anim_set_end_value(anim, 360);
        sgl_anim_set_act_duration(anim, 1800);         /* 时长 ms */
        sgl_anim_set_act_delay(anim, 300);             /* 起始延时 ms（可选） */
        sgl_anim_set_path(anim, loader_anim_cb, SGL_ANIM_PATH_EASE_OUT); /* 回调 + 缓动曲线 */
        sgl_anim_set_auto_free(anim);                  /* 结束后自动释放（可选） */
        sgl_anim_start(anim, SGL_ANIM_REPEAT_LOOP);    /* 循环播放；播放一次用 SGL_ANIM_REPEAT_ONCE */
    }
}

内置缓动曲线：SGL_ANIM_PATH_LINEAR / EASE_IN / EASE_OUT / EASE_IN_OUT / EASE_OUT_BACK / EASE_IN_OUT_SINE 等，完整列表见 sgl_anim.h，使用实例见 examples/arc.c。

🔌 移植指南

SGL 对平台的依赖被压缩到了极致，只需实现 3 个必需接口，即可在任何带屏幕的平台上运行。下表是全部移植工作量：

接口	必需	作用	建议挂载位置
`flush_area` 刷屏回调	✅	把渲染缓冲送到屏幕	LCD 驱动（SPI/QSPI/RGB/DMA）
`sgl_fbdev_flush_ready()`	✅	通知 SGL 本块刷写完成	刷屏回调末尾或 DMA 完成中断
`sgl_tick_inc(ms)`	✅	提供 SGL 毫秒时基	SysTick 中断 / 定时器
`sgl_event_pos_input(x, y, pressed)`	➖	上报触摸坐标与按下状态	触摸中断 / 轮询
`sgl_logdev_register(puts)`	➖	重定向 SGL 日志输出	串口 printf

➖ 表示可选：没有触摸屏可以不上报输入，纯显示应用完全不受影响。

移植步骤

第 1 步：准备显示缓冲

根据 RAM 预算选择缓冲策略。双缓冲 + 多行 是流畅度与内存的最佳平衡：

#define PANEL_WIDTH     240
#define PANEL_HEIGHT    320
#define BUF_LINES       20        /* 每次渲染 20 行，占用 240*20*2 = 9.6KB */

static sgl_color_t buf0[PANEL_WIDTH * BUF_LINES];
static sgl_color_t buf1[PANEL_WIDTH * BUF_LINES];

💡 RAM 极度紧张时，可将 BUF_LINES 设为 1（仅 480 字节 @ 240 宽 RGB565）；如果板载大 RAM 且希望极致性能，也可以直接用整帧缓冲配合 CONFIG_SGL_USE_FBDEV_VRAM 零拷贝直写。

第 2 步：实现刷屏回调

这是唯一的硬件相关渲染函数 —— 收到脏区 area 后，把 src 中的像素写入屏幕对应窗口：

static void my_flush_area(sgl_area_t *area, sgl_color_t *src)
{
    int16_t w = area->x2 - area->x1 + 1;
    int16_t h = area->y2 - area->y1 + 1;

    /* 示例：SPI 屏（如 ST7789/ILI9341），设置地址窗口后连续写像素 */
    lcd_set_address_window(area->x1, area->y1, area->x2, area->y2);
    lcd_write_pixels((const uint8_t *)src, (uint32_t)w * h * sizeof(sgl_color_t));

    /* 关键！告诉 SGL 数据已经送达，SGL 才会渲染下一块 */
    sgl_fbdev_flush_ready();
}

⚡ 进阶：DMA 异步刷屏（推荐，可大幅提高帧率）

static void my_flush_area(sgl_area_t *area, sgl_color_t *src)
{
    lcd_set_address_window(area->x1, area->y1, area->x2, area->y2);
    lcd_dma_send_pixels(src, (area->x2 - area->x1 + 1) * (area->y2 - area->y1 + 1));
    /* 不在这里等待，回调立即返回，SGL 渲染下一块的同时 DMA 在搬运 */
}

/* DMA 传输完成中断中 */
void DMA_CH_IRQHandler(void)
{
    dma_clear_flag();
    sgl_fbdev_flush_ready();   /* 在中断里通知 SGL */
}

第 3 步：注册设备并初始化

void sgl_port_init(void)
{
    static sgl_fbinfo_t fbinfo = {
        .xres        = PANEL_WIDTH,
        .yres        = PANEL_HEIGHT,
        .flush_area  = my_flush_area,
        .buffer[0]   = buf0,
        .buffer[1]   = buf1,
        .buffer_size = SGL_ARRAY_SIZE(buf0),   /* 单个缓冲的像素个数 */
    };

    sgl_fbdev_register(&fbinfo);      /* 1. 注册显示设备（必须在 sgl_init 之前） */

    sgl_logdev_register(my_log_puts); /* 2.（可选）注册日志输出到串口 */

    sgl_init();                       /* 3. 初始化 SGL：内存池/屏幕对象/事件队列 */
}

初始化完成后，SGL 内部使用 CONFIG_SGL_HEAP_MEMORY_SIZE 指定大小的静态内存池 管理所有控件对象 —— 无需 malloc，也避免了堆碎片风险。

