使用字库 HZK16 来驱动oled0.96(ssd1306) 显示中文

硬件平台：友善之臂 Tiny4412
软件平台：Ubuntu16.04
源码位置： https://github.com/lian494362816/Tiny4412/tree/master/SourceCode/Driver/003_spi

本文的重点放在如何使用字库上，因此不过多的介绍OLED模块

1. OLED 模块基本介绍

1. Pin脚介绍

OLED 连接到Tin4412 的SPI接口，
D/C 连接 GPB_5,当D/C 为高电平时传输的是数据，为低电平时传输的是命令
RESET 连接 GPB_4， 当RESET 为低电平时OLED复位， 为高电平取消复位状态
对OLED来说，使用的为4-wire SPI

1.2 显示及数据排列

OLED 总共有128x64 个像素点， 内部按Page 和 Seg 来区别， 总共有8个Page, 每个Page 有128个Seg。相当于分成8行、128列， 每行占8个像素点， 每列占1个像素点

地址的增长总共有3种模式：page addressing mode, horizontal addressingmode and vertical addressing mode
这里是介绍第1种page addressing mode。
page addressing mode： 从某个Page Seg的低地址到高地址增长， 到了最高地址后Page不变， Seg又变为低地址。

注意前面说的，一个Page 占8个像素点，因此一个byte的数据刚好可以写完一个Seg
当设置完了起始Page和Seg后，继续写数据Seg会自动增加

2. 显示原理

因为OLED模块不带字库，因此只能通过描点的方式来显示中文和英文，英文字母网上已经有一大堆16X16的字库，而中文的则没有，因此要在OLED上显示中文需要使用特定的字库或者自己使用取模软件。

要显示中文可以使用16X16的像素点来表示，当然是可以显示一些简单的文字，太复杂的文字还是显示不了的
根据前面对OLED模块的介绍，显示16X16需要使用到2个Page, 16个Seg。 16X16 bit = 2x16Bytes, 因此可以把数据分成2排，
每排占16个Bytes, 数据的排列方式如下

3. 字库的使用

字库的介绍不多说，只介绍一句 HZK16字库是符合GB2312国家标准的16×16点阵字库， 16x16是重点
字库的详细介绍:https://blog.twofei.com/505/

3.1 字符编码的转换 UTF8转GBK

在linux下使用的是UTF-8编码， 一个中文字符由个3Byte表示，而HZK16字库是GB2312表示，一个中文字符有2个Byte组成。因此就需要把UTF-8转化为GB2312
注： (代码实际用的GBK, GBK向下兼容GB2312)

UTF8转成GBK使用的是iconv库， 虚拟机中本身就有这个库和头文件，因此可以直接使用里面的函数。

/*
need include  
convert UTF-8 to GBK (GBK is compatible GB2313)
input_buf：UTF-8中文字符串，一个中文字符占3个字节
output_buf：将中文字符串转化成GBK编码后的输出， 一个中文字符占2个字节
*/
int UTF8_to_GBK(unsigned char *input_buf, long input_len, unsigned char *output_buf, long output_len)
{
    char *encTo = "GBK//IGNORE";
    char *encFrom = "UTF-8";
    char *srcstart = input_buf;
    char *tempoutbuf = output_buf;
    int i = 0;
    long ret = 0;

    iconv_t fd = iconv_open (encTo, encFrom);
    if (fd == (iconv_t)-1)
    {
      printf ("iconv_open fail \n");
      return -1;
    }

    memset(output_buf, 0, output_len);

    ret = iconv (fd, &srcstart, &input_len, &tempoutbuf, &output_len);
    if (ret == -1)
    {
      printf ("iconv fail \n");
    }

    iconv_close (fd);

    return 0;
}

3.2 获取字模信息

通过3.1 已经可以获取GKB编码的中文字符了， 接下来就是在字库HZK16中找到对应的32 Byte数据。（16x16 bit= 32byte）
原理很简单， 打开HZK16文件， 通过2字节的GBK数据算出中文字符对应位置，然后读到某个buff中，再把buff返回来即可。
计算位置的原理请看：https://blog.twofei.com/505/

/*
one_chinese_buf:input, only one chinese-character(UTF-8), 3 bytes
hex_buf:output, HZK16 code, 32 bytes
can use print_HZK16_string to print hex_buf result
*/
int Get_GBK_Code(unsigned char *one_chinese_buf, unsigned char *hex_buf)
{
    FILE* fphzk = NULL;
    unsigned char tmp_buf[10];
    int offset;

	//这里把前面的UTF8_to_GBK 函数也封装进来了，因此可以直接输出UTF8的中文字符
    //one chinese-character(UTF-8) is 3 bytes
    UTF8_to_GBK(one_chinese_buf, 3, tmp_buf, 10);

    fphzk = fopen("HZK16", "rb");
    if(fphzk == NULL)
    {
        fprintf(stderr, "error hzk16\n");
        return 1;
    }

    offset = (94*(unsigned int)(tmp_buf[0]-0xa0-1)+(tmp_buf[1]-0xa0-1))*32;

    fseek(fphzk, offset, SEEK_SET);
    fread(hex_buf, 1, 32, fphzk);

