嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL)开发(十四)文字显示(下)

简介: 嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL)开发(十四)文字显示

1.5.3 在LCD上显示一个矢量字体


使用wchar_t获得字符的UNICODE值

要显示一个字符,首先要确定它的编码值。常用的是UNICODE编码,在程序里使用这样的语句定义字符串时,str中保存的要么GB2312编码值,要么是UTF-8格式的编码值,即使编译时使用“-fexec-charset=UTF-8”,str中保存的也不是直接能使用的UNICODE值:char *str = “中”;

如果想在代码中能直接使用UNICODE值,需要使用wchar_t,宽字符,示例代码如下:

01 #include <stdio.h>
02 #include <string.h>
03 #include <wchar.h>
04
05 int main( int argc, char** argv)
06 {
07      wchar_t *chinese_str = L"中gif";
08      unsigned int *p = (wchar_t *)chinese_str;
09      int i;
10
11      printf("sizeof(wchar_t) = %d, str's Uniocde: \n", (int)sizeof(wchar_t));
12      for (i = 0; i < wcslen(chinese_str); i++)
13      {
14              printf("0x%x ", p[i]);
15      }
16      printf("\n");
17
18      return 0;
19 }
20 }


以UTF-8格式保存test_wchar.c,编译、测试命令如下:

book@book-virtual-machine:~/10_freetype/01_wchar$ gcc -o test_wchar test_wchar.c
book@book-virtual-machine:~/10_freetype/01_wchar$ ./test_wchar
sizeof(wchar_t) = 4, str's Uniocde:
0x4e2d 0x67 0x69 0x66


每个wchar_t占据4字节,可执行程序里wchar_t中保存的就是字符的UNICODE值。

注意:如果test_wchar.c是以ANSI(GB2312)格式保存,那么需要使用以下命令来编译:

gcc -finput-charset=GB2312  -fexec-charset=UTF-8  -o test_wchar test_wchar.c

使用freetype得到位图

参考“freetype-doc-2.10.2\freetype-2.10.2\docs\tutorial\image.c”,使用freetype显示一个字符并不难。使用GIT下载所有源码后,本节源码位于如下目录:

01_all_series_quickstart\
04_嵌入式Linux应用开发基础知识\source\10_freetype\
02_freetype_show_font\freetype_show_font.c


要使用freetype得到一个字符的位图,只需要4个步骤,代码先贴出来再分析:

1670899174996.jpg

① 初始化freetype库

158     error = FT_Init_FreeType( &library );                      /* initialize library */

② 加载字体文件,保存在&face中:

161     error = FT_New_Face( library, argv[1], 0, &face ); /* create face object */
162     /* error handling omitted */
163     slot = face->glyph;


第163行是从face中获得FT_GlyphSlot,后面的代码中文字的位图就是保存在FT_GlyphSlot里。


③ 设置字体大小

165     FT_Set_Pixel_Sizes(face, font_size, 0);


④ 根据编码值得到位图

使用FT_Load_Char函数,就可以实现这3个功能:

a. 根据编码值获得glyph_index:FT_Get_Char_Index

b. 根据glyph_idex取出glyph:FT_Load_Glyph

c. 渲染出位图:FT_Render_Glyph

代码如下:

175     /* load glyph image into the slot (erase previous one) */
176     error = FT_Load_Char( face, chinese_str[0], FT_LOAD_RENDER );

执行FT_Load_Char之后,字符的位图被存在slot->bitmap里,即face->glyph->bitmap。


3. 在屏幕上显示位图

位图里的数据格式是怎样的?参考example1.c的代码,可以得到下面这个图:

要在屏幕上显示出这些位图,并不复杂:

1670899216136.jpg

183     draw_bitmap( &slot->bitmap,
184                  var.xres/2,
185                  var.yres/2);


draw_bitmap函数代码如下,由于位图中每一个像素用一个字节来表示,在0x00RRGGBB的颜色格式中它只能表示蓝色,所以在LCD上显示出来的文字是蓝色的:

1670899240383.jpg


4. 编译

编译命令(如果你使用的交叉编译链前缀不是arm-buildroot-linux-gnueabihf,请自行修改命令):

$ arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o freetype_show_font freetype_show_font.c  -lfreetype


它会提示如下错误:

freetype_show_font.c:12:10: fatal error: ft2build.h: No such file or directory
 #include <ft2build.h>
          ^~~~~~~~~~~~
compilation terminated.


