嵌入式应用-详解移植并使用freetype显示文字

目录

前言 

1. freetype和相关概念简介

2.freetype显示文字流程和主要函数

2.1 包含头文件及API头文件：ft2build.h

2.2 初始化： FT_InitFreetype

2.3 加载（打开）字体Face： FT_New_Face

2.4 设置字体大小：FT_Set_Char_Size或FT_Set_Pixel_Size

2.4.5 （可选）选择charmap： FT_Select_Charmap

2.5 得到位图FT_Load_Char

2.6 显示单个文字

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前言 

学过单片机的朋友都会用点阵来显示一个字符，无非就是把点阵里的值取出来一个个在屏幕上显示，修改字符大小需重新定义点阵，或者经过运算，freetype是一个矢量字体引擎，可以显示ttf字体文件中的字符。点阵和矢量字体并无优劣，点阵在资源少，显示字符少的情况下更加适合，矢量字体在资源多，显示字符多，显示要求变化大的情况下更加好。

移植freetype详见Linux安装zlib、libpng、freetype给交叉编译工具链使用

1. freetype和相关概念简介

freetype

一个免费的、可移植的字体引擎开源库，提供统一的接口来访问多种字体格式文字。
官网：The FreeType Project

矢量字体（Vector font）

矢量字体又叫Outline font，即轮廓字体。

矢量字体显示有3步：
1）确定关键点；2）使用数学曲线（贝塞尔曲线）连接关键点；3）填充闭合曲线内部空间。

字体的关键点

以字母“A”为例，它的关键点如下图黄色点所示：

然后用数学曲线（如贝塞尔曲线），将这些关键点连接起来：

填充封闭闭合区间，就显示出字母“A”。如下图所示：

字符编码

在计算机里一切都是用数字来表示，字符编码本质上就是解决一个字符用什么数字来表示的问题。比如字符 A，用 0x41 来表示它。我们常见的ASCII码有128个字符，用一个字节，8位表示。

ANSI编码

ANSI不是一种特定的编码

ANSI 是 ASCII 的扩展，向下包含 ASCII。对于 ASCII 字符仍以一个字节来表示，对于非 ASCII 字符则使用 两个字节来表示。并没有固定的 ASNI 编码，它跟“本地化”(locale)密切相关。比如在中国大陆地区， ANSI 的默认编码是 GB2312；在港澳台地区默认编码是 BIG5。以数值“ 0xd0d6”为例，对于 GB2312 编码它表示“中”；对于 BIG5 编码它表示“ 笢”。所以对于 ANSI 编码的 TXT 文件，如果你打开它发现乱码，那么还得再次细分它的具体编码。

UNICODE字符集

在 ANSI 标准中，很多种文字都有自己的编码标准，汉字简体字有 GB2312、繁体字有 BIG5，这难免同一个数值对应不同字符。比如数值“ 0xd0d6”，对于GB2312 编码它表示“中”；对于 BIG5 编码它表示“ 笢”。这造成了使用 ANSI 编码保存的文件，不适合跨地区交流。

UNICODE 字符集（也可以叫编码，实际上叫字符集更加合适）就是解决这类问题：对于地球上任意一个字符，都给它一个唯一的数值。

UNICODE 仍然向下兼容 ASCII，但是对于其他字符会有对应的数值，比如对于“中”、“ 笢”，它们的数值分别是： 0x4e2d、 0x7b22UNICODE 中的数值范围是 0x0000 至 0x10FFFF。

UTF-8编码

Unicode 统一了所有字符的编码，是一个 Character Set，也就是字符集，字符集只是给所有的字符一个唯一编号，但是却没有规定如何存储，一个编号为 65 的字符，只需要一个字节就可以存下，但是编号 40657 的字符需要两个字节的空间才可以装下，而更靠后的字符可能会需要三个甚至四个字节的空间。

这时，用什么规则存储 Unicode 字符就成了关键，我们可以规定，一个字符使用四个字节存储，也就是 32 位，这样就能涵盖现有 Unicode 包含的所有字符，这种编码方式叫做 UTF-32（UTF 是 UCS Transformation Format 的缩写）。UTF-32 的规则虽然简单，但是缺陷也很明显，假设使用 UTF-32 和 ASCII 分别对一个只有西文字母的文档编码，前者需要花费的空间是后者的四倍（ASCII 每个字符只需要一个字节存储）。

在存储和网络传输中，通常使用更为节省空间的变长编码方式 UTF-8，UTF-8 代表 8 位一组表示 Unicode 字符的格式，使用 1 - 4 个字节来表示字符。

wchar_t

char型的常见编码方式是ASCII，ASCII编码是一种基于8位二进制数的字符编码算法，能表示256种可能的字符。

wchar_t的出现，是出于程序兼容多语言的需求，因为在很多语言中，字符的数量远远大于256。因此wchar_t出现了，wchar_t全称是wide character type，也就是宽字符。

wchar_t *a=“哈”

