1 VxWorks5.5點陣字庫的局限性

VxWorks5.5 是美國風河公司開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，圖形系統(tǒng)采用WindML3.0,支持點陣字顯示，不支持矢量字體顯示。點陣字采用內存模式加載，使用前需要將字體庫先加載到內存，再通過WindML 圖形接口實現(xiàn)點陣字顯示。點陣字庫采用。c 文件方式儲存信息，每個字信息都包含在一個數據結構中，其中包含了字體的所有點信息，字體顯示時只要根據字的寬高將點信息直接送入顯存顯示。這種方式的字體實現(xiàn)簡單、顯示速度快，但是一個字體文件只包含一種字體、一個大小的信息，使用具有一定的局限性。

隨著嵌入式軟件的不斷發(fā)展，在設計象嵌入式瀏覽器這樣的人機界面的軟件時，發(fā)現(xiàn)點陣字庫已經遠遠不能滿足設計要求，嵌入式瀏覽器對字體的需求是根據網頁內容來決定的，在網頁上任何類型，任何大小的字體都可能出現(xiàn)，點陣字庫要將所有字體類型，每種字體的所有大小都包括是不可能的，這種局限性大大降低了瀏覽器的顯示效果。TrueType 字庫引入到VxWorks5.5 系統(tǒng)下，有效的解決了字體的問題，所有Windows 下的TrueType 字庫都可以在VxWorks5.5 系統(tǒng)直接使用，資源非常豐富，能滿足嵌入式系統(tǒng)對字庫的新需求。

2 TrueType字庫原理及FreeType字體引擎

TrueType 是Apple 公司和Microsoft 公司合作開發(fā)的頁面描述語言（簡稱TTF），采用了直線和二次貝賽爾曲線來描述字符的輪廓，結合了光柵技術和矢量技術的優(yōu)點，克服了以往所有點陣字體、矢量字體和向量輪廓字體的缺點，字體可以任意放大、縮小、旋轉和變形而不會影響輸出質量，提供了真正的設備無關性，二次貝賽爾曲線既能保證輪廓曲線的光滑性，又有利于提高字形還原的速度。如下圖1 所示。

圖1 TrueType 字體輪廓圖

FreeType 是一個完全免費的、高品質的可移植的字體引擎，它提供同一的接口訪問多種字體格式，包括TrueType,openType,CID,CFF 等。支持單色位圖，反走樣位圖的渲染，F(xiàn)reeType 庫是高度模塊化的程序庫，它使用ANSI C 開發(fā)，但采用面向對象的思想，F(xiàn)reeType 用戶可以靈活地對它進行裁剪。

3 VxWorks5.5下矢量字庫的實現(xiàn)

VxWorks5.5 下矢量字庫采用開放源代碼的Freetype 庫和Windows 下的TrueType 字庫結合實現(xiàn)，通過WindML 圖形系統(tǒng)將矢量字應用到VxWorks5.5系統(tǒng)中。矢量字使用前先初始化WindML 圖形系統(tǒng)，再初始化矢量字庫，并將矢量字庫的接口函數掛接到圖形系統(tǒng)下，在應用矢量字庫時只需調用WindML 接口函數，調用方式和點陣字庫一致，實現(xiàn)了與WindML的無縫掛接。TrueType 字庫根據加載方式不同分為動態(tài)加載和靜態(tài)加載兩種方式，動態(tài)加載方式是將TrueType 字庫拷貝到目標機硬盤，根據應用程序的設計要求在程序運行時動態(tài)加載字庫；靜態(tài)加載方式是將TrueType 字庫在系統(tǒng)啟動時便加載到目標機內存，應用程序可以直接調用字庫信息。動態(tài)加載方式優(yōu)點在于節(jié)省內存和加載靈活，缺點在于不同字體切換時消耗的時間長，不適合需字體的頻繁切換的應用程序；靜態(tài)加載方式優(yōu)點在于不同字體切換時消耗的時間短，適合需字體的頻繁切換的應用程序，缺點在于內存消耗大，加載不靈活。

3.1 矢量字體的初始化

矢量字庫的初始化主要有矢量字體設備創(chuàng)建和矢量字體設備注冊兩部分組成。先創(chuàng)建矢量字體設備，如果創(chuàng)建成功則將矢量字體設備注冊到系統(tǒng)中，如果創(chuàng)建不成功則退出程序。