我们不是已经编译过freetype并且把头文件复制进工具链里了吗?怎么还有这个错误?

我们编译出freetype后,得到的ft2build.h是位于freetype2目录里,我们把整个freetype2目录复制进了工具链里。

但是包括头文件时,用的是“#include <ft2build.h>”,要么改成:

#include <freetype2/ft2build.h>
要么把工具链里incldue/freetype2/*.h 复制到上一级目录,我们使用这种方法:跟freetype文档保持一致。执行以下命令:
book@PC$ cd   /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/arm-buildroot-linux-gnueabihf/sysroot/usr/include
book@PC$ mv  freetype2/*   ./


然后再次执行以下命令:

$ arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o freetype_show_font freetype_show_font.c  -lfreetype


上机

将编译好的freetype_show_font文件与simsun.ttc字体文件拷贝至开发板,这2个文件放在同一个目录下,然后执行以下命令。

[root@board:~]# ./freetype_show_font  ./simsun.ttc   
[root@board:~]# ./freetype_show_font  ./simsun.ttc   300


如果实验成功,我们将在屏幕中间看到一个蓝色的“繁”字。


1.5.4 LCD上令矢量字体旋转某个角度


使用GIT下载所有源码后,本节源码位于如下目录:

01_all_series_quickstart\
04_嵌入式Linux应用开发基础知识\source\10_freetype\
03_freetype_show_font_angle\freetype_show_font_angle.c


在实现显示一个矢量字体后,我们可以添加让该字旋转某个角度的功能,主要代码还是参照example1.c。


在实现显示一个矢量字体后,我们可以添加让该字旋转某个角度的功能,主要代码还是参照example1.c。


关键代码

① 定义2个变量:角度、矩阵,如下:

1670899356820.jpg

② 设置角度值:

1670899366090.jpg

③ 设置矩阵、交形、加载位图:

1670899374181.jpg

2. 编译

编译命令(如果你使用的交叉编译链前缀不是arm-buildroot-linux-gnueabihf,请自行修改命令):

$ arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o freetype_show_font_angle freetype_show_font_angle.c  -lfreetype -lm 

上机

将编译好的freetype_show_font_angle文件与simsun.ttc字体文件拷贝至开发板,这2个文件放在同一个目录下,然后执行以下命令。

[root@board:~]# ./freetype_show_font_angle  ./simsun.ttc   90  200


如果实验成功,我们将在屏幕中间看到一个蓝色的、旋转了90度的“繁”字。


1.6 使用freetype显示一行字


使用GIT下载所有源码后,本节源码位于如下目录:

01_all_series_quickstart\
04_嵌入式Linux应用开发基础知识\source\10_freetype\
04_show_line\show_line.c


本节的目的:在LCD上指定一个左上角坐标(x, y),把一行文字显示出来。下图中,文字的外框用虚线表示,外框的左上角坐标就是(x, y)。

1670899411705.jpg


1.6.1 笛卡尔坐标系


在LCD的坐标系中,原点在屏幕的左上角。对于笛卡尔坐标系,原点在左下角。freetype使用笛卡尔坐标系,在显示时需要转换为LCD坐标系。

从下图可知,X方向坐标值是一样的。

在Y方向坐标值需要换算,假设LCD的高度是V。

在LCD坐标系中坐标是(x, y),那么它在笛卡尔坐标系中的坐标值为(x, V-y)。

反过来也是一样的,在笛卡尔坐标系中坐标是(x, y),那么它在LCD坐标系中坐标值为(x, V-y)。

1670899425528.jpg


1.6.2 每个字符的大小可能不同


在使用FT_Set_Pixel_Sizes函数设置字体大小时,这只是“期望值”。比如“百问网www.100ask.net”,如果把“.”显示得跟其他汉字一样大,不好看。