哈字的UNICODE值就被保存在a指向的地址了。

我们编写 C 程序时，输入的字符本身（如上面的哈字）可以使用 ANSI 编码，或是 UTF-8 编码；在编译程序时，可以使用以下的选项告诉编译器：

-finput-charset=GB2312
-finput-charset=UTF-8

如果不指定“ -finput-charset”， GCC 就会默认 C 程序的编码方式为 UTF-8，即使你是以 ANSI 格式保存，也会被当作 UTF-8 来对待。对于编译出来的可执行程序，可以指定它里面的字符是以什么方式编码，可以使用以下的选项编译器：

-fexec-charset=GB2312
-fexec-charset=UTF-8

2.freetype显示文字流程和主要函数

2.1 包含头文件及API头文件：ft2build.h

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H // 基础的FreeType 2 API
#include FT_GLYPH_H // 管理Glyph Images

2.2 初始化： FT_InitFreetype

初始化FreeType库

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

2.3 加载（打开）字体Face： FT_New_Face

face描述了一个给定（印刷）字体和样式

FT_Face       face;   
error = FT_New_Face( library, 字体文件路径, 0, &face ); /* create face object */

2.4 设置字体大小：FT_Set_Char_Size或FT_Set_Pixel_Size

FT_Set_Char_Size：设置字符尺寸（nominal size in points，1pt=0.376mm）；

这个函数是设置物理上的大小，freetype会根据设备分辨率调整像素，一般不怎么用这个

FT_Set_Pixel_Size：设置字符尺寸（nominal size (in pixels)，单位是像素点）；

这个函数是设置像素大小，一半用这个比较多。

2.4.5 （可选）选择charmap： FT_Select_Charmap

一个字体可能可以支持不同的编码，支持哪些编码的信息会被放在字体文件的charmaps中。face对象创建时，默认从字体文件中查找Unicode charmap，也就是如果使用Unicode就不需要指定charmap了。如果想要改变，可以调用该函数。

当前charmap可以通过face->charmap来访问。

我们这里不需要设置。

2.5 得到位图FT_Load_Char

FT_Load_Char(face, charcode, FT_LOAD_RENDER)，可以直接得到glyph对应的bitmap。

wchar_t *chinese_str = L"哈";
error = FT_Load_Char( face, chinese_str[0], FT_LOAD_RENDER );

可以看到，传入的是2.3中定义的FT_Face  face;。生成一个字符的点阵位图时，位图保存在哪里？

FT_Face结构体内部有一个结构体成员， FT_GlyphSlot      glyph

FT_GlyphSlot结构体内部有一个成员，FT_Bitmap         bitmap;

生成第2个字符位图时，也会保存在这，会覆盖第1个字符的位图。 

我们往往自己定义一个FT_GlyphSlot结构体slot，在加载字体后就将face->glyph传给他。

FT_GlyphSlot  slot;

slot = face->glyph;

这些结构体都是指针，所以其实就是赋值了地址face->glyph->bitmap发生了变化，slot->bitmap也会变化。

FT_Bitmap 结构体：

  typedef struct  FT_Bitmap_
  {
    int             rows;
    int             width;
    int             pitch;
    unsigned char*  buffer;
    short           num_grays;
    char            pixel_mode;
    char            palette_mode;
    void*           palette;

  } FT_Bitmap

重要的成员是rows、width，buffer，含义如下图，其他成员作用可以自己搜一下。 

由于位图中每一个像素用一个字节来表示，为8位灰度图。

参考：

嵌入式Linux入门-Framebuffer应用编程在Linux系统下画个点

 到这应该就知道怎么在屏幕上显示了吧。

2.6 显示单个文字

draw_bitmap( FT_Bitmap*  bitmap,
             FT_Int      x,
             FT_Int      y)
{
	FT_Int  i, j, p, q;
	FT_Int  x_max = x + bitmap->width;
	FT_Int  y_max = y + bitmap->rows;

	//printf("x = %d, y = %d\n", x, y);

	for ( j = y, q = 0; j < y_max; j++, q++ )
	{
		for ( i = x, p = 0; i < x_max; i++, p++ )
		{
			if ( i < 0      || j < 0       ||
				i >= var.xres || j >= var.yres )
			continue;

			//image[j][i] |= bitmap->buffer[q * bitmap->width + p];
			lcd_put_pixel(i, j, bitmap->buffer[q * bitmap->width + p]);
		}
	}
}

参数里的x，y是在显示的位置的坐标。

下面函数为在lcd上画一个点的函数。

lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)

显示一行文字你可以用位图，一个个显示字，但是并不完美，更好的方式可以参考【硬核】韦东山：使用freetype显示一行文字 - 知乎