点阵字体显示系列之一:ASCII码字库的显示

起因:
早在阅读tslib源代码时就注意到里面有font_8x8.c和font_8x16.c两个文件(后来才得知,它们来自Linux内核,具体目录是./drivers/video/console),它们包含了在屏幕上显示所需的所有字符(当然,是可打印字符),由此也看了一下tslib显示字符的代码。对将来在触摸屏上显示汉字有所帮助,——这是后话,暂且按下不提。

上面所说的字符当然是ASCII码了,这种编码学过计算机的人可能会很熟悉,就不多讲了。本文所述者,就是通过ASCII码字库文件(网上有下载)和上面提到的其中之一的文件在终端上显示ASCII字符。这也为研究汉字显示打下基础(此为假话,写文章及做作所需也,实际上本文作者是先研究汉字显示再研究ASCII码显示的,勿模仿,切切)。
本文中使用的字库是8x16,每个字符占用内存空间为16字节(后面不再提及),文中显示字符所做工作有下面几步(显示汉字也差不多,当然,这又是后话 ):
1、打开字库文件(似乎是废话);
2、计算出要打印的字符在字库文件中的偏移量(亦即网上所说的“寻址”);
3、将这个偏移地址的数据(16字节)读取缓冲区中;
4、显示这个缓冲区,为1者打印,为0者留空。(由于是在终端上显示,因此,可以使用如“#”、“*”等字符代替。)
先说说如何找到某个字符在字库文件中的偏移量。字库里的字符排序是符合ASCII码顺序的,而每个字符占16字节,因此,将要打印的字符与16相乘,便得到这个字符在字库中的位置了,这个位置之后的16个字节的数据,就是这个字符了。比如大写字母“A”,十六进制是0x41(“A”还是十进制的65、八进制的101,其实都是一回事),它与0x10(十进制的16)相乘,得到0x410(计算机中使用十六进制十分方便,对于某些试题要求计算出某地址的十进制,我表示不理解,既不直观,又不方便,还容易出错)。使用十六进制编辑器(用UE相信会更方便些)查看这个偏移量,会发现有如下数据:

1
2
$ hexdump -C ../HZK/ASC16 | grep 410
00000410 00 00 10 38 6c c6 c6 fe c6 c6 c6 c6 00 00 00 00 |...8l...........|

所谓的字库,里面就是一些二进制数据。我们看看上面得到“A”的16个字节数据显示效果是怎样的。将上面的十六进制数据按二进制输出,一个字节一行,共占16行,如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
00000000
00000000
00010000
00111000
01101100
11000110
11000110
11111110
11000110
11000110
11000110
11000110
00000000
00000000
00000000
00000000

不直观,将出现0的地方留空,则变成如下形状(受网页影响,为美观起见进行调整,虽非实际中二进制所示,但形状是一致的):

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
             
               
     1       
    111     
  11  11   
11      11 
11      11 
1111111111 // 注:此处补充了1
11      11 
11      11 
11      11 
11      11

上面的便是传说中的“A”了。 下面就用代码读取字库信息,并显示出来。完整代码如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
/***************************************************
 源代码文件编码:ANSI
 测试环境编码:zh_CN.UTF-8、zh_CN.gd2312
 * ************************************************/

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>

#ifdef DEBUG
#define debug(fmt, ...) printf(fmt, #__VA_ARGS__)
#else
#define debug(fmt, ...)
#endif


void display_font_ascii(char *asc)
{
        int i, j;
        debug("=================/n");
        for(i=0;i<16;i++)
        {
                for(j=0;j<8;j++)
                {
                        /* 逐位相与,为1者打印“*”,否则打印空格 */
                        if(asc[i] & (0x80>>j))
                                printf("*");
                        else
                                printf(" ");
                }
                printf("/n");
        }
        debug("=================/n");
}

int main()
{
        int i;
        unsigned char *p;
        unsigned char asciicode[] = "Ab";
        unsigned long offset;
        FILE *asc;
        char ascii[16];

        if((asc=fopen("ASC16","rb"))==NULL)
        {
                perror("Can't Open ASC16");
                exit(0);
        }

         /* ASCII字库文件 */
        for (i = 0; i < sizeof(asciicode)-1; i++)
        {
                debug("%c %x/n", asciicode[i], asciicode[i]); /* 打印数值 */
                offset = asciicode[i]*16;
                debug("offset: %x/n", offset); /* 打印偏移量 */
                fseek(asc,offset,SEEK_SET);
                fread(ascii,16,1,asc);              /* 读取16字节 */
                display_font_ascii(ascii);        /* 显示 */
        }
        fclose(asc);

        return 0;
}

由于是示意性代码,不必纠结于代码优化、代码风格等等问题。效果(同样进行了调整)如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
$ ./a.out             
               
               
    *       
   ***     
 **  **   
**      ** 
**      ** 
******* 
**      ** 
**      ** 
**      ** 
**      ** 
               
               
               
               
               
               
***         
  **         
  **         
  ****     
  **  **   
  **    ** 
  **    ** 
  **    ** 
  **    ** 
  *****

还有另一种方法,不读取字库,而是将所有的字符存放于某个数组中,比如像font_8x16.c文件中的fontdata_8x16数组。这里假设数组为ascii_code,那么,上面的代码只需修改一小部分,如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
 for (i = 0; i < sizeof(asciicode)-1; i++)
 {
  debug("%c %x/n", asciicode[i], asciicode[i]);
  offset = asciicode[i]* 16; // 寻址
  p = ascii_code+offset;    // 查找字符在ascii_code数组中的偏移量
  debug("offset: %x/n", offset);
  display_font_ascii(p);
 }

效果是一样的,所不同的是,前一种方法需要读取字库文件,后一种方法直接在内存中读取,完整的ASCII码占用空间为4KB。不过,ASCII中可打印的字符共96个(经过认真数那些可打印的字符,发现实际上是95个(即32号到126号),这里将127号算上了,具体的请搜索一下ASCII),占用空间为96*16,即1536字节。由于前面0x20(即32)个字符在显示中没有用到,因此是可以去掉的,这样一来,寻址方式又稍有不同,如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
 for (i = 0; i < sizeof(asciicode)-1; i++)
 {
  debug("%c %x/n", asciicode[i], asciicode[i]);
  offset = (asciicode[i] - 0x20 )* 16; // 寻址
  p = ascii_code+offset;    // 查找字符在ascii_code数组中的偏移量
  debug("offset: %x/n", offset);
  display_font_ascii(p);
 }

由于文中涉及知识、代码、字库文件都可以在网络上找到,因此文中就不提供下载了。
资料:
1、ASCII码字库,有多种形式,如8*168*12,名称为ASC12、ASC16,搜索一下就能找到。
2、“字库数组”,可以在Linux内核源代码的./drivers/video/console目录下找到很多相关代码文件,如font_8x8.c、font_8x16.c、font_sun8x16.c等等。像font_8x16.c文件,代码中说是由cpi2fnt这个东西产生的,但搜索一下,没什么介绍,英文的又不想去看,对这个东西也就不了解了。
3、可以搜索一下字库生成工具,用这些工具可以生成需要的字库。