所以在显示一行文字时,后面文字的位置会受到前面文字的影响。

幸好,freetype帮我们考虑到了这些影响。

对于freetype字体的尺寸(freetype Metrics),需要参考下图这个文档:

1670899611344.jpg

上述文档中列出了一个图,摘录如下:

1670899629774.jpg

在显示一行文字时,这些文字会基于同一个基线来绘制位图:baseline。

在baseline上,每一个字符都有它的原点(origin),比如上图中baseline左边的黑色圆点就是字母“g”的原点。当前origin加上advance就可以得到下一个字符的origin,比如上图中baseline右边的黑色圆点。在显示一行中多个文件字时,后一个文字的原点依赖于前一个文字的原点及advance。

字符的位图是有可能越过baseline的,比如上图中字母“g”在baseline下方还有图像。

上图中红色方框内就是字母“g”所点据的位图,它的四个角落不一定与原点重合。

上图中那些xMin、xMax、yMin、yMax如何获得?可以使用FT_Glyph_Get_CBox函数获得一个字体的这些参数,将会保存在一个FT_BBox结构体中,以后想计算一行文字的外框时要用到这些信息:

1670899640790.jpg


1.6.3 怎么在指定位置显示一行文字


要显示一行文字时,每一个字符都有自己外框:xMin、xMax、yMin、yMax。把这些字符的xMin、yMin中的最小值取出来,把这些字符的xMax、yMax中的最大值取出来,就可以确定这行文字的外框了。


要想在指定位置(x, y)显示一行文字,步骤如下图所示:

1670899674937.jpg

① 先指定第1个字符的原点pen坐标为(0, 0),计算出它的外框

② 再计算右边字符的原点,也计算出它的外框

把所有字符都处理完后就可以得到一行文字的整体外框:假设外框左上角坐标为(x’, y’)。

③ 想在(x, y)处显示这行文字,调整一下pen坐标即可

怎么调整?

pen为(0, 0)时对应左上角(x’, y’);

那么左上角为(x, y)时就可以算出pen为(x-x’, y-y’)。


1.6.4 freetype的几个重要数据结构


要想形象地理解程序,需要先介绍一下freetype中几个数据结构:

FT_Library
对应freetype库,使用freetype之前要先调用以下代码:
FT_Library  library; /* 对应freetype库 */
error = FT_Init_FreeType( &library ); /* 初始化freetype库 */


FT_Face

它对应一个矢量字体文件,在源码中使用FT_New_Face函数打开字体文件后,就可以得到一个face。

为什么称之为face?

估计是文字都是写在二维平面上的吧,正对着人脸?不用管原因了,总之认为它对应一个字体文件就可以。

代码如下:

error = FT_New_Face(library, font_file, 0, &face ); /* 加载字体文件 */


FT_GlyphSlot

插槽?用来保存字符的处理结果:比如转换后的glyph、位图,如下图:

1670899717050.jpg

一个face中有很多字符,生成一个字符的点阵位图时,位图保存在哪里?保存在插槽中:face->glyph。

生成第1个字符位图时,它保存在face->glyph中;生成第2个字符位图时,也会保存在face->glyph中,会覆盖第1个字符的位图。

代码如下:

FT_GlyphSlot  slot = face->glyph; /* 插槽: 字体的处理结果保存在这里 */

FT_Glyph

字体文件中保存有字符的原始关键点信息,使用freetype的函数可以放大、缩小、旋转,这些新的关键点保存在插槽中(注意:位图也是保存在插槽中)。

新的关键点使用FT_Glyph来表示,可以使用这样的代码从slot中获得glyph:

error = FT_Get_Glyph(slot , &glyph);

FT_BBox

FT_BBox结构体定义如下,它表示一个字符的外框,即新glyph的外框:

1670899798797.jpg

可以使用以下代码从glyph中获得这些信息:

FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &bbox );

针对上述流程,示例代码如下:

1670899808647.jpg


1.6.5 计算一行文字的外框


前面提到过,一行文字中:后一个字符的原点=前一个字符的原点+advance。

所以要计算一行文字的外框,需要按照排列顺序处理其中的每一个字符。


代码如下,注释写得很清楚了:

