矢量字庫(kù)的用途及在VxWorks5.5平臺(tái)如何實(shí)現(xiàn)矢量字體顯示

1 VxWorks5.5點(diǎn)陣字庫(kù)的局限性

VxWorks5.5 是美國(guó)風(fēng)河公司開(kāi)發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，圖形系統(tǒng)采用WindML3.0,支持點(diǎn)陣字顯示，不支持矢量字體顯示。點(diǎn)陣字采用內(nèi)存模式加載，使用前需要將字體庫(kù)先加載到內(nèi)存，再通過(guò)WindML 圖形接口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣字顯示。點(diǎn)陣字庫(kù)采用。c 文件方式儲(chǔ)存信息，每個(gè)字信息都包含在一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，其中包含了字體的所有點(diǎn)信息，字體顯示時(shí)只要根據(jù)字的寬高將點(diǎn)信息直接送入顯存顯示。這種方式的字體實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、顯示速度快，但是一個(gè)字體文件只包含一種字體、一個(gè)大小的信息，使用具有一定的局限性。

隨著嵌入式軟件的不斷發(fā)展，在設(shè)計(jì)象嵌入式瀏覽器這樣的人機(jī)界面的軟件時(shí)，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)陣字庫(kù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)要求，嵌入式瀏覽器對(duì)字體的需求是根據(jù)網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容來(lái)決定的，在網(wǎng)頁(yè)上任何類型，任何大小的字體都可能出現(xiàn)，點(diǎn)陣字庫(kù)要將所有字體類型，每種字體的所有大小都包括是不可能的，這種局限性大大降低了瀏覽器的顯示效果。TrueType 字庫(kù)引入到VxWorks5.5 系統(tǒng)下，有效的解決了字體的問(wèn)題，所有Windows 下的TrueType 字庫(kù)都可以在VxWorks5.5 系統(tǒng)直接使用，資源非常豐富，能滿足嵌入式系統(tǒng)對(duì)字庫(kù)的新需求。

2 TrueType字庫(kù)原理及FreeType字體引擎

TrueType 是Apple 公司和Microsoft 公司合作開(kāi)發(fā)的頁(yè)面描述語(yǔ)言（簡(jiǎn)稱TTF），采用了直線和二次貝賽爾曲線來(lái)描述字符的輪廓，結(jié)合了光柵技術(shù)和矢量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服了以往所有點(diǎn)陣字體、矢量字體和向量輪廓字體的缺點(diǎn)，字體可以任意放大、縮小、旋轉(zhuǎn)和變形而不會(huì)影響輸出質(zhì)量，提供了真正的設(shè)備無(wú)關(guān)性，二次貝賽爾曲線既能保證輪廓曲線的光滑性，又有利于提高字形還原的速度。如下圖1 所示。

圖1 TrueType 字體輪廓圖

FreeType 是一個(gè)完全免費(fèi)的、高品質(zhì)的可移植的字體引擎，它提供同一的接口訪問(wèn)多種字體格式，包括TrueType,openType,CID,CFF 等。支持單色位圖，反走樣位圖的渲染，F(xiàn)reeType 庫(kù)是高度模塊化的程序庫(kù)，它使用ANSI C 開(kāi)發(fā)，但采用面向?qū)ο蟮乃枷?，F(xiàn)reeType 用戶可以靈活地對(duì)它進(jìn)行裁剪。

3 VxWorks5.5下矢量字庫(kù)的實(shí)現(xiàn)

VxWorks5.5 下矢量字庫(kù)采用開(kāi)放源代碼的Freetype 庫(kù)和Windows 下的TrueType 字庫(kù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)，通過(guò)WindML 圖形系統(tǒng)將矢量字應(yīng)用到VxWorks5.5系統(tǒng)中。矢量字使用前先初始化WindML 圖形系統(tǒng)，再初始化矢量字庫(kù)，并將矢量字庫(kù)的接口函數(shù)掛接到圖形系統(tǒng)下，在應(yīng)用矢量字庫(kù)時(shí)只需調(diào)用WindML 接口函數(shù)，調(diào)用方式和點(diǎn)陣字庫(kù)一致，實(shí)現(xiàn)了與WindML的無(wú)縫掛接。TrueType 字庫(kù)根據(jù)加載方式不同分為動(dòng)態(tài)加載和靜態(tài)加載兩種方式，動(dòng)態(tài)加載方式是將TrueType 字庫(kù)拷貝到目標(biāo)機(jī)硬盤，根據(jù)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)要求在程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載字庫(kù)；靜態(tài)加載方式是將TrueType 字庫(kù)在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)便加載到目標(biāo)機(jī)內(nèi)存，應(yīng)用程序可以直接調(diào)用字庫(kù)信息。動(dòng)態(tài)加載方式優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省內(nèi)存和加載靈活，缺點(diǎn)在于不同字體切換時(shí)消耗的時(shí)間長(zhǎng)，不適合需字體的頻繁切換的應(yīng)用程序；靜態(tài)加載方式優(yōu)點(diǎn)在于不同字體切換時(shí)消耗的時(shí)間短，適合需字體的頻繁切換的應(yīng)用程序，缺點(diǎn)在于內(nèi)存消耗大，加載不靈活。

