引言
目前,以LCD和數(shù)字鍵盤實現(xiàn)的人機交互式界面在智能終端中廣泛采用。在不同的應(yīng)用場合,對人機界面的要求也不同,一些情況下只要求簡單參數(shù)的顯示和選擇,而在一些信息終端中,還要求文字的輸入。
在使用高性能CPU和標準顯示設(shè)備的情況下,實現(xiàn)友好的人機界面可采用商用嵌入式系統(tǒng)( 如Linux或WinCE)所支持的GUI程序。但很多情況下,智能終端使用MCU,且其顯示設(shè)備是非標準接口的小型LCD。此時,必須找到占用較少資源的低成本實現(xiàn)方法。
智能終端項目就是一個比較典型的基于MCU的人機界面應(yīng)用,使用128×64點陣式LCD模塊,要求可顯示Unicode編碼的一、二級常用漢字庫并可進行中文輸入。此應(yīng)用中輸入法相關(guān)的代碼和數(shù)據(jù)占用約20kB。在應(yīng)用開發(fā)中,我們使用了實時操作系統(tǒng)μC/OS-II,相關(guān)內(nèi)容可參考有關(guān)文獻。
簡單的中文拼音輸入法
漢字輸入法的實質(zhì)是建立一種按鍵組合到漢字編碼的映射關(guān)系,因此,使用數(shù)字鍵盤的嵌入式系統(tǒng)的輸入法與使用標準鍵盤的PC機的輸入法沒有本質(zhì)的不同,其區(qū)別主要在于嵌入式應(yīng)用中處理器、存儲器等資源比較有限。如對應(yīng)漢字“你”,拼音輸入法下PC鍵盤按鍵組合為“ni”,而在一般數(shù)字鍵盤下,其按鍵組合則為“64”。
在多數(shù)手持式設(shè)備(如智能電話)中,以0~9數(shù)字鍵與幾個簡單的控制鍵實現(xiàn)漢字輸入,比較著名的是在手機中廣泛采用的T9 和iTap 輸入法。這里我們介紹一種簡單的拼音輸入法的實現(xiàn)方法。
一般終端鍵盤包括12個按鍵,分別是0~9數(shù)字鍵和“*”、“#”兩個特殊鍵。按通用規(guī)則,數(shù)字1對應(yīng)空格,其功能基本等同于PC機中的空格鍵,用于輸入空格或作為當前漢字的確認鍵;2~9數(shù)字鍵分別對應(yīng)下述漢語拼音字母:
2:a b c 3:d e f 4:g h i
5:j k l 6:m n o 7:p q r s
8:t u v 9:w x y z
而“0”、“*”、“#”鍵則作為輸入法中的控制鍵。我們將“#”作為“選擇鍵”,用于選取同一數(shù)字鍵組合下的不同拼音組合。
輸入法中使用了兩個重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),分別是PY_NODE和PY_SUBNODE。每個PY_NODE對應(yīng)一個數(shù)字鍵組合,PY_SUBNODE則對應(yīng)一組拼音組合。由于一個數(shù)字組合可對應(yīng)多個拼音組合(如“226”對應(yīng)“ban”、“bao”、“can ”、“cao”),因此這兩個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的是一個兩級的對應(yīng)表。
PY_NODE按樹組織,而PY_SUBNODE按雙向鏈表組織。
以下是兩個結(jié)構(gòu)的定義:
設(shè)計中我們所參照的漢語拼音表中共有412種組合,這樣系統(tǒng)中必須有412個PY_SUBNODE與其一一對應(yīng);系統(tǒng)中共建立了250個PY_NODE。建立此部分數(shù)據(jù)的工作比較繁瑣,分以下5個步驟進行:
1、 漢字按拼音進行分組,按常用程度排序,并將漢字轉(zhuǎn)化為Unicode碼或國標碼,碼型視系統(tǒng)要求而定;
2、 將有效拼音轉(zhuǎn)換為數(shù)字鍵盤值組合,如拼音“cui”轉(zhuǎn)為數(shù)字值“284”,這些值對應(yīng)了部分PY_NODE;
3、 增加中間PY_NODE,用于表示本身無效但后續(xù)輸入有效的拼音,如“b”、“c”、“don”、“dua”等節(jié)點;
