uCGUI字符串显示过程分析和uCGUI字库的组建

发表于 2019-8-4 17:51

为什么要分析字符串的显示过程？
学习ucgui主要是学习如何使用的，为何要深究到源码的层次呢？

就分析字符串显示过程的原因来说，是因为移植汉字字库的需要。ucgui并么有合适的汉字字库，而且完整的汉字字库非常庞大，消耗单片机的flash资源。如果想要移植一个合适的字库，分析字符串显示的过程以及ucgui字库数据结构，还是很有必要的。

发表于 2019-8-4 17:52

GUI_DispString()函数源码

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void GUI_DispString(const char GUI_UNI_PTR *s) {

  int xAdjust, yAdjust, xOrg;

  int FontSizeY;

  if (!s)

    return;

  GUI_LOCK();

  FontSizeY = GUI_GetFontDistY();         //获取字体的高度

  xOrg = GUI_Context.DispPosX;            //获取当前显示的x坐标

 /* Adjust vertical position */

  yAdjust = GUI_GetYAdjust();                    

  GUI_Context.DispPosY -= yAdjust;        //根据Y方向上的对齐方式对y进行调整

  for (; *s; s++) {

    GUI_RECT r;

    int LineNumChars = GUI__GetLineNumChars(s, 0x7fff);           //当前一行要显示几个字符

    int xLineSize    = GUI__GetLineDistX(s, LineNumChars);        //当前一行在x方向上的像素数

  /* Check if x-position needs to be changed due to h-alignment */

    switch (GUI_Context.TextAlign & GUI_TA_HORIZONTAL) {

      case GUI_TA_CENTER: xAdjust = xLineSize / 2; break;

      case GUI_TA_RIGHT:  xAdjust = xLineSize; break;

      default:            xAdjust = 0;

    }

    /* 计算出每一行显示内容的矩形区域 */

    r.x0 = GUI_Context.DispPosX -= xAdjust;          //根据水平方向的对齐方式对x坐标进行调整

    r.x1 = r.x0 + xLineSize - 1;    

    r.y0 = GUI_Context.DispPosY;

    r.y1 = r.y0 + FontSizeY - 1;

        

    GUI__DispLine(s, LineNumChars, &r);              //以计算好的矩形区域显示当前行字符

    GUI_Context.DispPosY = r.y0;

    s += GUI_UC__NumChars2NumBytes(s, LineNumChars); //从第一个字符开始，地址加1，可以遍历整行字符串

    if ((*s == '\n') || (*s == '\r')) {

      switch (GUI_Context.TextAlign & GUI_TA_HORIZONTAL) { 

      case GUI_TA_CENTER:

      case GUI_TA_RIGHT:

        GUI_Context.DispPosX = xOrg;

        break;

      default:

        GUI_Context.DispPosX = GUI_Context.LBorder;

        break;

      }

      if (*s == '\n')

        GUI_Context.DispPosY += FontSizeY;

    } else {

      GUI_Context.DispPosX = r.x0 + xLineSize;

    }

    if (*s == 0)    /* end of string (last line) reached ? */

      break;

  }

  GUI_Context.DispPosY += yAdjust;                //

  GUI_Context.TextAlign &= ~GUI_TA_HORIZONTAL;    //

  GUI_UNLOCK();

}

发表于 2019-8-4 17:52

字符串显示过程概括

<1> 获取选择字体的高度、宽度

<2> 从所传字符串参数中，依次读出一行的字符数，最终得到一行显示所对应的矩形区域

<3> 将一行所得到的详细信息传给行显示函数，行显示函数会从字库中找到匹配的字依次将一行的字符进行显示，完成一行的显示

<4> 如果不是只有一行，重新计算下一行显示的坐标，重复<1、2、3>的工作，直到将字符串显示完毕。

发表于 2019-8-4 17:53

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重要细节分析

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1、GUI运行的全局变量

GUI_Context是GUI保存运行环境的全局变量，它的类型GUI_CONTEXT在GUI.h中被定义。

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struct GUI_CONTEXT {

/* Variables in LCD module */

  LCD_COLORINDEX_UNION LCD;

  LCD_RECT       ClipRect;

  U8             DrawMode;

  U8             SelLayer;

  U8             TextStyle;

/* Variables in GL module */

  GUI_RECT* pClipRect_HL;                /* High level clip rectangle ... Speed optimization so drawing routines can optimize */

  U8        PenSize;

  U8        PenShape;

  U8        LineStyle;

  U8        FillStyle;

/* Variables in GUICHAR module */

  const GUI_FONT           GUI_UNI_PTR * pAFont;  //指向当前选择的字体

  #if GUI_SUPPORT_UNICODE

    const GUI_UC_ENC_APILIST * pUC_API;    /* Unicode encoding API */

  #endif

  I16P LBorder;