3.1 矢量字體的初始化

矢量字庫(kù)的初始化主要有矢量字體設(shè)備創(chuàng)建和矢量字體設(shè)備注冊(cè)兩部分組成。先創(chuàng)建矢量字體設(shè)備，如果創(chuàng)建成功則將矢量字體設(shè)備注冊(cè)到系統(tǒng)中，如果創(chuàng)建不成功則退出程序。

矢量字體設(shè)備創(chuàng)建函數(shù)UGL_FONT_DRIVER*uglFT2FontDriverCreate（UGL_UGI_DRIVER*pDriver,UGL_FT2_FONT_DRV_CFG *pFT2FontConfig），參數(shù)pDriver 為圖形系統(tǒng)設(shè)備號(hào)，取值graphicsDevID 為WindML 初始化時(shí)創(chuàng)建的圖形系統(tǒng)設(shè)備號(hào)；參數(shù)pFT2FontConfig 為字體配置結(jié)構(gòu)，根據(jù)字體加載的方式不同參數(shù)也不同，具體見(jiàn)3.4 章節(jié)；返回值ft_fontDevID為矢量字體設(shè)備號(hào)。

設(shè)備注冊(cè)函數(shù)UGL_STATE uglRegistryAdd（UGL_UINT32 type, UGL_UINT32 data, UGL_UINT32id, char *name），參數(shù)type 為矢量字體設(shè)備類型，需定義一個(gè)新設(shè)備類型UGL_FONT_ENGINE_FTTYPE,取值為13;參數(shù)data 為圖形系統(tǒng)設(shè)備ID,取值（UGL_UINT32）graphicsDevID;參數(shù)id 為矢量字體設(shè)備號(hào)，取值（UGL_UINT32） ft_fontDevID;參數(shù)name取值0.

3.2 字體單雙字節(jié)編碼轉(zhuǎn)換

字符編碼根據(jù)長(zhǎng)度分為單字節(jié)和雙字節(jié)兩種編碼方式，單字節(jié)編碼包括英文字母、數(shù)字和特殊字符等，雙字節(jié)編碼包括漢字和自定義字符等。

WindML 字體顯示分雙字節(jié)顯示和單字節(jié)顯示兩種方式，雙字節(jié)顯示是兩個(gè)字節(jié)作為字體編碼對(duì)字庫(kù)進(jìn)行查詢，找到字符位圖并顯示；單字節(jié)顯示是單個(gè)字節(jié)作為字體編碼對(duì)字庫(kù)進(jìn)行查詢，找到字符位圖并顯示。當(dāng)英文字符顯示時(shí)，可以使用單字節(jié)顯示或雙字節(jié)顯示，當(dāng)中文字符顯示或中英文混合字符顯示時(shí)必須使用雙字節(jié)顯示。

VxWorks 下字體采用GB2312 編碼，中文字符編碼的每個(gè)字節(jié)都大于0x80,英文字符編碼都小于0x80,在進(jìn)行雙字節(jié)顯示時(shí)，需要將單字節(jié)字符轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)字符。在字符轉(zhuǎn)換時(shí)，先獲取整個(gè)字符串長(zhǎng)度，再判斷每個(gè)字節(jié)是否大于0x80,如果小于0x80,則將單字節(jié)擴(kuò)展成雙字節(jié)；如果大于0x80,則將這個(gè)字節(jié)與后個(gè)字節(jié)組合成一個(gè)雙字節(jié)；計(jì)算雙字節(jié)數(shù)并返回，如上圖2 所示。

