第22章  TrueType矢量字体

本期教程跟大家讲解矢量字体的相关知识，矢量字体最大的好处就是可以任意放大或者缩小字体，而且字体的显示效果不失真。矢量字体的缺点就是不适合用在小型嵌入式系统中，极其消耗内存。

22. 1  XBF格式字体生成方法

22. 2 移植到开发板显示

22. 3 总结

22.1  矢量字体介绍

下面的内容来自百度百科和wiki百科（两个内容居然一模一样），讲的非常好，特此转载过来。

目前主流的矢量字体格式有3种：Type1，TrueType和OpenType，这三种格式都是与平台无关的。

Type1全称PostScript Type1，是1985年由Adobe公司提出的一套矢量字体标准，由于这个标准是基于PostScript Description Language(PDL)，而PDL又是高端打印机首选的打印描述语言，所以Type1迅速流行起来。但是Type1是非开放字体，Adobe对使用Type1的公司征收高额的使用费。

TrueType是1991年由Apple公司与Microsoft公司联合提出另一套矢量字标准。

Type1使用三次贝塞尔曲线来描述字形，TrueType则使用二次贝塞尔曲线来描述字形。所以Type1的字体比TrueType字体更加精确美观。一个误解是，Type1字体比TrueType字体占用空间多。这是因为同样描述一个圆形，二次贝塞尔曲线只需要8个关键点和7段二次曲线；而三次贝塞尔曲线则需要12个关键点和11段三次曲线。然而实际情况是一般来说 Type1比TrueType要小10%左右。这是因为对于稍微复杂的字形，为了保持平滑，TrueType必须使用更多的关键点。由于现代大部分打印机都是使用PDL作为打印描述语言，所以Type1字体打印的时候不会产生形变，速度快；而TrueType则需要翻译成PDL，由于曲线方程的变化，还会产生一定的形变，不如Type1美观。

这么说来，Type1应该比TrueType更具有优势，为什么如今的计算机上TrueType反而比Type1使用更广泛呢？这是因为第一：Type1由于字体方程的复杂，所以在屏幕上渲染的时候，花费的时间多，解决方案是大部分Type1字体嵌入了点阵字体，这样渲染快，但是边缘不光滑，比较难看。很多ps文档和ps转换的pdf文档都是这样，在计算机上浏览的时候字体很难看，但是打印出来很美观。TrueType则渲染比较快，可以平滑的显示在屏幕上，看上去很美观。

第二个原因是Type1的高额使用费，使得Type1没有被所有的操作系统所支持。Windows家族只有OS/2和windows 2000及之后的版本从操作系统级别开始支持Type1。由于这个问题，Adobe只好在其所有的产品中嵌入Adobe Type Manager(ATM)作为渲染引擎。

OpenType则是Type1与TrueType之争的最终产物。1995年，Adobe公司和Microsoft公司开始联手开发一种兼容Type1和TrueType，并且真正支持Unicode的字体，后来在发布的时候，正式命名为OpenType。OpenType可以嵌入Type1和TrueType，这样就兼有了二者的特点，无论是在屏幕上察看还是打印，质量都非常优秀。可以说OpenType是一个三赢的结局，无论是Adobe、Microsoft还是最终用户，都从OpenType中得到了好处。Windows家族从Windows 2000开始，正式支持OpenType。打开系统的字体目录（一般是C:\Windows\Fonts\或C:\Winnt\Fonts），可以看到：一个红色A的图标的是点阵字体，两个重叠的T的图标是TrueType字体，一个O的图标就是OpenType字体。

矢量字体扩展名ttf。点阵字体的扩展名是fon.

