嵌入式系統(tǒng)中文輸入法的設(shè)計方案解析

摘 要：在基于嵌入式系統(tǒng)的智能終端中，中文人機交互界面是必須的功能，某些系統(tǒng)還要求中文文本輸入。本文介紹了一種占用較少資源并適于在MCU上實現(xiàn)的中文輸入法。
　　引言
　　目前，以LCD和數(shù)字鍵盤實現(xiàn)的人機交互式界面在智能終端中廣泛采用。在不同的應(yīng)用場合，對人機界面的要求也不同，一些情況下只要求簡單參數(shù)的顯示和選擇，而在一些信息終端中，還要求文字的輸入。
　　在使用高性能CPU和標(biāo)準(zhǔn)顯示設(shè)備的情況下，實現(xiàn)友好的人機界面可采用商用嵌入式系統(tǒng)（ 如Linux或WinCE）所支持的GUI程序。但很多情況下，智能終端使用MCU，且其顯示設(shè)備是非標(biāo)準(zhǔn)接口的小型LCD。此時，必須找到占用較少資源的低成本實現(xiàn)方法。
　　筆者參加的智能終端項目就是一個比較典型的基于MCU的人機界面應(yīng)用，使用128×64點陣式LCD模塊，要求可顯示Unicode編碼的一、二級常用漢字庫并可進行中文輸入。此應(yīng)用中輸入法相關(guān)的代碼和數(shù)據(jù)占用約20kB。在應(yīng)用開發(fā)中，我們使用了實時操作系統(tǒng)μC/OS-II，相關(guān)內(nèi)容可參考有關(guān)文獻。
　　簡單的中文拼音輸入法
　　漢字輸入法的實質(zhì)是建立一種按鍵組合到漢字編碼的映射關(guān)系，因此，使用數(shù)字鍵盤的嵌入式系統(tǒng)的輸入法與使用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的PC機的輸入法沒有本質(zhì)的不同，其區(qū)別主要在于嵌入式應(yīng)用中處理器、存儲器等資源比較有限。如對應(yīng)漢字“你”，拼音輸入法下PC鍵盤按鍵組合為“ni”，而在一般數(shù)字鍵盤下，其按鍵組合則為“64”。
　　在多數(shù)手持式設(shè)備（如智能電話）中，以0~9數(shù)字鍵與幾個簡單的控制鍵實現(xiàn)漢字輸入，比較著名的是在手機中廣泛采用的T9 和iTap 輸入法。這里我們介紹一種簡單的拼音輸入法的實現(xiàn)方法。
　　一般終端鍵盤包括12個按鍵，分別是0~9數(shù)字鍵和“*”、“#”兩個特殊鍵。按通用規(guī)則，數(shù)字1對應(yīng)空格，其功能基本等同于PC機中的空格鍵，用于輸入空格或作為當(dāng)前漢字的確認(rèn)鍵；2~9數(shù)字鍵分別對應(yīng)下述漢語拼音字母：
　　2：a b c 3：d e f 4：g h i
　　5：j k l 6：m n o 7：p q r s
　　8：t u v 9：w x y z
　　而“0”、“*”、“#”鍵則作為輸入法中的控制鍵。我們將“#”作為“選擇鍵”，用于選取同一數(shù)字鍵組合下的不同拼音組合。
　　輸入法中使用了兩個重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別是PY_NODE和PY_SUBNODE。每個PY_NODE對應(yīng)一個數(shù)字鍵組合，PY_SUBNODE則對應(yīng)一組拼音組合。由于一個數(shù)字組合可對應(yīng)多個拼音組合（如“226”對應(yīng)“ban”、“bao”、“can ”、“cao”），因此這兩個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的是一個兩級的對應(yīng)表。
　　PY_NODE按樹組織，而PY_SUBNODE按雙向鏈表組織。二者的基本關(guān)系如圖1所示。
　　以下是兩個結(jié)構(gòu)的定義：
　　typedef struct py_node{
　　unsigned int son［8］; //對應(yīng)下次2~9按鍵輸入時應(yīng)轉(zhuǎn)到的PY_NODE的ID號
　　unsigned int father; //父節(jié)點ID號
　　struct py_subnode *ptrpy; //指向下屬第一個PY_SUBNODE的指針
　　}PY_NODE;
　　typedef rom struct py_subnode{
　　unsigned char py［7］; //本節(jié)點的拼音字符串
　　struct py_subnode *prev; //指向前一PY_SUBNODE的指針
　　struct py_subnode *next; //指向下一PY_SUBNODE的指針
　　unsigned char *ptrUnicode; //指向本節(jié)點對應(yīng)Unicode碼表的指針
　　}PY_SUBNODE;