第 4 步：接入时基与输入

/* SysTick 中断服务函数中（1ms 一次） */
void SysTick_Handler(void)
{
    sgl_tick_inc(1);
}

/* 触摸中断或轮询函数中 */
void my_touch_scan(void)
{
    int16_t x, y;
    bool pressed = touch_read(&x, &y);
    sgl_event_pos_input(x, y, pressed);   /* 按下/移动/抬起 都调这一个函数 */
}

第 5 步：主循环

int main(void)
{
    board_init();          /* 时钟、LCD、触摸等硬件初始化 */
    sgl_port_init();       /* 注册设备 + sgl_init() */

    my_ui_create();        /* 构建 UI（见上一节 Hello World） */

    while (1) {
        sgl_task_handler();        /* 事件分发 + 动画推进 + 脏区重绘 */
        my_touch_scan();           /* 触摸轮询（中断方式可省略） */
    }
}

sgl_task_handler() 内部自带节流：未到 CONFIG_SGL_SYSTICK_MS 周期或界面无变化时直接返回，所以放心放在 while(1) 里调用即可。RTOS 用户也可以把它放进独立 GUI 线程。

第 6 步：裁剪配置

编辑 sgl/source/sgl_config.h，关键配置项：

配置项	说明	建议
`CONFIG_SGL_FBDEV_PIXEL_DEPTH`	色深 `8/16/24/32`	与屏幕一致，常见为 `16`
`CONFIG_SGL_FBDEV_ROTATION`	静态旋转 `0/90/180/270`	横屏改竖屏时使用
`CONFIG_SGL_COLOR16_SWAP`	RGB565 字节序交换	SPI 大端屏颜色异常时置 `1`
`CONFIG_SGL_HEAP_MEMORY_SIZE`	GUI 堆大小（字节）	按控件数量调整
`CONFIG_SGL_FONT_XXX`	内置字体开关	只开用到的，字体是 Flash 大户
`CONFIG_SGL_DEBUG`	调试日志	量产时关闭

完整的逐项说明请阅读 configure.md。

第 7 步：接入构建系统

将以下源文件加入工程编译（CMake / Makefile / Keil / IAR / CubeIDE 均可）：

sgl/source/core/*.c        # 内核
sgl/source/draw/*.c        # 绘图引擎
sgl/source/mm/<算法>/*.c    # 内存管理，如 mm/lwmem/
sgl/source/fonts/<启用>.c   # 仅加入启用的字体
sgl/source/widgets/...     # 仅加入用到的控件

并添加头文件搜索路径：sgl/source/ 与 sgl/source/include/。

📋 移植核对清单（Checklist）

LCD 驱动能完成「设置地址窗口 + 连续写像素」
实现并注册了 flush_area 回调，回调内（或 DMA 完成中断里）调用了 sgl_fbdev_flush_ready()
sgl_tick_inc() 已挂到毫秒时基（动画与长按检测依赖它）
sgl_event_pos_input() 已接入触摸（可选）
sgl_fbdev_register() 在 sgl_init() 之前调用
sgl_config.h 的色深与屏幕一致，SPI 屏检查字节序
控件创建于 sgl_init() 之后

可选：接入外部物理按键与编码器按键

以下输入接口均为可选接口。如果设备没有外部物理按键或编码器，可以不接入，不影响 SGL 的基本显示和触摸功能。需要使用时，建议在按键中断服务函数、按键扫描函数或编码器定时器回调中调用。

外部物理按键输入

SGL 提供了一组物理按键输入接口，用于将外部按键、GPIO 按键或键盘驱动产生的事件传递给事件系统。

接口	作用
`sgl_key_up()`	向上导航，触发 `SGL_EVENT_KEY_UP`
`sgl_key_down()`	向下导航，触发 `SGL_EVENT_KEY_DOWN`
`sgl_key_left()`	向左导航，触发 `SGL_EVENT_KEY_LEFT`
`sgl_key_right()`	向右导航，触发 `SGL_EVENT_KEY_RIGHT`
`sgl_key_enter_pressed()`	ENTER/确认键按下
`sgl_key_enter_released()`	ENTER/确认键释放
`sgl_key_esc()`	ESC/返回键输入

方向键接口会驱动当前焦点在按键组中导航；确认键按下和释放应分别上报，便于控件处理点击和长按；返回键可用于触发 ESC 事件。

/* GPIO 按键扫描或按键中断处理函数 */
void my_key_event_handler(my_key_t key, bool pressed)
{
    if (!pressed) {
        return;    /* 方向键和 ESC 仅在按下时上报 */
    }

    switch (key) {
    case MY_KEY_UP:
        sgl_key_up();
        break;
    case MY_KEY_DOWN:
        sgl_key_down();
        break;
    case MY_KEY_LEFT:
        sgl_key_left();
        break;
    case MY_KEY_RIGHT:
        sgl_key_right();
        break;
    case MY_KEY_ESC:
        sgl_key_esc();
        break;
    default:
        break;
    }
}