4、 將數(shù)字鍵組合相同的PY_SUBNODE編成鏈表,由某一PY_NODE中的ptrpy指針指向表頭;
5、 按數(shù)字鍵組合的關(guān)系,將PY_NODE組成樹。
圖1中所示組織關(guān)系并不復(fù)雜,但其工作量不小,一般情況下可編寫轉(zhuǎn)換程序自動建立。圖2為拼音輸入法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個片斷。
在改變當前PY_NODE時,一般應(yīng)伴有一些顯示操作,因應(yīng)用不同各有差異,此處不做過多說明。
在當前節(jié)點下,可以用某一指定控制鍵(如“#”鍵)來選擇此PY_NODE下屬的PY_SUBNODE以縮小漢字的選取范圍。
增加功能
上述拼音輸入法比較簡單,且完成了輸入法需要的基本功能。對于某些應(yīng)用場合,對輸入法還有更多的要求,可在上述方法的基礎(chǔ)上進行改進實現(xiàn)。一些常見的要求和改進方法列舉如下:
① 增加常用字功能
在上述輸入法中,增加常用漢字。只考慮國標碼中的約7000常用漢字情況下,輸入法所占用的存儲空間增加14kB。
② 增加聯(lián)想功能
為使輸入更為友好,很多輸入法設(shè)有聯(lián)想功能,即在輸入一個漢字后,此漢字常用的后續(xù)漢字自動成為候選項由用戶選擇。
③ 筆劃輸入法
筆劃輸入法較之拼音輸入法的優(yōu)勢在于重碼少,輸入不常用漢字時也不必多次翻頁查找。
以五筆劃輸入法為例,通過五個按鍵即可輸入漢字。該輸入法將漢字筆劃分為5種筆劃,即:“一”、“丨”、“丿”、“丶”和“-”五種筆劃,分別對應(yīng)數(shù)字鍵“7”、“8”、“9”、“*”、“0”,如“你”字的組合為“丿”、“丨”、“丿”、“-”、“丨”、“丿”、“丶”。
筆劃輸入法與拼音輸入法的區(qū)別在于人的感覺而非機器的操作,本質(zhì)上只是按鍵組合與漢字碼表對應(yīng)關(guān)系有所不同,如“你”在拼音輸入法下對應(yīng)“64”,而在筆劃輸入法下則對應(yīng)“989089*”。
④ 關(guān)于特殊符號、英文和數(shù)字
對于一些常用的特殊符號、英文和數(shù)字的輸入,較常用的做法是將以單獨的輸入法實現(xiàn)。
軟、硬件設(shè)計
輸入法的性能優(yōu)劣,更多的不是體現(xiàn)在算法,而是是否符合實際需求。因此它的優(yōu)化工作是對前述PY_NODE和PY_SUBNODE組織的優(yōu)化,如漢字次序的安排、聯(lián)想功能中后序字的組織、以及操作界面的設(shè)計是否適合人們的使用習(xí)慣。因算法本身很簡單,所以用C語言可實現(xiàn)較高的代碼效率,以及較好的可移植性。
對于很多8位MCU,地址空間不大于64kB。這樣小的空間對于漢字界面中的漢字庫和輸入法中的大量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是遠遠不夠的(如一、二級常用字的16×16點陣漢字庫至少需要約220kB),因此常使用地址分頁方式實現(xiàn)地址擴展。在MCU外部設(shè)一鎖存器作為“頁”寄存器,每頁大小根據(jù)MCU特性和實際需求確定,如MCS51系列最大可為64kB一頁。由于頁寄存器的操作為獨占型的,因此在中斷內(nèi)不能進行操作;而在基于RTOS的多任務(wù)環(huán)境下,應(yīng)避免多個任務(wù)同時使用頁寄存器。
結(jié)語
由于8位、16位MCU的應(yīng)用場合多是低成本的設(shè)備,當商用輸入法的成本無法接受或無法得到時,自行編寫輸入法應(yīng)是可行的。當然,本文所討論的只是實現(xiàn)輸入法的基本方法,雖然方法可行,但所編寫的輸入法代碼應(yīng)經(jīng)過較長時間的測試才可以作為產(chǎn)品的正式軟件發(fā)布。
責任編輯:gt
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