102 int compute_string_bbox(FT_Face       face, wchar_t *wstr, FT_BBox  *abbox)
103 {
104     int i;
105     int error;
106     FT_BBox bbox;
107     FT_BBox glyph_bbox;
108     FT_Vector pen;
109     FT_Glyph  glyph;
110     FT_GlyphSlot slot = face->glyph;
111
112     /* 初始化 */
113     bbox.xMin = bbox.yMin = 32000;
114     bbox.xMax = bbox.yMax = -32000;
115
116     /* 指定原点为(0, 0) */
117     pen.x = 0;
118     pen.y = 0;
119
120     /* 计算每个字符的bounding box */
121     /* 先translate, 再load char, 就可以得到它的外框了 */
122     for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
123     {
124         /* 转换:transformation */
125         FT_Set_Transform(face, 0, &pen);
126
127         /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
128         error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
129         if (error)
130         {
131             printf("FT_Load_Char error\n");
132             return -1;
133         }
134
135         /* 取出glyph */
136         error = FT_Get_Glyph(face->glyph, &glyph);
137         if (error)
138         {
139             printf("FT_Get_Glyph error!\n");
140             return -1;
141         }
142
143         /* 从glyph得到外框: bbox */
144         FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &glyph_bbox);
145
146         /* 更新外框 */
147         if ( glyph_bbox.xMin < bbox.xMin )
148             bbox.xMin = glyph_bbox.xMin;
149
150         if ( glyph_bbox.yMin < bbox.yMin )
151             bbox.yMin = glyph_bbox.yMin;
152
153         if ( glyph_bbox.xMax > bbox.xMax )
154             bbox.xMax = glyph_bbox.xMax;
155
156         if ( glyph_bbox.yMax > bbox.yMax )
157             bbox.yMax = glyph_bbox.yMax;
158
159         /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
160         pen.x += slot->advance.x;
161         pen.y += slot->advance.y;
162     }
163
164     /* return string bbox */
165     *abbox = bbox;
166 }


1.6.6 调整原点并绘制


代码如下,也不复杂:

169 int display_string(FT_Face     face, wchar_t *wstr, int lcd_x, int lcd_y)
170 {
171     int i;
172     int error;
173     FT_BBox bbox;
174     FT_Vector pen;
175     FT_Glyph  glyph;
176     FT_GlyphSlot slot = face->glyph;
177
178     /* 把LCD坐标转换为笛卡尔坐标 */
179     int x = lcd_x;
180     int y = var.yres - lcd_y;
181
182     /* 计算外框 */
183     compute_string_bbox(face, wstr, &bbox);
184
185     /* 反推原点 */
186     pen.x = (x - bbox.xMin) * 64; /* 单位: 1/64像素 */
187     pen.y = (y - bbox.yMax) * 64; /* 单位: 1/64像素 */
188
189     /* 处理每个字符 */
190     for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
191     {
192         /* 转换:transformation */
193         FT_Set_Transform(face, 0, &pen);
194
195         /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
196         error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
197         if (error)
198         {
199             printf("FT_Load_Char error\n");
200             return -1;
201         }
202
203         /* 在LCD上绘制: 使用LCD坐标 */
204         draw_bitmap( &slot->bitmap,
205                         slot->bitmap_left,
206                         var.yres - slot->bitmap_top);
207
208         /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
209         pen.x += slot->advance.x;
210         pen.y += slot->advance.y;
211     }
212
213     return 0;
214 }


1.6.7 上机实验


编译命令(如果你使用的交叉编译链前缀不是arm-buildroot-linux-gnueabihf,请自行修改命令):

$ arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc  -o  show_line  show_line.c   -lfreetype 

将编译好的show_line文件与simsun.ttc字体文件拷贝至开发板,这2个文件放在同一个目录下,然后执行以下命令(其中的3个数字分别表示LCD的X坐标、Y坐标、字体大小):

[root@board:~]# ./show_line ./simsun.ttc 10 200 80

如果实验成功,可以在LCD上看到一行文字“百问网www.100ask.net”。

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