下面是XP系统中字体的部分截图：

22.2  STemWin对矢量字体的支持

TrueType为字体开发人员提供对在各种字体高度下字体显示方式的高度控制。与位图字体（基于每个字符的位图）不同，TrueType字体基于矢量图形。矢量表示的优势在于无损的可扩展性。这意味着，每个字符在绘制前需要光栅化为位图。为避免每次绘制字符时都进行光栅化，通常用字体引擎缓存位图数据。这要求CPU速度快、RAM足够。发货时不含emWin TTF包。该项内容可在www.segger.com/link/emwin_freetype.zip下免费获得。

emWin对TTF支持的实施基于来自David Turner、Robert Wilhelm和Werner Lembergr的FreeType字体库，该库可在www.freetype.org下免费获得。emWin对该库的使用符合GUI\TrueType\FTL. txt下的FreeType许可。emWin对该库进行了少许改编，添加了带有GUI函数的 “粘贴”层。

TrueType矢量字体的硬件要求如下：

CPU	TTF支持仅适用于32位CPU。我们对32位CPU的定义为：sizeof(int)= 4。
ROM	TTF引擎的ROM要求大约为250 K。确切大小取决于CPU、编译器以及编译器的优化水平。
RAM	该库的RAM要求主要取决于使用的字体。TTF引擎的基本RAM要求大约为50 K。在使用GUI_TTF_CreateFont()创建GUI字体时，字体引擎会加载生成字符所需的TTF文件中定义的所有字体表。不同字体之间的表大小有所差异。创建字体额外要求的RAM量可能介于几个KB到1 MB以上之间。一般字体需要80-300 kb。取决于使用的字体文件需要多少RAM。至少，TTF引擎需要位图缓存。默认情况下，引擎使用200 K的缓存。足够大多数应用使用。TTF引擎通过非emWin函数malloc()和free()分配内存。使用TTF引擎之前，必须确保 能够运行这些函数。

从SEGGER官网下载的矢量库主要有以下文件：

TrueType相关的文件还是很多的，这里只贴了部分源码。

22.3  模拟器上面运行矢量字体

在emWin模拟器中，官方专门做了一个例子用于运行矢量字体，程序DEMO位置如下：

这个DEMO程序的代码如下：

#ifndef SKIP_TEST

 

#include 

#include 

#include "GUI.h"

 

 

static unsigned     _aHeight  [] = {16, 20, 32, 48};   // Array of heights used to show text

static GUI_TTF_CS   _aCS      [GUI_COUNTOF(_aHeight)]; // Each GUI font needs its own GUI_TTF_CS structure

static GUI_FONT     _aFont    [GUI_COUNTOF(_aHeight)]; // Array of GUI fonts

static char         _acFamily [200];

static char         _acStyle  [200];

 

 

 

static void _ShowText(void) {（1）

  int i;

 

  GUI_Clear();

  i = 0;

  GUI_TTF_GetFamilyName(&_aFont[i], _acFamily, sizeof(_acFamily));（2）

  GUI_TTF_GetStyleName(&_aFont[i],  _acStyle,  sizeof(_acStyle));

  GUI_SetFont(&GUI_Font20_1);

  GUI_DispString(_acFamily);

  GUI_DispString(", ");

  GUI_DispString(_acStyle);

  GUI_DispNextLine();

  GUI_DrawHLine(GUI_GetDispPosY(), 0, 0xfff);

  GUI_SetFont(&_aFont[i]);

  GUI_DispString("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz\n");

  GUI_DispString("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ\n");

  GUI_DispString("123456789.:,;(:*!?')\n");

  GUI_DrawHLine(GUI_GetDispPosY(), 0, 0xfff);

  for (i = 0; i < GUI_COUNTOF(_aHeight); i++) {

    GUI_SetFont(&_aFont[i]);

    GUI_DispString("The quick brown fox jumps over the lazy dog. 1234567890\n");

  }

  GUI_Delay(1000);

}

 

 

static int _CreateFonts(const U8 * pData, U32 NumBytes) {（3）

  int i;

  GUI_TTF_DATA TTF_Data;        // Only one GUI_TTF_DATA structure is used per font face

 

