【emWin实战教程V2.0】第28章矢量字体（支持汉字全字库，Unicode编码）

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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。矢量字体也有缺点，即非常消耗内存。但是本教程配套开发板的STM32F429是支持外接SDRAM，这样就有大容量的空间供矢量字体使用了。
28.1 初学者重要提示
28.2 矢量字体介绍
28.3 STemWin对矢量字体的支持
28.4 矢量字体库的移植方法
28.5 矢量字体库的使用方法
28.6 实验例程说明（RTOS）
28.7 实验例程说明（裸机）
28.8 总结

lee_st · 2017-2-7 09:12:03

28.1 初学者重要提示

1、使用STM32F429+大容量的SDRAM来实现矢量字体具有一定的实战意义，可用于实际项目。
2、实验中发现了以下三个问题，给大家分享下：
（1）、不是所有电脑端的矢量字体都可以显示，测试发现有些无法正常显示，估计是emWin库不支持。
（2）、不能显示太大的字体，测试发现130点阵之后就无法显示了，不知道是不是动态内存和系统堆空间分配小了，以后换了超大容量SDRAM再测试。
（3）、显示比较大的字体，STM32F429的图形性能完全跟的上，但CPU的计算性能有些吃紧，表现在800*480界面显示满屏字符的时候，整体拖动窗口反应不够流畅。
3、矢量字体也是用的Unicode编码，这点要特别注意。

lee_st · 2017-2-7 09:12:16

4、矢量字体所有API函数在emWin手册中都有讲解，下图是中文版手册里面API函数的位置

lee_st · 2017-2-7 09:12:29

下图是英文版手册里面API函数的位置：

lee_st · 2017-2-7 09:12:54

28.2矢量字体介绍

下面的内容来中文版wiki百科，讲的非常好，特此转载过来：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9F%A2%E9%87%8F%E5%AD%97%E4%BD%93 。

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PostScriptDescription 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windows2000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。

lee_st · 2017-2-7 09:13:09

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:WindowsFonts或C:WinntFonts），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。
下面是XP系统中字体的部分截图，其中矢量字体扩展名ttf，点阵字体的扩展名是fon。

lee_st · 2017-2-7 09:15:37

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:WindowsFonts或C:WinntFonts），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。
下面是XP系统中字体的部分截图，其中矢量字体扩展名ttf，点阵字体的扩展名是fon。

lee_st · 2017-2-7 09:15:51

Win7系统中已经变成如下这种样子：

lee_st · 2017-2-7 10:09:42

28.3 STemWin对矢量字体的支持

emWin对矢量字体库的支持是基于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GUITrueTypeFTL. txt下的FreeType授权许可。emWin对该库进行了少许改编，添加了带有GUI函数的应用层。emWin软件包中也是没有矢量字体库的，需要大家在SEGEER官网地址www.segger.com/link/emwin_freetype.zip下载。

矢量字体基于矢量图形，矢量的优势在于可以无损的放缩。而点阵字体虽然也可以放缩，但不是矢量的，放缩后锯齿很明显。并且项目中需要多种字体大小支持的话，需要几种字体支持，就需要生成几种点阵字库，非常占空间，而矢量字体仅需要一个字体库就可以了。特别是显示大字体，矢量字体库的优势更明显。
通过矢量字体带来无损放缩的同时，也是有缺点的。使用矢量字体的话，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点阵数据。这要求CPU速度快、RAM足够。当前emWin对矢量字体的支持是以总线方式寻址的，与第24章讲解的SIF格式字体是类似的。现在使用STM32F103和STM32F407配合外部SRAM来显示字符还可以，但是显示十几MB的矢量汉字就无法实现了，因为当前使用的静态SRAM最大也就2MB，完全放不下一个矢量汉字库，即使放到容量比较大且可以总线方式寻址的NOR Flash里面，并将2MB的SRAM空间分配给系统堆和emWin动态内存，也无法成功。但使用STM32F429配合外部大容量的SDRAM是可以的，效果也不错。本章节配套的例子就是采用这种方式。