圖2 單字節(jié)字符轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)字符。

3.3 字體編碼轉(zhuǎn)換

VxWorks5.5 下漢字采用GB2312 編碼， 而FreeType 在處理漢字時(shí)只能識(shí)別Unicode 編碼，在處理漢字前需要將GB2312 編碼先轉(zhuǎn)換成Unicode 編碼，GB2312 與Unicode 的編碼轉(zhuǎn)換表采用二維數(shù)組保存數(shù)據(jù)，共有7000 多組對(duì)應(yīng)項(xiàng)，如果采用遍歷數(shù)組的方式來(lái)進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換，那么平均每個(gè)漢字編碼轉(zhuǎn)換需要做3000 多次的編碼比較，這非常影響漢字的處理速度。

為了提高編碼轉(zhuǎn)換的處理速度，編碼轉(zhuǎn)換時(shí)采用折半查找方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用折半查找需要先將GB2312編碼從小到大排列，每個(gè)GB2312 編碼對(duì)應(yīng)一個(gè)Unicode 編碼。在使用折半查找時(shí)，先取first=0 end=數(shù)組長(zhǎng)度，然后（first+end）/2 得到一個(gè)中間編號(hào)，再通過(guò)中間編號(hào)獲取相應(yīng)的GB2312 編碼和顯示漢字編碼比較大小，如果中間值大，則將first=0 end=中間編碼組合再進(jìn)行折半查找；如果中間值小，則將first=中間編碼 end=數(shù)組長(zhǎng)度 組合再進(jìn)行折半查找；如果相等，則將GB2312 編碼對(duì)應(yīng)的Unicode 編碼提交程序處理。

使用折半查找一個(gè)漢字最多只需查找13 次，大大提高了漢字Unicode 編碼的查找速度，加速了漢字顯示。

3.4 字庫(kù)加載

字體庫(kù)加載方式分動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種，兩者之間互有優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)用戶的不同需求自主選擇加載方式。

3.4.1 字庫(kù)動(dòng)態(tài)加載

字庫(kù)動(dòng)態(tài)加載方式是將windows 下的TrueType 字體庫(kù)文件（*.ttf,*.ttc）拷貝到目標(biāo)機(jī)目錄下，根據(jù)用戶需求在程序執(zhí)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)加載字庫(kù)。動(dòng)態(tài)加載的實(shí)現(xiàn)方法：先聲明兩個(gè)結(jié)構(gòu)變量。

1） UGL_FT2_FONT_DRV_CFG ft_font_cfg;

2） UGL_FT2_FONT_PATH_DESC FontPathDesc;

接著設(shè)置FontPathDesc 信息， FontPathDesc.PFontSearchPath="/ata0a/ttf/"; FontPathDesc.filter="*.ttf";pFontSearchPath 為字體文件搜索路徑，filter 為文件過(guò)濾器。再設(shè)置ft_font_cfg 信息，ft_font_cfg.numFontPathDesc=1;ft_font_cfg.pFontPathDesc=&FontPathDesc;ft_font_cfg.defaultCharset=FT_ENCODING_UNICODE;numFontPathDesc 為字體搜索路徑的個(gè)數(shù)，pFontPathDesc 為搜索路徑，defaultCharset 為設(shè)置矢量字體的編碼模式。最后按照3.1 章節(jié)對(duì)矢量字庫(kù)進(jìn)行初始化。

3.4.2 字庫(kù)靜態(tài)加載

字體庫(kù)靜態(tài)加載方式是將windows 下的TrueType字體庫(kù)文件（*.ttf,*.ttc）編譯生成一個(gè)。o 文件，并在應(yīng)用程序執(zhí)行前先加載到內(nèi)存。靜態(tài)加載的實(shí)現(xiàn)方法：

在編譯生成。o 字庫(kù)文件前， 先確定需要加載的TrueType 字體庫(kù)文件，例如需要將f:/font/目錄下的simsun.ttc,simkai.ttf 文件編譯生成一個(gè)。o 文件，先創(chuàng)建一個(gè)udft2cfg.s 文件，將需要編譯的字庫(kù)信息填入文件，再使用編譯命令ccpentium -mtune=pentium –march=pentium -O2 -nostdlib -fno-builtin -fno-defer -pop-DCPU=PENTIUM -DTOOL_FAMILY=gnu -D_WRS_KERNEL-DVXWORKS -xassembler-with-cpp -g -c udft2cfg.o udft2cfg.s 編譯字體文件，生成udft2cfg.o 文件。

