pic头文件（pipe头文件）



基于韦东山IMX6ULL开发板和配套资料中LCD屏幕学习

freetype库资料包：开源的字体引擎库 freetype 和字体文件 simsun.ttc，资料包括：

​ 1、freetype-2.10.2.tar.xz

​ 2、freetype-doc-2.10.2.tar.xz

​ 3、libpng-1.6.37.tar.xz

​ 4、zlib-1.2.11.tar.gz

​ 5、simsun.ttc文件，freetype可以直接使用

freetype 依赖于 libpng， libpng 又依赖于 zlib，所以我们应该：先编译安装 zlib，再编译安装 libpng，最后编译安装 freetype。 但是，有些工具链里有 zlib, 那就不用编译安装 zlib。

freetype官方文档：FreeType Documentation

在使用字库点阵的方式在LCD上显示英文字母、汉字时，大小固定，如果放大缩小则会模糊甚至有锯齿出现，为了解决这个问题，引用矢量字体。

矢量字体形成分三步：

• 确定关键点
• 使用数学曲线（贝塞尔曲线）连接头键点
• 填充闭合区线内部空间

以字母“A”为例，它的的关键点如图中的黄色所示：

再用数学曲线(比如贝塞尔曲线)将关键点都连接起来，得到一系列的封闭的曲线，如图所示：

最后把封闭空间填满颜色，就显示出一个A字母，如图所示：

如果需要放大或者缩小字体，关键点的相对位置是不变的，只要数学曲线平滑，字体就不会变形。

在嵌入式设备上移植开源的字体渲染引擎freetype，调用对应的API接口，提供字体文件，就可以让freetype库帮我们取出关键点、实现闭合曲线，填充颜色，达到显示矢量字体的目的。

FreeType是一个开源的字体渲染引擎，它能够加载和渲染多种格式的字体文件，如TrueType(.ttf)、OpenType(.otf)等。FreeType提供了一组API来处理字体数据，包括字符的加载、渲染以及获取字符的各种信息（例如字形边界框、位图等）。它被广泛应用于各种需要显示文本的应用程序中，尤其是在那些需要高质量文本渲染的地方。

2.1 嵌入式设备使用FreeType的方法步骤

• 安装 FreeType 库：
  • 下载FreeType源码。
  • 配置并编译FreeType以适应你的目标平台。
  • 将编译好的库文件和头文件部署到你的开发环境中。
• 编写代码：
  • 初始化FreeType库。
  • 加载字体文件。
  • 设置字体大小。
  • 渲染指定的字符或字符串。
  • 处理渲染后的位图数据。
  • 清理资源。
• 集成到图形系统：
  • 根据你的嵌入式系统的图形库（如SDL,OpenGL ES,或者自定义的绘图函数），将渲染后的位图绘制到屏幕上。

2.2 嵌入式设备使用FreeType的注意事项

• 内存限制：嵌入式设备可能有严格的内存限制，因此要确保 FreeType 的配置和使用不会占用过多内存。
• 性能优化：根据嵌入式设备的性能特性，对 FreeType 的使用进行优化，比如选择合适的字体大小和渲染选项。
• 字体文件大小：考虑存储空间限制，选择合适大小的字体文件。
• 跨平台兼容性：确保 FreeType 的编译设置与你的目标硬件平台兼容。

3.1 example1.c源码

4.1 简单示例代码

在嵌入式设备上使用FreeType来加载字体并渲染字符 “A”，然后假设你有一个自定义的绘图函数来在屏幕上绘制点。

代码：

4.2 代码分析

代码分析参考官方freetype教程：

• 包含必要的头文件：

• 初始化FreeType库：

• 加载字体文件：

• 设置字体大小：

• 加载置顶字符：

• 获取位图信息：

• 绘制位图：

• 清理资源：

freetype 依赖于 libpng， libpng 又依赖于 zlib，所以我们应该：先编译安装 zlib，再编译安装 libpng，最后编译安装 freetype。 但是，有些工具链里有 zlib, 那就不用编译安装 zlib。文章开头资料包中包含需要的库。