  TTF_Data.pData    = pData;    // Set pointer to file data

  TTF_Data.NumBytes = NumBytes; // Set size of file

  for (i = 0; i < GUI_COUNTOF(_aHeight); i++) {

    //

    // Initialize GUI_TTF_CS members

    //

    _aCS[i].PixelHeight = _aHeight[i];

    _aCS[i].pTTF        = &TTF_Data;

    //

    // Create GUI font

    //

    if (GUI_TTF_CreateFont(&_aFont[i], &_aCS[i])) {（4）

      return 1;

    }

  }

  return 0;

}

 

 

static void _cbFontDemo(const U8 * pData, U32 NumBytes) {（5）

  _CreateFonts(pData, NumBytes); // Create fonts

  _ShowText();                   // Show some text

  GUI_TTF_DestroyCache();        // Clear the TTF cache

}

 

 

static void _IterateOverAllFiles(const char * sFolder, const char * sMask, void (* pfDoSomething)(const U8 * pData, U32 NumBytes)) {（6）

  GUI_RECT Rect = {0, 10, 1000, 1000};

  char              acMask[_MAX_PATH];

  char              acFile[_MAX_PATH];

  WIN32_FIND_DATA   Context;

  HANDLE            hFind;

  HANDLE            hFile;

  U8              * pData;

  DWORD             NumBytes;

  DWORD             NumBytesRead;

 

  sprintf(acMask, "%s\\%s", sFolder, sMask);

  hFind = FindFirstFile(acMask, &Context);

  if (hFind != INVALID_HANDLE_VALUE) {

    do {

      sprintf(acFile, "%s\\%s", sFolder, Context.cFileName);

      hFile = CreateFile(acFile, GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, 0, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, 0);

      if (hFile != INVALID_HANDLE_VALUE) {

        NumBytes = GetFileSize(hFile, NULL);

        pData = (U8 *)malloc(NumBytes);

        ReadFile(hFile, pData, NumBytes, &NumBytesRead, NULL);

        pfDoSomething(pData, NumBytes);

        free(pData);

      }

      CloseHandle(hFile);

    } while (FindNextFile(hFind, &Context));

  }

}

 

 

 

void MainTask(void) {

  char acPath[200];

 

  GUI_Init();

  //

  // Set colors and text mode

  //

  GUI_SetBkColor(GUI_WHITE);

  GUI_SetColor(GUI_BLACK);

  GUI_SetTextMode(GUI_TM_TRANS);

  //

  // Get windows system directory and extend it with '\Font'（7）

  //

  GetWindowsDirectory(acPath, sizeof(acPath));

  strcat(acPath, "\\Fonts");

  //

  // Iterate over files and call _cbFontDemo for each file

  //

  while (1) {

    _IterateOverAllFiles(acPath, "*.ttf", _cbFontDemo);

  }

}

 

#endif

1. 这个函数用于文本显示。

2. 函数：GUI_TTF_GetFamilyName 将返回字体文件中定义的字体系列名称

函数：GUI_TTF_GetStyleName  此函数将返回字体文件中定义的样式名称 （粗体、常规等）

3. 用于字体的创建，注意字体的创建方法

4. 用于实现字体创建的函数，函数中两个成员介绍如下：

GUI_TTF_CS

数据类型	元素	描述
GUI_TTF_DATA *	pTTF	指向包含要使用的字体文件位置和大小的GUI_TTF_DATA结构
PixelHeight	PixelHeight	新字体的像素高度。表示字形 “g”和 “f”之间周围矩形的高度。请注意，这并非两行文本之间的距离。换句话说，GUI_GetFontSizeY()返回的值与此值并不完全相同。
FaceIndex	FaceIndex	有些字体文件可能包含多种字体风格。对于多种风格，此索引指定使用基于零的风格索引来创建字体。通常为0。