  I16P DispPosX, DispPosY;

  I16P DrawPosX, DrawPosY;

  I16P TextMode, TextAlign;                       //对齐方式

  GUI_COLOR Color, BkColor;           /* Required only when changing devices and for speed opt (caching) */

/* Variables in WM module */

  #if GUI_WINSUPPORT

    const GUI_RECT* WM__pUserClipRect;

    GUI_HWIN hAWin;　                                  //当前激活的窗口　

    int xOff, yOff;

  #endif

/* Variables in MEMDEV module (with memory devices only) */

  #if GUI_SUPPORT_DEVICES

    const tLCDDEV_APIList* pDeviceAPI;  /* function pointers only */

    GUI_HMEM    hDevData;

    GUI_RECT    ClipRectPrev;

  #endif

/* Variables in Anitaliasing module */

  #if GUI_SUPPORT_AA

    const tLCD_HL_APIList* pLCD_HL;     /* Required to reroute drawing (HLine & Pixel) to the AA module */

    U8 AA_Factor;

    U8 AA_HiResEnable;

  #endif

};

发表于 2019-8-4 17:53

2、GUI_FONT的定义

一种字库想要被uCGUI所调用，需要将其定义成GUI_GONT类型的一个常量，当我们需要自己制作字库的时候，就需要这样做。GUI_FONT类型的定义在GUIType.h文件中。

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struct GUI_FONT {

  GUI_DISPCHAR*     pfDispChar;             //显示一个属于当前字库字符的函数

  GUI_GETCHARDISTX* pfGetCharDistX;         //获取字库中某字符的宽度

  GUI_GETFONTINFO*  pfGetFontInfo;          //获取字库信息

  GUI_ISINFONT*     pfIsInFont;             //查询字库中是否存在此字符

  const tGUI_ENC_APIList* pafEncode;        //

  U8 YSize;                        //高度

  U8 YDist;                        //对应的像素点

  U8 XMag;                         //X方向上的放大系数

  U8 YMag;                         //Y方向上的放大系数

  union {                          //此共用体主要是提供字库数据的访问地址，

                                   //对于不同的字库，其从字库中查找字模的方法，是不一样的

                                   //这里主要分成三种情况，对应三种类型的指针        

    const void          GUI_UNI_PTR * pFontData;

    const GUI_FONT_MONO GUI_UNI_PTR * pMono;

    const GUI_FONT_PROP GUI_UNI_PTR * pProp;

  } p;

  U8 Baseline;                                //

  U8 LHeight;     /* height of a small lower case character (a,x) */    //小写高度

  U8 CHeight;     /* height of a small upper case character (A,X) */    //大写高度

};

发表于 2019-8-4 17:54

（1）单一分区的字库，例如GUI_Font6x8，使用的共用体指针是第二个

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/* MONO字库代表的是单一分区 */

typedef struct {

  const unsigned char GUI_UNI_PTR * pData;        //字库的起始地址

  const U8 GUI_UNI_PTR * pTransData;              //

  const GUI_FONT_TRANSINFO GUI_UNI_PTR * pTrans;  //

  U16P FirstChar;                                 //第一个字符的索引

  U16P LastChar;                                  //最后一个字符的索引

  U8 XSize;                                       //宽度

  U8 XDist;                                       //宽度对应的像素点

  U8 BytesPerLine;                                //每行需要几个字节

} GUI_FONT_MONO;

这类字库的特点：

① 字符不多，对应的字模也很少，不会很浪费Flash

② 之所以是一个分区，那是因为所有的字符的索引码都是连续的，所以根据字符索引寻找字符的字模时，从字库的基地址开始找起就可以了。

发表于 2019-8-4 17:54

（2）多个分区的字库，比如汉字的字库，使用的共用体指针是第三个

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typedef struct GUI_FONT_PROP {

  U16P First;                                /* first character               */

  U16P Last;                                 /* last character                */

  const GUI_CHARINFO GUI_UNI_PTR * paCharInfo;           /* address of first character    */

  const struct GUI_FONT_PROP GUI_UNI_PTR * pNext;        /* pointer to next */

} GUI_FONT_PROP;

相较（1）结构体中的内容，GUI_FONT_PROP显得少了几个。由于字库是分区管理，每一个分区有自己特有的参数，通过paCharInfo指针来指向这个分区的特点，也会给出这个分区的第一个字符字模的地址。

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typedef struct {

  U8 XSize;                                  //字符的宽度

  U8 XDist;                                  //显示所对应的像素点

  U8 BytesPerLine;                           //每行占据的字节数

  const unsigned char GUI_UNI_PTR * pData;   //指向字模的数据区

} GUI_CHARINFO;