/* 确认键需要分别上报按下和释放 */
void my_enter_key_event(bool pressed)
{
    if (pressed) {
        sgl_key_enter_pressed();
    } else {
        sgl_key_enter_released();
    }
}

编码器输入

sgl_event_encoder_input 用于将物理编码器的旋转和按键状态输入到 SGL 事件系统中。

void sgl_event_encoder_input(int8_t diff, bool pressed);

参数说明：

diff：编码器旋转增量。大于 0 表示顺时针旋转，小于 0 表示逆时针旋转，绝对值表示旋转步数。
pressed：编码器按键当前状态。true 表示按下，false 表示释放。

行为说明：

顺时针旋转会触发 sgl_key_up()，逆时针旋转会触发 sgl_key_down()。
按下编码器按键时触发 sgl_key_enter_pressed()。
短按释放时触发 sgl_key_enter_released()。
按住时间达到 SGL_EVENT_CLICK_INTERVAL 后释放时，触发 sgl_key_esc()，用于处理长按操作。

/* 编码器顺时针旋转 1 格，同时按键未按下 */
sgl_event_encoder_input(1, false);

/* 编码器按键按下 */
sgl_event_encoder_input(0, true);

/* 编码器按键释放 */
sgl_event_encoder_input(0, false);

移植常见问题

❓ 屏幕颜色不对（红蓝互换/偏色）

16bit SPI 屏通常是字节序问题，将 CONFIG_SGL_COLOR16_SWAP 置 1。

❓ 界面完全不动 / 无任何显示

按顺序检查：① sgl_fbdev_register 是否在 sgl_init 之前调用；② flush_area 是否漏调 sgl_fbdev_flush_ready()（DMA 模式应在传输完成中断里调用）；③ sgl_task_handler() 是否在主循环中调用；④ 打开 CONFIG_SGL_DEBUG 观察日志。

❓ 长按检测、动画速度不准

sgl_tick_inc(ms) 的入参必须与实际调用周期一致（如 1ms SysTick 传 1）。

🧱 控件一览

全部控件位于 source/widgets/，已由 sgl.h 统一引入，均附示例源码：

基础控件	进阶控件	数据可视化	复合/高级
`label` 文本	`img` / `img_ext` 图片	`scope` 示波器	`launcher` 启动器
`button` 按钮	`msgbox` 消息框	`chart` 图表	`menu` 菜单
`checkbox` 复选框	`win` 窗口	`curve` 曲线	`tabview` 标签页
`switch` 开关	`keyboard` 键盘	`spectrum` 频谱	`coverflow` 3D 流转
`slider` 滑条	`textedit` 文本编辑	`gauge` 仪表盘	`scrollview` 滚动视图
`progress` 进度条	`textlist` 文本列表	`bar` 条形图	`filebrowser` 文件浏览
`dropdown` 下拉框	`viewlist` 视图列表	`battery` 电池	`analogclock` 模拟时钟
`roller` 滚轮	`qrcode` 二维码	`arc` / `ring` 圆弧环	`sprite` 精灵动画
`stepper` 步进器	`canvas` 画布	`led` LED	`3dvortex` 3D 特效
`rect` / `circle` 图形	`icon` 图标	`polygon` 多边形	`statusbar` 状态栏

每个控件都有对应示例，见 sgl/examples/，配合 SDL2 模拟器边改边看效果。

🛠 配套工具

工具	位置	说明
字体取模工具	sgl_font_conv_cli	基于 FreeType，将 TTF/OTF 转为 SGL 字体，支持 RLE 压缩与中文字符集
图片转换工具	sgl_image_conv_cli	将 PNG/JPG 转为 SGL pixmap，支持压缩
UI 设计器	SGL UI Designer	图形化拖拽设计界面，一键生成代码
Windows 模拟器	本仓库	PC 上零硬件成本开发调试 GUI

🤝 如何贡献

欢迎提交 Issue 与 Pull Request！贡献代码请遵循项目现有的代码风格（注释格式、命名约定），新增控件请同步在 examples/ 中提供示例。

📄 许可证

SGL 基于 MIT License 开源，可免费用于商业项目。

📮 社区与支持

💬 社区论坛	👥 QQ 交流群
sgl.openbfdev.com	544602724

如果 SGL 对您的项目有帮助，欢迎点亮一个 ⭐ Star！

Name		Name	Last commit message	Last commit date
.github		.github
cmake		cmake
demos/music		demos/music
examples		examples
source		source
.gitignore		.gitignore
CMakeLists.txt		CMakeLists.txt
LICENSE		LICENSE
README.md		README.md
README_EN.md		README_EN.md
SGL_logo.png		SGL_logo.png
configure.md		configure.md

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移植步骤

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第 5 步：主循环

第 6 步：裁剪配置

第 7 步：接入构建系统

可选：接入外部物理按键与编码器按键

外部物理按键输入

编码器输入

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第 7 步：接入构建系统

可选：接入外部物理按键与编码器按键

外部物理按键输入

编码器输入

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