El-EnderJ/NeoCalculator 源代码：https://github.com/El-EnderJ/NeoCalculator # 🔢 NumOS ### 开源科学绘图计算器操作系统 ESP32-S3 N16R8 · ILI9341 IPS 320×240 · LVGL 9.x · CAS 引擎 · 自然显示 V.P.A.M. PlatformIO (https://platformio.org/) LVGL (https://lvgl.io/) ESP32-S3 (https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32-s3) 网站 (https://neocalculator.tech) 框架 (https://www.arduino.cc/) 语言 (https://en.cppreference.com/) 许可证 (https://www.gnu.org/licenses/gpl-3.0) 状态 RAM Flash GitHub Star (https://github.com/El-EnderJ/NeoCalculator) GitHub Fork (https://github.com/El-EnderJ/NeoCalculator) 通过 Ko-fi 支持 (https://ko-fi.com/enderdesigns) > [!IMPORTANT]

技术状态：主要架构重构
我们正在将核心数学引擎迁移到 Giac，并实现 STIX Two Math 以提供 LaTeX 级渲染。如果你从 main 分支编译，可能会遇到 UI 问题。如需稳定版本，请查看 Releases (https://github.com/El-EnderJ/NeoCalculator/releases) 部分。

什么是 NumOS？

NumOS 是一个开源的科学与图形计算器操作系统，基于 ESP32-S3 N16R8 微控制器（16 MB Flash QIO + 8 MB PSRAM OPI）。该项目旨在成为全球最佳开源计算器，与 Casio fx-991EX ClassWiz、NumWorks、TI-84 Plus CE 和 HP Prime G2 相抗衡。

NumOS 提供：

• 基于 Giac 的 CAS 引擎 — 符号数学现在通过 src/math/giac/GiacBridge.cpp 运行 Giac C++（大切换）。遗留的 CAS-S3 模块作为历史里程碑和可选的本地工具保留。
• 自然显示 V.P.A.M. — 公式按纸面样式渲染：真正的堆叠分数、根号（√）、真实上标、二维导航及结构智能光标。
• 现代 LVGL 9.x 界面 — 平滑过渡、动画启动画面、NumWorks 风格启动器。近期启动器重构：启动器现在使用 LVGL Flex ROW_WRAP（动态行）配合固定卡片大小，替代静态网格描述。参见 docs/UI_CHANGES.md 了解开发者迁移说明，以及 docs/fluid2d_plan.md 了解集成到新 APPS[] 架构的示例应用（Fluid2D）。
• 自定义数值数学引擎 — 完整流水线：词法分析器 → Shunting-Yard 解析器 → RPN 求值器 + 可视化 AST，使用 C++17 从头实现。
• 模块化应用架构 — 每个应用都是独立的模块，具有明确的生命周期（begin/end/load/handleKey），由 SystemApp 统一调度。

图片库

神经网络模拟器：图片

流体 2D 模拟器：图片

元素周期表（化学应用）：图片

图形应用：图片

步骤（方程应用）（WIP，仍在开发，Alpha 版）：图片 图片

微积分应用：图片

概率（高斯分布）：图片

Python 应用：图片 图片

桥梁设计器：图片

电路模拟器（Circuit Core，Alpha 版）：图片

粒子实验室（类似 Powder Toy）：图片

光学实验室：图片

CAS 引擎

CAS（计算机代数系统）现在使用 Giac C++ 作为规范的符号后端。迁移通过 src/math/giac/GiacBridge.cpp 路由，并由 src/input/SerialBridge.cpp 中的 UART 命令路径消费。下方记录的遗留 CAS-S3 内部模块作为历史里程碑和可选的本地组件保留，但当前后端流程的符号真实性来自 Giac。

Giac 迁移里程碑

• 大切换完成：自定义符号后端被 Giac 替换为规范 CAS。
• 嵌入式数值稳定化完成：使用 -DDOUBLEVAL。
• 栈稳定化完成：使用 -DARDUINO_LOOP_STACK_SIZE=65536。
• Real 风格默认值完成：complex_mode(false) 并保留虚数单位行为（i^2 = -1）。
• UART 命令路径已在硬件上验证：sum、int、solve、simplify。

CAS 流水线（导数）

flowchart TB  
    user["用户输入 (CalculusApp): x^3 + sin(x)"]  
    user --> me["数学引擎：Parser + Tokenizer"]  
    me --> af["ASTFlattener: MathAST → SymExpr DAG"]  
    af --> sd["SymDiff → d/dx: 3x^2 + cos(x)"]  
    sd --> ss["SymSimplify (8 遍不动点)"]  
    ss --> sea["SymExprToAST: SymExpr → MathAST (自然显示)"]  
    sea --> canvas["MathCanvas 渲染: 3x^2 + cos(x)"]  

CAS 流水线（积分）

flowchart TB  
    userInt["用户输入 (CalculusApp, ∫dx 模式): x · cos(x)"]  
    userInt --> af2["ASTFlattener → SymExpr DAG"]  
    af2 --> sint["SymIntegrate (Slagle): 表 → 线性 → u 代换 → 分部 (LIATE)"]  
    sint --> ss2["SymSimplify"]  
    ss2 --> conv["SymExprToAST::convertIntegral()"]  
    conv --> canvas2["MathCanvas 渲染: x·sin(x) + cos(x) + C"]  

CAS 组件

CAS 测试 — 53 个单元测试

# platformio.ini — 启用测试：  
build_flags = ... -DCAS_RUN_TESTS  
build_src_filter = +<*> +<../tests/CASTest.cpp>  

快速开始

要求

• PlatformIO IDE (https://platformio.org/install/ide?install=vscode)（VS Code 扩展）
• ESP32-S3 的 USB 驱动（Windows 11+ 无需外部驱动）
• Python 3.x（PlatformIO 会自动安装）

构建和烧录

git clone https://github.com/your-user/numOS.git  
cd numOS  
# 仅构建  
pio run -e esp32s3_n16r8  
# 构建并烧录到 ESP32-S3  
pio run -e esp32s3_n16r8 --target upload  
# 打开串口监视器（115200 波特率）  
pio device monitor  

串行键盘控制（SerialBridge）

打开串口监视器后，输入字符控制计算器：

注意：小写 s = 下；大写 S = SHIFT。使用前请关闭 CapsLock。

项目结构

numOS/  
├── src/  
│   ├── main.cpp               # Arduino 入口点 (setup/loop)  
│   ├── SystemApp.cpp/.h       # 中央调度器和 LVGL 启动器  
│   ├── Config.h                # G