　　設(shè)計中我們所參照的漢語拼音表中共有412種組合，這樣系統(tǒng)中必須有412個PY_SUBNODE與其一一對應(yīng)；系統(tǒng)中共建立了250個PY_NODE。建立此部分?jǐn)?shù)據(jù)的工作比較繁瑣，分以下5個步驟進行：
　　1、 漢字按拼音進行分組，按常用程度排序，并將漢字轉(zhuǎn)化為Unicode碼或國標(biāo)碼，碼型視系統(tǒng)要求而定；
　　2、將有效拼音轉(zhuǎn)換為數(shù)字鍵盤值組合，如拼音“cui”轉(zhuǎn)為數(shù)字值“284”，這些值對應(yīng)了部分PY_NODE；
　　3、增加中間PY_NODE，用于表示本身無效但后續(xù)輸入有效的拼音，如“b”、“c”、“don”、“dua”等節(jié)點；
　　4、 將數(shù)字鍵組合相同的PY_SUBNODE編成鏈表，由某一PY_NODE中的ptrpy指針指向表頭；
　　5、 按數(shù)字鍵組合的關(guān)系，將PY_NODE組成樹。
　　圖1中所示組織關(guān)系并不復(fù)雜，但其工作量不小，一般情況下可編寫轉(zhuǎn)換程序自動建立。圖2為拼音輸入法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個片斷。
　　在改變當(dāng)前PY_NODE時，一般應(yīng)伴有一些顯示操作，因應(yīng)用不同各有差異，此處不做過多說明。
　　在當(dāng)前節(jié)點下，可以用某一指定控制鍵（如“#”鍵）來選擇此PY_NODE下屬的PY_SUBNODE以縮小漢字的選取范圍。
　　增加功能
　　上述拼音輸入法比較簡單，且完成了輸入法需要的基本功能。對于某些應(yīng)用場合，對輸入法還有更多的要求，可在上述方法的基礎(chǔ)上進行改進實現(xiàn)。一些常見的要求和改進方法列舉如下：
　?、?增加常用字功能
　　在上述輸入法中，增加常用漢字。只考慮國標(biāo)碼中的約7000常用漢字情況下，輸入法所占用的存儲空間增加14kB。
　　② 增加聯(lián)想功能
　　為使輸入更為友好，很多輸入法設(shè)有聯(lián)想功能，即在輸入一個漢字后，此漢字常用的后續(xù)漢字自動成為候選項由用戶選擇。
　?、?筆劃輸入法
　　筆劃輸入法較之拼音輸入法的優(yōu)勢在于重碼少，輸入不常用漢字時也不必多次翻頁查找。
　　以五筆劃輸入法為例，通過五個按鍵即可輸入漢字。該輸入法將漢字筆劃分為5種筆劃，即：“一”、“丨”、“丿”、“丶”和“-”五種筆劃，分別對應(yīng)數(shù)字鍵“7”、“8”、“9”、“*”、“0”，如“你”字的組合為“丿”、“丨”、“丿”、“-”、“丨”、“丿”、“丶”。
　　筆劃輸入法與拼音輸入法的區(qū)別在于人的感覺而非機器的操作，本質(zhì)上只是按鍵組合與漢字碼表對應(yīng)關(guān)系有所不同，如“你”在拼音輸入法下對應(yīng)“64”，而在筆劃輸入法下則對應(yīng)“989089*”。
　?、?關(guān)于特殊符號、英文和數(shù)字
　　對于一些常用的特殊符號、英文和數(shù)字的輸入，較常用的做法是將以單獨的輸入法實現(xiàn)。
　　軟、硬件設(shè)計
　　輸入法的性能優(yōu)劣，更多的不是體現(xiàn)在算法，而是是否符合實際需求。因此它的優(yōu)化工作是對前述PY_NODE和PY_SUBNODE組織的優(yōu)化，如漢字次序的安排、聯(lián)想功能中后序字的組織、以及操作界面的設(shè)計是否適合人們的使用習(xí)慣。因算法本身很簡單，所以用C語言可實現(xiàn)較高的代碼效率，以及較好的可移植性。
　　對于很多8位MCU，地址空間不大于64kB。這樣小的空間對于漢字界面中的漢字庫和輸入法中的大量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的（如一、二級常用字的16×16點陣漢字庫至少需要約220kB），因此常使用地址分頁方式實現(xiàn)地址擴展。在MCU外部設(shè)一鎖存器作為“頁”寄存器，每頁大小根據(jù)MCU特性和實際需求確定，如MCS51系列最大可為64kB一頁。由于頁寄存器的操作為獨占型的，因此在中斷內(nèi)不能進行操作；而在基于RTOS的多任務(wù)環(huán)境下，應(yīng)避免多個任務(wù)同時使用頁寄存器。
　　結(jié)語
　　由于8位、16位MCU的應(yīng)用場合多是低成本的設(shè)備，當(dāng)商用輸入法的成本無法接受或無法得到時，自行編寫輸入法應(yīng)是可行的。當(dāng)然，本文所討論的只是實現(xiàn)輸入法的基本方法，雖然方法可行，但所編寫的輸入法代碼應(yīng)經(jīng)過較長時間的測試才可以作為產(chǎn)品的正式軟件發(fā)布。