基于IMX6ULL开发板验证，使用对于的工具链对freetype交叉编译。

5.1 确定头文件、库文件在工具链中的目录

先设置交叉编译工具链：

IMX6ULL开发板为例，它的工具链是arm-buildroot-linuxgnueabihf-gcc，可以执行以下命令：

可以确定头文件的系统目录为：

库文件的系统目录为：

5.2 交叉编译、安装libpng

先把freetype-2.10.2.tar.xz 、freetype-doc-2.10.2.tar.xz 、libpng-1.6.37.tar.xz 、zlib-1.2.11.tar.gz库的压缩文件上传到Ubuntu：

freetype依赖于libpng，所以需要先编译、安装libpng。命令如下：

5.3 交叉编译、安装freetype

命令如下：

freetype使用统一的接口来访问多种字体格式文件，从而实现矢量字体显示。关键点(glyph)存在字体文件中，Windows使用的字体文件在c:WindowsFonts目录下，扩展名为TTF的都是矢量字库，本次使用实验使用的是新宋字体simsun.ttc，可以在资料包中下载。

.ttf 和 .ttc 文件都是字体文件格式，但它们之间存在一些关键的区别：

• .ttf (TrueType Font)
  • TrueType 字体是一种常见的计算机字体类型，由苹果公司和微软共同开发。
  • 这种格式的字体文件通常包含一个单独的字体样式。例如，你可能会有一个文件用于常规样式，另一个文件用于粗体样式等。
  • .ttf 文件可以跨平台使用，在 Windows、macOS 以及许多其他操作系统上都可以被支持。
• .ttc (TrueType Collection)
  • TrueType Collection 是一种特殊的字体文件格式，它允许将多个 TrueType 字体打包到一个单一的文件中。
  • 在 TTC 文件内，你可以找到多个字体变体（如常规、斜体、粗体等），这有助于减少文件大小并提高加载效率，因为相关联的字体数据会被共享。
  • 使用 TTC 可以节省磁盘空间，并且在某些情况下可以加快字体加载速度，因为它减少了需要读取的文件数量。

.ttf 文件是单个字体样式的标准容器，而 .ttc 文件则是一个更高效的格式，能够在一个文件中封装多款相关的字体样式。对于用户而言，安装 .ttc 文件就像安装普通的 .ttf文件一样简单，但是背后的数据结构更为紧凑和优化。

freetype对.ttf和.ttc字体格式都支持：

以simsun.ttc为例，该字体文件的格如下：头部含有charmaps，可以使用某种编码值去charmaps中找到它对应的关键点。下图中的“A、B、中、国、韦”等只是glyph的示意图，表示关键点。

Charmaps表示字符映射表，字体文件可能支持哪一些编码，GB2312、UNICODE、BIG5或其他。如果字体文件支持该编码，使用编码值通过charmap就可以找到对应的glyph，一般而言都支持UNICODE码。

一个文字的显示过程可以概括如下（参考4.2 代码分析）：

• 给定一个字符可以确定它的编码值(ASCII、UNICODE、GB2312)
• 设置字体大小
• 根据编码值，从文件头部中通过charmap找到对应的关键点(glyph)，它会根据字体大小调整关键点
• 把关键点转换为位图点阵
• 在LCD上显示出来

6.1 在LCD上显示一个矢量字体

在LCD上显示一个矢量字体的源码：

6.1.1 使用wchar_t获得字符的UNICODE值

要显示一个字符，首先要确定它的编码值。常用的是UNICODE编码，在程序里使用这样的语句定义字符串时，str中保存的要么是GB2312编码值，要么是UTF-8格式的编码值，即使编译时使用“-fexec-charset=UTF-8”，str中保存的也不是直接能使用的UNICODE值：