靜態(tài)加載方式在矢量字體初始化時(shí)所用的字體結(jié)構(gòu)信息與動(dòng)態(tài)加載有一些區(qū)別，靜態(tài)加載所用字體信息已經(jīng)明確，在初始化時(shí)需要將字體信息在結(jié)構(gòu)中描述清楚，結(jié)構(gòu)UGL_FT2_FONT_MEMBUF_DESC 描述字體名稱、起始地址，終止地址，并掛接到結(jié)構(gòu)UGL_FT2_FONT_DRV_CFG 下，最后按照3.1 章節(jié)對(duì)矢量字體進(jìn)行初始化。

3.5 矢量字體的粗、斜體實(shí)現(xiàn)

矢量字體顯示方式包括正體、粗體、斜體、和粗斜體四種方式，F(xiàn)reeType 字體引擎已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種顯示方式的支持，但要在VxWorks5.5 上支持粗、斜體，需要修改udft2fnt.c 和uglfont2.c 的部分代碼。udft2fnt.c修改代碼如下：

1） 在UGL_FT2_FONT 結(jié)構(gòu)中增加兩個(gè)結(jié)構(gòu)變量，UGL_SIZE weightsize; UGL_SIZE italicsize;

2） 在uglFT2FontCreate 函數(shù)中，去除三個(gè)條件pFontDef->weight >=pFT2FontDesc->header.weight.min&& pFontDef->weight <= pFT2FontDesc-> header.weight.max && pFontDef->italic == pFT2FontDesc->header. Italic;增加字體結(jié)構(gòu)變量weightsize,italicsize的賦值，pFT2Font->weightsize = pFontDef->weight;pFT2Font->italicsize=pFontDef->italic;

3） 在uglFT2FontInfo 函數(shù)中，增加粗體、斜體信息的設(shè)置和獲取代碼，

case UGL_FONT_WEIGHT_SET: pFT2Font->weightsize = *（（UGL_SIZE *）pInfo）；break;

case UGL_FONT_WEIGHT_GET: （*（UGL_SIZE*）pInfo） = pFT2Font->weightsize;

status = UGL_STATUS_OK;break;

case UGL_FONT_SLANT_ANGLE_SET: pFT2

Font->italicsize = *（（UGL_SIZE *）pInfo）；break;

case UGL_FONT_ SLANT_ANGLE _GET:（*（UGL_SIZE *）pInfo） = pFT2Font->italicsize;

status = UGL_STATUS_OK;break;

4） 在ft2DrawStringImageCache 函數(shù)中，增加矢量字體在斜體時(shí)的矩陣值；增加矢量字體在粗、斜體時(shí)字體位圖索引的獲取。因?yàn)槭噶孔煮w在粗、斜體時(shí)矩陣值和位圖索引號(hào)的獲取和正體有些差異，所以在處理時(shí)需和正體分開(kāi)處理。

5） 在ft2DrawStringSmallBitmaps 函數(shù)中，增加矢量字體在斜體時(shí)的矩陣值；因?yàn)槭噶孔煮w在粗、斜體時(shí)使用ft2GetGlyphIndex 函數(shù)不能正確獲取位圖索引，修改為FT_Get_Char_Index 來(lái)獲取位圖索引；增加在粗、斜體時(shí)的矢量字體位圖的處理。

uglfont2.c 修改代碼如下：

修改uglConstructFontDef 函數(shù)，增加斜體信息賦值，pFontDefinition->italic = pFontDescriptor-> italic.

去除語(yǔ)句pFontDefinition->weight = （pListArray[matchIndex].fontDesc.weight.min + pListArray[matchIndex].fontDesc.weight.max）/2;,使用語(yǔ)句pFontDefinition->weight = （pFontDescriptor-> weight.min +pFontDescriptor->weight.max）/2;替換。

4 結(jié)論

矢量字庫(kù)已應(yīng)用于嵌入式瀏覽器、嵌入式閱讀器等多個(gè)軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，實(shí)際工程應(yīng)用表明，矢量字體的切換速度、顯示速度都能滿足應(yīng)用要求，并且字體大小的無(wú)級(jí)縮放、粗斜體顯示、以及旋轉(zhuǎn)顯示等效果能使人機(jī)界面更加友好，使用更加便捷。