韦东山-数码相框之输出16*16字符

字符编码

字符编码简介

字符（character）是计算机与人交互的媒介，人虽然可以看懂二进制串，但文字是更加直观的。所以需要用数字来表示字符，字符与数字的对应关系就叫编码（coding）。

ASCII：使用1个字节表示字符，8位二进制一共可表示256个不同的值，但实际只用到了前面的128个位置。
GBK：双字节编码，两个字节表示字符，汉字编码国家标准。
BIG5：台湾地区繁体中文标准字符集，采用双字节编码，共收录 13053 个中文字。
unicode：在计算机科学领域中，Unicode（统一码、万国码、单一码、标准万国码）是业界的一种标准，囊括世界上大部分国家的文字编码方式，使得全球的计算机在文字编码上能够拥有统一的标准。

所有编码都会兼容ASCII码，因为一共就127个字符。

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如果说unicode是通过3个字节保存一个字符，那么一个字符abc，则是0x00,0x00,0x61，0x00,0x00,0x62，0x00,0x00,0x63，需要9个字节保存3个字符，对于纯英文的国家，就算是造成了大量的浪费。

字符编码表示

unicode有以下几种表示方法，但不限于：

utf-8
utf-16BE
utf-16LE

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以下是字符abc在不同编码格式下的二进制数据表示：

utf-8：

utf-16LE：

FF FE 表示小端。

utf-16BE：

FE FF 表示大端。

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unicode只是字符集，规定了数字到字符的映射，但是没有规定数据是如何存储的，这里面的utf-8编码具有更多优点。

UTF-8的存储规则

以下引用阮一峰老师对应UTF-8的讲解：

UTF-8 最大的一个特点，就是它是一种变长的编码方式。它可以使用1~4个字节表示一个符号，根据不同的符号而变化字节长度。

UTF-8 的编码规则很简单，只有二条：

1）对于单字节的符号，字节的第一位设为0，后面7位为这个符号的 Unicode 码。因此对于英语字母，UTF-8 编码和 ASCII 码是相同的。

2）对于n字节的符号（n > 1），第一个字节的前n位都设为1，第n + 1位设为0，后面字节的前两位一律设为10。剩下的没有提及的二进制位，全部为这个符号的 Unicode 码。

下表总结了编码规则，字母x表示可用编码的位。

Unicode符号范围     |        UTF-8编码方式
(十六进制)        |              （二进制）
----------------------+---------------------------------------------
0000 0000-0000 007F | 0xxxxxxx
0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx
0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

跟据上表，解读 UTF-8 编码非常简单。如果一个字节的第一位是0，则这个字节单独就是一个字符；如果第一位是1，则连续有多少个1，就表示当前字符占用多少个字节。

下面，还是以汉字严为例，演示如何实现 UTF-8 编码。

严的 Unicode 是4E25（100111000100101），根据上表，可以发现4E25处在第三行的范围内（0000 0800 - 0000 FFFF），因此严的 UTF-8 编码需要三个字节，即格式是1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。然后，从严的最后一个二进制位开始，依次从后向前填入格式中的x，多出的位补0。这样就得到了，严的 UTF-8 编码是11100100 10111000 10100101，转换成十六进制就是E4B8A5。

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文本文件的二进制数据代表什么，取决于编码格式，最后显示为字体文件，字体文件包含编码表、字体数据信息。

显示文字

文字编码方式

源文件用不同的编码方式编写，会导致执行结果不一样。
怎么解决？编译程序时，需要要指定字符集。
man gcc , /charset 查找gcc的编码命令
-finput-charset=charset 表示源文件的编码方式, 默认以UTF-8来解析
-fexec-charset=charset 表示可执行程序里的字时候以什么编码方式来表示，默认是UTF-8

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gcc -o a a.c //默认为utf-8格式

gcc -finput-charset=GBK -fexec-charset=UTF-8 -o utf-8_2 ansi.c //输入字符集里面是GBK编码，但是要以UTF-8输出可执行文件。

英文字母、汉字的点阵显示

在SDRAM内存中划分一块空间，为FrameBuffer显存空间；开发板包含CPU和LCD控制器，外接一块LCD屏幕。

LCD控制器会从显存中取出数据，发送给LCD，屏幕会根据数据在屏幕上像素点的相应位置表示颜色。

英文字符输出到LCD上

以下是数据到屏幕的映射方式：

816像素的点阵显示，就是816bit的字节显示。


/**
 * @name: lcd_put_ascii
 * @brief: 输出ascii字符到LCD的(x,y)位置上
 * @param: {None}
 * @retval: 
 * @param {int} x  x轴
 * @param {int} y  y轴
 * @param {unsigned char} c  字符
 */
void lcd_put_ascii(int x, int y, unsigned char c)
{
	unsigned char *dots = (unsigned char *)&fontdata_8x16[c*16];//从fontdata获得字符c首地址，每个ascii码，占据16个字节，1个字节8位
	int i, b;
	unsigned char byte;

	for (i = 0; i < 16; i++)//y轴像素
	{
		byte = dots[i];
		for (b = 7; b >= 0; b--)//x轴像素
		{
			if (byte & (1<<b))//从高到低取出字节
			{
				/* show */
				lcd_put_pixel(x+7-b, y+i, 0xffffff); /* 白    输出颜色到指定(x,y)位置上*/ 
			}
			else
			{
				/* hide */
				lcd_put_pixel(x+7-b, y+i, 0); /* 黑 */
			}
		}
	}
}

