在esp32(esp8266) 提供软字库显示中文的解决方案

本方案已经开源到了 https://github.com/StarCompute/tftziku ，详细内容请访问Github.

本方案在esp32 下经过测试在tft屏幕上可以正常输出文字，也就是说经过了验证。

目录

说明

缘起

系统结构

软字库的创建

软字库包含的内容：

软字库的格式

字模的格式

软字库在单片机中的使用

在终端输出

通过单片机在tft屏幕显示

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说明

本项目是为了在各种单片机使用中创建更方便易用的字库，配合使用了  ``TFT_eSPI`` 进行显示使用，实际上可以用于其他任何点阵屏。

缘起

我们都知道，要在单片机上使用汉字输出，都必须汉字点阵化，然后再集成到单片机中进行输出；然而这里有个弊病，就是你输出的汉字每次都必须使用类似于 PCtoLCD2018 这样的软件来处理，极其不方便；而如果单片机要同上位机进行文字通信的时候，上位机的文字其实不受限的，这个时候采取预处理文字的方式就不行了，虽然我自己采用过像素化进行通信，但是始终觉得非常不便。 事实上，文字的调整是个高频的事情，如果每次使用 PCtoLCD2018 来处理实在太繁琐了，因此就产生了一个基本问题：重复修改字体数据，这也同时提出了一个需求：使用软字库。 如果时光倒退无数年，会有专门卖 硬件字库 的，以及PC上类似于 UCDOS 这样软字库的东西。 单片机上各种中文的显示，大家常见的是U8G2这种东西，但是它的汉字非常不全面，基本用不起来。在使用 Tft_eSPI 的字库工具包 processing 过程中，网上有些教程误导我们先用 processing 创建vlw文件，再去转换成.h文件，最后编译进项目里面去。 这是一种完全的误导： - vlw 文件是可以被 tft_espi 项目直接使用的； - 无论是vlw还是.h格式的文件，如果是个别中文的处理毫无意义，而如果是完全的字符(类似于GB2312),这个vlw和.h文件都是非常巨大的，在我的esp32上是无法上传到flash空间中。

基于经验的积累和对于 tft_espi 的部分学习，尝试用自己的方式来创建包含 gb2312 字符集的字库，经过测试后发觉：自己创建的16号字体 GB2312 字符集整体只有507k,这个比vlw文件少了一半的空间占用。

并且， tft_espi 装载自己的vlw字库需要2秒，然后显示对应文字需要0.1x秒左右，而使用我自己创建字库利用tft_espi驱动显示同样的文字只需要0.28秒左右，整体性能提升已经达到了一个相对很高的程度。

从空间占用和显示速度上都b表现出了更优，为了方便大家更方便的进行单片机，所以把这个项目进行开源。

系统结构

软字库的创建

软字库包含的内容：

软字体用 python 进行创建，在本项目中是 getunicode.py ，它是把绝大部分能够显示出来的GB2312字符集包含进来了，然后包括进来了常见的大小写英文字母和字符(从chr(33)=chr(128)),由于 GB18030 的字库太大，所以是不可能使用 GB18030 ,使用了 GB2312 ,我们平常使用的文字基本都在这个字库中，例如“饕餮”这两个字都在GB2312中。

软字库的格式

• 软字体以x.font方式进行命名，采用纯文本进行存储。
• x.font文件被分成了4个部分：
• 前6位16进制表示总共存储了多少字符；
• 7-8位用10进制表示存储的是多少号字体，
• 9-xxxx*5位存储的是字符的unicode编码，为了节省存储空间，一个汉字采取的是u+4位unicode编码；例如"u3001u3002u30fbu02c9u02c7" 是“、。・ˉˇ”对应的存储；每个GB2312字符转化为5个字符进行存储。
• xxxx*5+1至xxxx*8存储的是每个字符对应的取字模数据的16进制编码

举例来说，假设我们的字库只有一个 “ 好 “ 字，用16号字体存储，那么它的整体内容如下：

00000116u597d100010fc10041008fc102420242025fe24204820282010202820442084a00040

如果用12好字体存储，那么存储内容如下：:

00000112u597d200027c02040f880490049004fe091005100210051008b00

对比16号和12号字体：:

000001  16  u597d   100010fc10041008fc102420242025fe24204820282010202820442084a00040
000001  12  u597d   200027c02040f880490049004fe091005100210051008b00

000001 表示 总共有1个字符 16和12表示存储的字号 u597d 是"好”字的unicode编码 再后面分别对应着

100010fc10041008fc102420242025fe24204820282010202820442084a00040

对应

{0x10,0x00,0x10,0xFC,0x10,0x04,0x10,0x08,0xFC,0x10,0x24,0x20,0x24,0x20,0x25,0xFE},
{0x24,0x20,0x48,0x20,0x28,0x20,0x10,0x20,0x28,0x20,0x44,0x20,0x84,0xA0,0x00,0x40},/*"好",0*/

而

200027c02040f880490049004fe091005100210051008b00

对应

{0x20,0x00,0x27,0xC0,0x20,0x40,0xF8,0x80,0x49,0x00,0x49,0x00,0x4F,0xE0,0x91,0x00},
{0x51,0x00,0x21,0x00,0x51,0x00,0x8B,0x00},/*"好",0*/

为了压缩存储内容，把0x10,0x00, 这种直接转化成了1000,这样的化，存储的内容就只有标志16进制格式的五分之二。

如果，这个字库存储的字符是 “你真好看啊!” ,它的整体内容如下：:

00000612u4f60u771fu597du770bu554au00211400140027e024206940a10025402520252029202100230004007fc004003f8020803f8020803f802080ffe011002080200027c02040f880490049004fe091005100210051008b0003c07c0004007fc00800ffe020407fc0a0403fc020403fc00000eee0aa40abc0ad40ad40ab40abc0ea40ac40084008c0000000002000200020002000200000000000200000000000

经过整理后如下：:

000006  12  u4f60   u771f   u597d   u770b   u554a   u0021   1400140027e024206940a10025402520252029202100230004007fc004003f8020803f8020803f802080ffe011002080200027c02040f880490049004fe091005100210051008b0003c07c0004007fc00800ffe020407fc0a0403fc020403fc00000eee0aa40abc0ad40ad40ab40abc0ea40ac40084008c0000000002000200020002000200000000000200000000000

掌握了这种格式的存储，就知道了如何获取到对应的内容，值得特别说明的是，为了方便计算，字模的16进制数据采取的是8位一个存储，12号字体其实可以认为是12*12个像素,但是存储的时候为了某种方便采取了16*12这种方式；所以一定程度来讲，这个字库还有压缩和提升性能的潜力可以挖掘；

在创建字库的时候，如果字符集里面有英文字母，将对英文字母补00进行操作，例如上面的"!" 它的unicode编码系统生产的是"u21",把它补0转换后就是"u0021". 字库中，字符的存储使用 ``u `` 一方面表示这是unicode 编码，另外一方面这个u也骑着分割符的重要作用，它能保证，这段编码被检索的时候不会重复，因为unicode编码不会一样，而如果没有使用 ``u `` ,只是存储 编码数字的话肯定会出现某个编码互相组合出现重复这种情况。

字模的格式

经过学习发现 TFT_eSPI 使用的vlw格式字库文件，其实是一种组合式的图片文件，而TFT_eSPI对于每个字符的显示其实就是动态取模。 本字库是提前对于字符取模，它采取把对应的字符画到图片上，然后获取每个位置的像素，每8个模 编码为16进制。取模顺序是从左到右，从上到下

软字库在单片机中的使用

字体文件在单片机中的使用，其实是一个逆向过程：

• 上传生成的字库到单片机中
• 输入要显示的汉字
• 读取x.font文件，读取前6位，获得总共有多少个字符；
• 再读取2位，确定字体对应的字号；
• 读取unicode字符集，判断是否同输入汉字的unicode匹配
• 利用匹配到的顺序，计算出字模的位置，依照字号获取对应长度的数据
• 把字模的16进制编码重新编码为二进制
• 利用TFT_eSPI 的 drawpix 方法把汉字输出到屏幕上（这里会有个方法计算能够显示多少汉字)
• 字库调用完成

.. 注意:: 英文字符的特殊性暂未处理。

    由于英文基本都是半角符号，中文是全角符号，理论上英文的输出只有中文的一半，但是本字库暂时未处理英文的半角输出问题，全部是全角输出，后续再进行整理。

在终端输出

   String strBinDisplay = getPixBinStrFromString("这是一个软字体的显示你看看再多如何显示出来啊！你说你项羽突然的自我伍佰向天再借五百年");

    // 下面代码在终端输出文字点阵。
    Serial.println(strBinDisplay.length());
    for (int i = 0; i < strBinDisplay.length(); i++)
    {
        if (i % 16 == 0)
        Serial.print("\r\n");
        if (strBinDisplay[i] == '0')
        Serial.print(' ');
        if (strBinDisplay[i] == '1')
        Serial.print(strBinDisplay[i]);
    }

终端显示如下：::

   

           

           1

           1    111111  

           1         1  

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        111111     1

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          1  1 11111111

          1  1    1    

         1  1     1

          1 1     1

           1      1

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         1   1    1

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             1

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           1     1

           1     1      

        1111111  11111

          1     1    1

          1 1   1   1

         1  1  1  1

         111111   1

            1     1

            1    1 1

            111  1 1

        11111    1 1

         1  1   1   1

            1   1   1

            1  1     1

            1 1       1

 

通过单片机在tft屏幕显示

    // 下面代码在TFT屏幕输出文字
    int pX = 16;
    int pY = 0;
    int fontsize=16; //字号
    int amountDisplay=10; //每行显示多少汉字
    int singleStrPixsAmount=fontsize*fontsize;
    for (int i = 0; i < strBinDisplay.length(); i++)
    {
        // 这里必须有特别的说明，每个字符的像素点总数是singleStrPixsAmount=fontsize*fontsize,如果是16号字体就是256个；
        // 每行显示10个字，那么他们到一点阶段就必须换行，x坐标归0，y坐标必须加上字体对应的像素
        // 对于pX,每显示fontsize个像素后就必须字体归到起始点，注意每显示n字符后，这个起始点就必须加上fontsize*n这个起始值
        // 同时对于换行也必须处理。

        pX=int(i%fontsize)+int(i/(singleStrPixsAmount))*fontsize-int(i/(singleStrPixsAmount*amountDisplay))*fontsize*amountDisplay;

        // 对于pY,每fontsize个像素后+1，每singleStrPixsAmount个像素后归0，同时每换一行，pY要加上fontsize个像素；
        pY =int((i-int(i/singleStrPixsAmount)*singleStrPixsAmount)/fontsize)+int(i/(singleStrPixsAmount*amountDisplay))*fontsize;

        if (strBinDisplay[i] == '1')
        {
        tft.drawPixel(pX, pY, TFT_GREEN);
        }
    }