GUI_TTF_DATA

数据类型	元素	描述
const void *	pData	指向可寻址存储器区域中的TTF字体文件。
NumBytes	NumBytes	文件的大小 （字节）。

5. 字体演示主要运行的程序。注意函数GUI_TTF_DestroyCache 用于释放TTF缓存系统分配的所有内存并解除该缓存。

6. 通过这个程序实现电脑系统中矢量字体的轮番显示。

7. 获取电脑系统中字体存储的路径。

实际显示效果如下（这里只贴了一个截图）

22.4  移植到开发板上显示

22.4.1 第一步：从官网下载矢量库

下载地址：www.segger.com/link/emwin_freetype.zip

22.4.2 第二步：添加到emWin工程中（MDK）

添加上后需要再添加相应的工程路径：

22.4.3 第三步：修改Heap的大小

由于要使用非emWin自带的molloc和free函数，下面是修改的位置和大小:

这个地方一定得大点，要不字体无法显示。

22.4.4 第四步：主程序

 

void MainTask(void) 

{

OS_ERR       err;

char *_acBuffer;

 

GUI_TTF_CS Cs0, Cs1, Cs2, Cs3;

GUI_TTF_DATA Data;

GUI_FONT Font0, Font1, Font2, Font3;

GUI_HMEM hMem;

 

 

GUI_Init();

    GUI_SetBkColor(GUI_BLACK);

    GUI_SetColor(GUI_RED);

 

                                                             （1）

    hMem = GUI_ALLOC_AllocZero(1024*1500);

 

_acBuffer = GUI_ALLOC_h2p(hMem);

 

 

 

OSSchedLock(&err);

result = f_open(&file, "seg.ttf", FA_OPEN_EXISTING | FA_READ | FA_OPEN_ALWAYS); （2）

result = f_read(&file, _acBuffer, file.fsize, &bw);

OSSchedUnlock(&err); 

 

 

Data.pData = _acBuffer; 

Data.NumBytes = file.fsize; 

 

 

Cs0.pTTF = &Data; 

Cs0.PixelHeight = 24; （3）

Cs0.FaceIndex = 0; 

 

 

Cs1.pTTF = &Data; 

Cs1.PixelHeight = 48; 

Cs1.FaceIndex = 0; 

 

 

 

Cs2.pTTF = &Data; 

Cs2.PixelHeight = 96; 

Cs2.FaceIndex = 0; 

 

 

Cs3.pTTF = &Data; 

Cs3.PixelHeight = 144; 

Cs3.FaceIndex = 0; 

 

 

GUI_TTF_CreateFont(&Font0, &Cs0);（4）

GUI_TTF_CreateFont(&Font1, &Cs1);

GUI_TTF_CreateFont(&Font2, &Cs2);

GUI_TTF_CreateFont(&Font3, &Cs3);

 

GUI_SetFont(&Font0);

GUI_DispStringAt("ABC1234", 0, 0);

GUI_SetFont(&Font1);

GUI_DispStringAt("ABC1234", 0, 24);

GUI_SetFont(&Font2);

GUI_DispStringAt("ABC1234", 0, 24+48);

GUI_SetFont(&Font3);

GUI_DispStringAt("ABC1234", 0, 24+48+96);

GUI_DispStringAt("ARMFLY", 0, 24+48+96+144);

 

while(1)

{

GUI_Delay(100);

}

 

}

1. 申请动态内存用于加载字库。

2. 将矢量字体从SD卡中加载到外接SRAM中。

3. 设置矢量字体点阵大小。

4. 创建四种大小的矢量字体。

22.4.5 第五步：矢量字体放到SD卡中

由于汉字的矢量字体比较大，使用2MB的SRAM空间不够，这里使用从网上下载的米字体做为显示。

 

放到SD卡后，在屏上的实际显示效果如下：

特别注意，如果使用的是800*480分辨率的屏可以完成显示出来，如果是小于这个分辨率的屏只能显示出一部分，大家可以按照上面的设计方法做一个适合自己屏大小的显示。

22.5  总结

矢量字体就跟大家讲这么多，更多的知识可以研究下源码的实现。关于字体的显示截至到本期教程就算结束了。