    //print_HZK16_string(hex_buf, 32);

    fclose(fphzk);

    return 0;
}

3.3 验证

3.1 和 3.2 已经获取了 GBK编码对应的32Byte数据， 接下来需要验证，看数据是否正确。
因此封装了print_HZK16_string 来打印获取到的数据。这里数据的打印顺序与前面说的OLED的排列顺序不一样。OLED的叫列行式， print_HZK16_string的叫逐行式。

/*
buf: HZK16 buf,
len: buf len,should be multiple of 32
*/
int print_HZK16_string(unsigned char *buf, int len)
{
    int i, j, k, n, z;
    int flag;
    unsigned char key[8] = {0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01};

    if (len < 32 || 0 != (len % 32))
    {
        printf("len is not multiple of 32 \n");
        return -1;
    }

    n = 0;
    do{
        for(k=0; k < 16; k++)
        {
            for(j=0; j < 2; j++)
            {
                for(i=0; i < 8; i++)
                {
                    flag = buf[k*2+j]&key[i];
                    printf("%s", flag?"●":"○");
                }
            }
            printf("\n");
        }
        for (i = 0; i <32; i++)
        {
            printf("0x%-2x ", buf[i]);
        }
        n++;
        buf += 32;
        printf(" \n");
        printf(" \n");
    }while(n < len / 32);

    return 0;
}

测试代码：https://github.com/lian494362816/C/tree/master/TEST/2019_05
直接编译即可运行

4. 数据转换和最终的效果

4.1 数据的转换

因为HZK16库中的数据是按逐行式排列的，而OLED需要使用行列式的数据排列，因此需要把逐行式的数据转换为行列式的数据。

原来的数据排列是逐行式，可以看做是16x16的矩阵， 现在要从这个矩阵里面去提取数据。按照从上往下，从左往右的顺序来获取每一个bit, 再组成一个byte.

先获取第一个byte的数据， 由Byte0的第7位， Byte2的第7位， Byte4的第7位， Byte6的第7位，Byte8的第7位，Byte10的第7位，Byte12的第7位，Byte14的第7位。

再获取第二个byte的数据， 由Byte0的第6位， Byte2的第6位， Byte4的第6位， Byte6的第6位，Byte8的第6位，Byte10的第6位，Byte12的第6位，Byte14的第6位。
依次类推

int change_arrangement_mode(unsigned char *pc_buf, unsigned char *oled_buf, int len)
{
    int i, j, k;

    if (len % 32)
    {
        printf("len is not multiple of 32 \n");
        return -1;
    }

    k = 0;
    do {
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            for (j = 0; j < 8; j++)
            {
                oled_buf[i] |= ( ((pc_buf[j * 2] & (0x1 << 7 - (i % 8))) >> (7 - (i % 8)) ) << j );
                oled_buf[i + 8] |= ( ((pc_buf[j * 2 + 1] & (0x1 << 7 - (i % 8))) >> (7 - (i % 8)) ) << j );
                oled_buf[i + 16] |= ( ((pc_buf[j * 2 + 16] & (0x1 << 7 - (i % 8))) >> (7 - (i % 8)) ) << j );
                oled_buf[i + 24] |= ( ((pc_buf[j * 2 + 1 + 16] & (0x1 << 7 - (i % 8))) >> (7 - (i % 8)) ) << j 	);
                //printf("buf[%d] bit[%d] = byte[%d] & %0x << %d \n", i, j, j * 2, (0x1 << 7 - (i % 8)), j);
            }
         }
         k += 32;
         pc_buf += 32;
         oled_buf += 32;
     }while(k < len);

    pc_buf -= k;
    oled_buf -= k;

     return 0;
}

4.2 突如其来的问题

当我把所有程序在PC上调试过后，通过交叉编，放到开发板上执行时，程序报错。
提示我的参数有问题，不过我再虚拟机上测试过是ok的，然后把encTo 和 encFrom 各种修改，发现程序不支持GBK这个参数，
如果不转化成GBK, 后面的程序都无法执行， 真是恼火。


细想一下，虚拟机支持，但是交叉编译后不支持，应该是交叉编译器自带的库的问题。于是我找到了libiconv的网站，下载了libiconv的源码。
http://www.gnu.org/software/libiconv/#downloading

将源码通过交叉编译器编译成了静态库（我的交叉编译器无法编译动态库），最后使用静态库解决了代码运行的错误。

4.3 成果展示

上层的测试函数，中间有驱动层的代码，这里不做介绍

5 小结

本来使用OLED模块我只是想测试一下SPI总线的，可是OLED模块不带字库，无法显示中文，让我写测试很不爽。
只能显示英文字符，这不符合国情。随后便想到以前使用LCD12864模块时，模块是自带文字库的，因此想通过动态查找字库来在OLED模块上显示中文，继而找到了 HZK16字库。然后linux 的字符编码为UTF-8， 因此需要转换成GBK（GB2313）， 结果交叉编译器自带的库又不支持GBK的转换，被迫自己去找libiconv的源码，自己编译静态库。最后HZK16字模的排列方式与OLED所需的不一样，因此又要转换排列方式，最后才成功的显示出中文。
过程如下：
1）点亮OLED
2）为显示中文，找到HZK16字库
3）linux使用UTF-8编码， 需转换成GBK（GB2313） 编码
4）交叉编译器自带的库无法正常运行，网上找到libiconv的源码， 手动编译静态库
5）HZK16字模排列顺序与OLED所需的不一样， 写代码转换。
本来只是想显示中文字符，没想到要经过这么多步骤，特写此文给后面的人，让后人少走点弯路。