lee_st · 2017-2-7 10:13:26

TrueType矢量字体的硬件要求如下：

lee_st · 2017-2-7 10:13:40

28.4 矢量字体库的移植方法

跟第19章讲解的PNG库一样，emWin的库中也是不含有矢量库的，需要用户自行添加，添加也比较简单，只需用户把源码文件添加到工程里面就可以使用了。
矢量库的下载地址：www.segger.com/link/emwin_freetype.zip。下载软件包后进行解压，官方压缩了两次，解压两次后的部分文件截图（早期的时候里面包含了多个版本，现在官方将其修改为仅包含一个版本，当前 2016-09-13，里面仅有一个5.36版本的库，以后的emWin版本是否还会做其它修改就不得而知了），当前这个版本的库已经被存到本章节配套例子的Doc文件夹：

MDK编译和IAR编译在移植上是有所不同的，分别进行说明。

lee_st · 2017-2-7 10:13:54

28.4.1 MDK版本移植说明

第1步：在 emWin工程-->emWin文件夹-->新建一个TrueType文件夹，将矢量字体库里面的源码文件全部复制到此文件夹里面（其它任意文件夹都是可以的，不限制）。

lee_st · 2017-2-7 10:14:06

第2步：将矢量库的所有.C格式的源码文件添加到MDK工程里面，下面是部分源码文件的截图。

lee_st · 2017-2-7 10:14:18

第3步：添加矢量库的头文件路径，添加完毕后别忘了点击OK。

lee_st · 2017-2-7 10:14:53

第4步：修改系统堆（heap）大小，这一步非常关键。因为矢量库要用到函数malloc和free，而这种函数是从系统堆空间里面申请内存的，鉴于矢量库非常的消耗动态内存，这里将16MB SDRAM的最后1MB空间给系统堆使用，设置如下：

   Heap_Size：表示堆大小设置为1MB。
   _heap_base：表示堆起始地址为0xC0F00000，即16MB SDRAM最后1MB空间的起始地址。
   _heap_linmit：表示堆结束地址0xC0FFFFFF，即16MBSDRAM最后1MB空间的结束地址。

lee_st · 2017-2-7 10:15:06

除了malloc和free要用到堆空间，部分C标准库的其它函数也要用到堆空间，所以一定要及时初始化SDRAM，防止用到堆空间的时候，SDRAM还没有初始化，将导致系统崩溃。当前是将SDRAM的初始化放在了bsp.c文件的bsp_Init函数开始的地方，之前执行的程序都没有用到C标准库，所以可以放在这里。
讲解完这些，还有一点知识要补充的，矢量汉字库是非常大的，稍小点的都得10MB，大点的得20MB，教程配套板子的SDRAM只有16MB，有点捉襟见肘，所以要重新划分下，当前是把前3MB的空间给LCD的显存使用，相关代码不用做任何修改，因为默认的800*480分辨率，RGB565格式的三缓冲大小800*480*2*3 大概是2.19MB（乘以2是因为RGB565格式需要2字节来表示一个像素），小于3MB。中间的12MB用于emWin动态内存，最后1MB用于系统堆空间，这里有两个地方要修改一下，一个是bsp_fmc_sdram.h文件，修改emWin动态内存的起始地址
复制代码
/*
**********************************************************************************************************
emWin使用
**********************************************************************************************************
*/
/* emWin动态内存首地址 */
#define SDRAM_APP_BUF (EXT_SDRAM_ADDR + 3 * 1024 * 1024)

lee_st · 2017-2-7 10:15:19

另一个是GUIConf.c文件，将emWin的动态内存大小设置为12MB，即下面置红的字体。
复制代码
//
// Define the available number of bytes available for the GUI
//
#define EX_SRAM 1/*1 used extern sram, 0 used internal sram */
#if EX_SRAM
#define GUI_NUMBYTES (1024*1024*12)
#else
#define GUI_NUMBYTES (100*1024)
#endif
/* Define the average block size */
#define GUI_BLOCKSIZE 0x80

修改完毕这几个地方后，就没有问题了，使用的时候选取了仿宋体，大小是10MB，系统上电后将其加载到emWin的动态内存里面，也就是SDRAM里面。