屏幕可变信息结构体：

mmap函数说明：

我们也可以通过mmap将一个文件映射为物理空间，而不需要用read函数读取数据，可以通过fstat函数获得文件大小。

输出16*16中文字符到LCD

HZK16 字库是符合GB2312标准的16×16点阵字库,HZK16的GB2312-80支持的汉字有6763个，符号682个。其中一级汉字有3755个，按声序排列，二级汉字有3008个，按偏旁部首排列。我们在一些应用场合根本用不到这么多汉字字模，所以在应用时就可以只提取部分字体作为己用。

HZK16字库里的16×16汉字一共需要256个点来显示，也就是说需要32个字节才能达到显示一个普通汉字的目的。

我们知道一个GB2312汉字是由两个字节编码的，范围为A1A1~FEFE。A1-A9为符号区，B0到F7为汉字区。每一个区有94个字符（注意：这只是编码的许可范围，不一定都有字型对应，比如符号区就有很多编码空白区域）。下面以汉字“我”为例，介绍如何在HZK16文件中找到它对应的32个字节的字模数据。

前面说到一个汉字占两个字节，这两个中前一个字节为该汉字的区号，后一个字节为该字的位号。其中，每个区记录94个汉字，位号为该字在该区中的位置。所以要找到“我”在hzk16库中的位置就必须得到它的区码和位码。（为了区别使用了区码和区号，其实是一个东西，别被我误导了）

区码：区号（汉字的第一个字节）-0xa0 (因为汉字编码是从0xa0区开始的，所以文件最前面就是从0xa0区开始，要算出相对区码)

位码：位号（汉字的第二个字节）-0xa0

这样我们就可以得到汉字在HZK16中的绝对偏移位置：

offset=(94(区码-1)+(位码-1))32

注解：1、区码减1是因为数组是以0为开始而区号位号是以1为开始的
        2、(94*(区号-1)+位号-1)是一个汉字字模占用的字节数

       3、最后乘以32是因为汉字库文应从该位置起的32字节信息记录该字的字模信息（前面提到一个汉字要有32个字节显示）
有了偏移地址就可以从HZK16中读取汉字编码了，


/**
 * @name: lcd_put_chinese
 * @brief: 输出16*16像素的中文字符到LCD屏幕上
 * @param: {None}
 * @retval: 
 * @param {int} x	x轴
 * @param {int} y	y轴
 * @param {unsigned char} *str  中文字符
 */
void lcd_put_chinese(int x, int y, unsigned char *str)
{
	unsigned int area  = str[0] - 0xA1;	//区号
	unsigned int where = str[1] - 0xA1;	//位号
	unsigned char *dots = hzkmem + (area * 94 + where)*32;//从汉字库读取数据，因为已经通过mmap映射了，所以可以当成数组读取
	unsigned char byte;

	int i, j, b;
	for (i = 0; i < 16; i++)//16个字节
		for (j = 0; j < 2; j++)
		{
			byte = dots[i*2 + j];
			for (b = 7; b >=0; b--)//8bit
			{
				if (byte & (1<<b))
				{
					/* show */
					lcd_put_pixel(x+j*8+7-b, y+i, 0xffffff); /* 白 */
				}
				else
				{
					/* hide */
					lcd_put_pixel(x+j*8+7-b, y+i, 0); /* 黑 */
				}
			
			}
		}
}

输出点阵到屏幕的像素上

前两个函数只是用从字库里面找出了屏幕上的相对位置，但是没有写入到显存的具体位置去。

将LCD屏幕上的像素点映射为物理地址fbmem，写入到这里面，也就控制了数据的显示。

LCD显示屏是由width * height个像素点构成的，显示字符，一个非常容易想到的方法便是对字符取模，然后在LCD屏上打点显示字符，这里的点，就是我们以前用lcd_put_pixel(x, y, 0); 输出点到屏幕上面，先写到显存里面，也就是输出到fbem的相对位置上。一个点对应一个像素，一个像素的x轴看每个像素多少位，一个像素的y轴看输出多少个字节。


/**
 * @name: lcd_put_pixel
 * @brief: 把字符输出到LCD的屏幕像素上
 * @param: {None}
 * @retval: 
 * @param {int} x
 * @param {int} y
 * @param {unsigned int} color   /* color : 0x00RRGGBB */
 */
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
	unsigned char *pen_8 = fbmem+y*line_width+x*pixel_width;
	unsigned short *pen_16;
	unsigned int *pen_32;

	unsigned int red, green, blue;

	pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
	pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

	switch (var.bits_per_pixel)//匹配一个像素多少位
	{
		case 8:
		{
			*pen_8 = color;
			break;
		}
		case 16:
		{
			/* RBG按照565比例分布 */
			red   = (color >> 16) & 0xff;
			green = (color >> 8) & 0xff;
			blue  = (color >> 0) & 0xff;
			//(red >> 3)表示只保留8-3=5位，然后<<11就是移到color数据的的位置上去
			color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
			*pen_16 = color;
			break;
		}
		case 32:
		{
			*pen_32 = color;
			break;
		}
		default:
		{
			printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
			break;
		}
	}
}

编译我们的^{`show_font.c`}文件，拷贝show_font还有HZK16到内核里面去：

bleaaach@bleaaach-virtual-machine:~/linux/IMX6ULL/project_frame$ arm-linux-gnueabihf-gcc -o show_font show_font.c
bleaaach@bleaaach-virtual-machine:~/linux/IMX6ULL/project_frame$ ls
HZK16  show_font  show_font.c

配置、修改内核支持把led.c编译进去：