如果想在代码中能直接使用UNICODE值，需要使用wchar_t，宽字符，示例代码如下：

UTF-8格式保存test_wchar.c，编译、测试命令如下：

每个wchar_t占据4字节，可执行程序里wchar_t中保存的就是字符的UNICODE值。

注意：注意：如果test_wchar.c是以ANSI(GB2312)格式保存，那么需要使用以下命令来编译：

6.1.2 使用freetype得到位图

使用 freetype 得到一个字符的位图，需要 4 个步骤：

• 初始化freetype库

• 加载字体文件，保存在&face中

  第 163 行是从 face 中获得 FT_GlyphSlot，后面的代码中文字的位图就是保存在 FT_GlyphSlot 里。

• 设置字体大小

• 根据编码值得到位图

  使用 FT_Load_Char 函数，就可以实现这 3 个功能：

  • 根据编码值获得 glyph_index： FT_Get_Char_Index
  • 根据 glyph_idex 取出 glyph： FT_Load_Glyph
  • 渲染出位图： FT_Render_Glyph

  执行 FT_Load_Char 之后，字符的位图被存在 slot->bitmap 里，即 face->glyph->bitmap。

6.1.3 在屏幕上显示位图

位图里的数据格式是怎样的？参考 3.1 example1.c 的代码，可以得到下图：

在屏幕上显示出这些位图：

draw_bitmap 函数代码如下，由于位图中每一个像素用一个字节来表示，在0x00RRGGBB 的颜色格式中它只能表示蓝色，所以在 LCD 上显示出来的文字是蓝色的：

6.1.4 交叉编译代码

IMX6ULL使用如下命令编译：

如果提示以下错误：

之前编译出 freetype 后，得到的 ft2build.h 是位于 freetype2 目录里，把整个 freetype2 目录复制进了工具链里。

但是包括头文件时，用的是“ #include <ft2build.h>”，要么改成：

要么把工具链里 incldue/freetype2/*.h 复制到上一级目录，使用这种方法：跟 freetype 文档保持一致。执行以下命令：

再次执行以下命令：

6.1.5 测试

将编译好的 freetype_show_font 文件与 simsun.ttc 字体文件拷贝至开发板，这 2 个文件放在同一个目录下，然后执行以下命令：

或者

6.2 在LCD上令矢量字体旋转某个角度

在LCD上令矢量字体旋转某个角度源码：

“在LCD上令矢量字体旋转某个角度源码“和“在LCD上显示一个矢量字体的源码”对比：

6.2.1 代码分析

6.2.2 交叉编译代码

IMX6ULL使用如下命令编译：

6.2.3 测试

将编译好的 freetype_show_font_angle文件与 simsun.ttc 字体文件拷贝至开发板，这 2 个文件放在同一个目录下，然后执行以下命令：

6.3 使用freetype显示一行文字

6.3.1 使用freetype显示一行文字的方法

在 LCD 上指定一个左上角坐标(x, y)，把一行文字显示出来。下图中，文字的外框用虚线表示，外框的左上角坐标就是(x, y)。

6.3.1.1笛卡尔坐标系

在 LCD 的坐标系中，原点在屏幕的左上角。对于笛卡尔坐标系，原点在左下角。 freetype 使用笛卡尔坐标系，在显示时需要转换为 LCD 坐标系。

从下图可知， X 方向坐标值是一样的。

在 Y 方向坐标值需要换算，假设 LCD 的高度是 V。

在 LCD 坐标系中坐标是(x, y)，那么它在笛卡尔坐标系中的坐标值为(x, V-y)。

反过来也是一样的，在笛卡尔坐标系中坐标是(x, y)，那么它在 LCD 坐标系中坐标值为(x, V-y)。

6.3.1.2 每个字符的大小可能不同

在使用 FT_Set_Pixel_Sizes 函数设置字体大小时，这只是“期望值”。比如“百问网 www.100ask.net”，如果把“ .”显示得跟其他汉字一样大，不好看。