发表于 2019-8-4 17:55

可能有人会说：不使用GUI，将汉字字库下载到SD卡中，然后使用下边的函数GetGBKCode_from_sd()也可以获得字模，而且这种字库所有的分区都是连续排放的。为什么要与上一种情况单独分开呢？

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/*******************************************************************************

* Function Name  : GetGBKCode_from_sd

* Description    : 从SD卡字库中读取自摸数据到指定的缓冲区 

* Input          : pBuffer---数据保存地址  

*                                       c--汉字字符低字节码 

* Output         : None

* Return         : 0(success)  -1(fail)

* Attention              : None

*******************************************************************************/ 

int GetGBKCode_from_sd(unsigned char* pBuffer,const unsigned char * c)

{ 

    unsigned char High8bit,Low8bit;

    unsigned int pos;

    High8bit=*c;     /* 取高8位数据 */

    Low8bit=*(c+1);  /* 取低8位数据 */

    

    pos = ((High8bit-0xa0-16)*94+Low8bit-0xa0-1)*2*16;

    

    f_mount(0, &myfs[0]);

    myres = f_open(&myfsrc , "0:/HZLIB.bin", FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);

    

    if ( myres == FR_OK ) 

    {

        f_lseek (&myfsrc, pos);        　　　　                   //指针偏移

        myres = f_read( &myfsrc, pBuffer, 32, &mybr );         //16*16大小的汉字 其字模 占用16*2个字节

        f_close(&myfsrc);

        

        return 0;  

    }    

    else

        return -1;    

}

发表于 2019-8-4 17:56

虽然字库是连续存放的，但是根据汉字机内码从这样的字库中找到对应的字模存放的位置，这样的算法是不通用的。不通用的意思是，uCGUI支持多种外语，可它不可能为每一种外语都写这样的算法，那样的代码不具包容性。
正确的做法是考虑到多种外语的共同点，字符索引都可以看做是分区排列的，而且在每个分区中都是连续的。每个分区中查找字模的算法肯定是一样的，而在创建字库的时候，将字模分区管理。

这种做法最为重要的意义在于：可以裁剪字库，自然节省了Flash的消耗。16*16点阵的汉字字库，它的大小是200多kB，对于小容量Flash的单片机来说难以承受。有人说可以外置SD卡，可是实际的项目中怎么可能将字库放在SD卡中，怎么可能就为了字库而添加SD卡这样的硬件资源，而且SD卡的读速度跟内部Flash是不可比的。

为了减少ROM的消耗，裁剪字库是最为有效的方法。裁剪字库的基础就是将字库进行分区管理，一个分区甚至可以只有一个汉字。将字库进行了分割，但是所有的分区有都属于同一个字库，这就需要链表将它们连接起来。于是乎，就产生了第三种共用体指针。

发表于 2019-8-4 17:57

3、属于字库的特有的函数

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struct GUI_FONT {

  GUI_DISPCHAR*     pfDispChar;             //显示一个属于当前字库字符的函数

  GUI_GETCHARDISTX* pfGetCharDistX;         //获取字库中某字符的宽度

  GUI_GETFONTINFO*  pfGetFontInfo;          //获取字库信息

  GUI_ISINFONT*     pfIsInFont;             //查询字库中是否存在此字符

......

};

不同的字库不仅有属于自己的数据库，而且还有自己特有的函数，这也是由于其特别的因素所决定的。

发表于 2019-8-4 17:58

4、构建自己需要的字库时需要的工作

英文ASCII的字库，uCGUI提供的已经非常完备了，通常无需多虑。而uCGUI所欠缺的是属于我们中国的汉字字库。

庞大的字库使我们只有选择“const GUI_FONT_PROP GUI_UNI_PTR * pProp;”这种办法才是光明之道。

我们需要将自己需要显示的汉字字模分区建立GUI_FONT_PROP类型的结构体，然后使用指针pProp将它们连接成单项链表构成一个完整的字库。这样字库的数据区就做好了。

还需要为字库创建诸多查询功能的管理函数，例如16*16点阵的汉字字库可以选用

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#define GUI_FONTTYPE_PROP_SJIS  \

  GUIPROP_DispChar,             \

    GUIPROP_GetCharDistX,         \

    GUIPROP_GetFontInfo,          \

    GUIPROP_IsInFont,             \

  &GUI_ENC_APIList_SJIS

显然上边的这些函数都是基于链表的，有什么样的数据结构就有什么样的算法的一种体现。

对于只有一个分区的MONO英文字库，是不需要用链表的，只需要在数组中根据偏移量查找就行了。

[应用相关] uCGUI字符串显示过程分析和uCGUI字库的组建

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