所以在显示一行文字时，后面文字的位置会受到前面文字的影响。

freetype 字体的尺寸(freetype Metrics)，参考 4.2 代码分析中官方freetype教程中“Managing Glyphs”教程：

在显示一行文字时，这些文字会基于同一个基线来绘制位图：baseline。

在 baseline 上，每一个字符都有它的原点(origin)，比如上图中 baseline左边的黑色圆点就是字母“ g”的原点。当前 origin 加上 advance 就可以得到下一个字符的 origin，比如上图中 baseline 右边的黑色圆点。在显示一行中多个文件字时，后一个文字的原点依赖于前一个文字的原点及 advance。

字符的位图是有可能越过 baseline 的，比如上图中字母“ g”在 baseline下方还有图像。

上图中红色方框内就是字母“g”所点据的位图，它的四个角落不一定与原点重合。

上图中那些xMin、xMax、yMin、yMax如何获得？可以使用FT_Glyph_Get_CBox函数获得一个字体的这些参数，将会保存在一个FT_BBox结构体中，以后想计算一行文字的外框时要用到这些信息：

6.3.1.3 在指定位置显示一行文字

要显示一行文字时，每一个字符都有自己外框： xMin、 xMax、 yMin、 yMax。把这些字符的 xMin、 yMin 中的最小值取出来，把这些字符的 xMax、 yMax 中的最大值取出来，就可以确定这行文字的外框了。

如下图，在指定位置(x, y)显示一行文字：

• 先指定第 1 个字符的原点 pen 坐标为(0, 0)，计算出它的外框
• 再计算右边字符的原点，也计算出它的外框，把所有字符都处理完后就可以得到一行文字的整体外框：假设外框左上角坐标为(x’, y’)
• 想在(x, y)处显示这行文字，调整一下 pen 坐标即可。 pen 为(0, 0)时对应左上角(x’, y’)；那么左上角为(x, y)时就可以算出pen 为(x-x’, y-y’)

6.3.1.4 freetype的几个重要数据结构

参考4.2代码分析中官方freetype文档

FT_Library:

对应 freetype 库，使用 freetype 之前要先调用以下代码：

FT_Face：

它对应一个矢量字体文件，在源码中使用 FT_New_Face 函数打开字体文件后，就可以得到一个 face。

为什么称之为 face？

估计是文字都是写在二维平面上的吧，正对着人脸？不用管原因了，总之认为它对应一个字体文件就可以。

代码如下：

FT_GlyphSlot：

插槽？用来保存字符的处理结果：比如转换后的 glyph、位图，如下图：

一个 face 中有很多字符，生成一个字符的点阵位图时，位图保存在哪里？保存在插槽中： face->glyph。

生成第 1 个字符位图时，它保存在 face->glyph 中；生成第 2 个字符位图时，也会保存在 face->glyph 中，会覆盖第 1 个字符的位图。

代码如下：

FT_Glyph：

字体文件中保存有字符的原始关键点信息，使用 freetype 的函数可以放大、缩小、旋转，这些新的关键点保存在插槽中(注意：位图也是保存在插槽中)。

新的关键点使用 FT_Glyph 来表示，可以使用这样的代码从 slot 中获得glyph：

FT_BBox：

FT_BBox 结构体定义如下，它表示一个字符的外框，即新 glyph 的外框：

可以使用以下代码从 glyph 中获得这些信息：

示例代码：

6.3.2 使用freetype显示一行文字源码

6.3.3 代码分析

6.3.3.1 计算一行文字的外框

一行文字中：后一个字符的原点=前一个字符的原点+advance。所以要计算一行文字的外框，需要按照排列顺序处理其中的每一个字符。代码如下：

6.3.3.2 调整原点并绘制

代码如下：

6.3.4 交叉编译代码

IMX6ULL使用如下命令编译：

6.3.5 测试

将编译好的 show_line 文件与 simsun.ttc 字体文件拷贝至开发板，这 2个文件放在同一个目录下，然后执行以下命令(其中的 3 个数字分别表示 LCD 的X 坐标、 Y 坐标、字体大小)：

基于freetyp的基础使用，可以进行更复杂的LCD操作。

到此这篇pic头文件（pipe头文件）的文章就介绍到这了,更多相关内容请继续浏览下面的相关推荐文章，希望大家都能在编程的领域有一番成就！

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