矢量字體設備創(chuàng)建函數UGL_FONT_DRIVER*uglFT2FontDriverCreate（UGL_UGI_DRIVER*pDriver,UGL_FT2_FONT_DRV_CFG *pFT2FontConfig），參數pDriver 為圖形系統(tǒng)設備號，取值graphicsDevID 為WindML 初始化時創(chuàng)建的圖形系統(tǒng)設備號；參數pFT2FontConfig 為字體配置結構，根據字體加載的方式不同參數也不同，具體見3.4 章節(jié)；返回值ft_fontDevID為矢量字體設備號。

設備注冊函數UGL_STATE uglRegistryAdd（UGL_UINT32 type, UGL_UINT32 data, UGL_UINT32id, char *name），參數type 為矢量字體設備類型，需定義一個新設備類型UGL_FONT_ENGINE_FTTYPE,取值為13;參數data 為圖形系統(tǒng)設備ID,取值（UGL_UINT32）graphicsDevID;參數id 為矢量字體設備號，取值（UGL_UINT32） ft_fontDevID;參數name取值0.

3.2 字體單雙字節(jié)編碼轉換

字符編碼根據長度分為單字節(jié)和雙字節(jié)兩種編碼方式，單字節(jié)編碼包括英文字母、數字和特殊字符等，雙字節(jié)編碼包括漢字和自定義字符等。

WindML 字體顯示分雙字節(jié)顯示和單字節(jié)顯示兩種方式，雙字節(jié)顯示是兩個字節(jié)作為字體編碼對字庫進行查詢，找到字符位圖并顯示；單字節(jié)顯示是單個字節(jié)作為字體編碼對字庫進行查詢，找到字符位圖并顯示。當英文字符顯示時，可以使用單字節(jié)顯示或雙字節(jié)顯示，當中文字符顯示或中英文混合字符顯示時必須使用雙字節(jié)顯示。

VxWorks 下字體采用GB2312 編碼，中文字符編碼的每個字節(jié)都大于0x80,英文字符編碼都小于0x80,在進行雙字節(jié)顯示時，需要將單字節(jié)字符轉換成雙字節(jié)字符。在字符轉換時，先獲取整個字符串長度，再判斷每個字節(jié)是否大于0x80,如果小于0x80,則將單字節(jié)擴展成雙字節(jié)；如果大于0x80,則將這個字節(jié)與后個字節(jié)組合成一個雙字節(jié)；計算雙字節(jié)數并返回，如上圖2 所示。

圖2 單字節(jié)字符轉換成雙字節(jié)字符。

3.3 字體編碼轉換

VxWorks5.5 下漢字采用GB2312 編碼， 而FreeType 在處理漢字時只能識別Unicode 編碼，在處理漢字前需要將GB2312 編碼先轉換成Unicode 編碼，GB2312 與Unicode 的編碼轉換表采用二維數組保存數據，共有7000 多組對應項，如果采用遍歷數組的方式來進行編碼轉換，那么平均每個漢字編碼轉換需要做3000 多次的編碼比較，這非常影響漢字的處理速度。

為了提高編碼轉換的處理速度，編碼轉換時采用折半查找方式來實現(xiàn)，使用折半查找需要先將GB2312編碼從小到大排列，每個GB2312 編碼對應一個Unicode 編碼。在使用折半查找時，先取first=0 end=數組長度，然后（first+end）/2 得到一個中間編號，再通過中間編號獲取相應的GB2312 編碼和顯示漢字編碼比較大小，如果中間值大，則將first=0 end=中間編碼組合再進行折半查找；如果中間值小，則將first=中間編碼 end=數組長度 組合再進行折半查找；如果相等，則將GB2312 編碼對應的Unicode 編碼提交程序處理。

使用折半查找一個漢字最多只需查找13 次，大大提高了漢字Unicode 編碼的查找速度，加速了漢字顯示。

3.4 字庫加載

字體庫加載方式分動態(tài)和靜態(tài)兩種，兩者之間互有優(yōu)缺點，可根據用戶的不同需求自主選擇加載方式。

3.4.1 字庫動態(tài)加載

字庫動態(tài)加載方式是將windows 下的TrueType 字體庫文件（*.ttf,*.ttc）拷貝到目標機目錄下，根據用戶需求在程序執(zhí)行過程中動態(tài)加載字庫。動態(tài)加載的實現(xiàn)方法：先聲明兩個結構變量。

1） UGL_FT2_FONT_DRV_CFG ft_font_cfg;

2） UGL_FT2_FONT_PATH_DESC FontPathDesc;

接著設置FontPathDesc 信息， FontPathDesc.PFontSearchPath="/ata0a/ttf/"; FontPathDesc.filter="*.ttf";pFontSearchPath 為字體文件搜索路徑，filter 為文件過濾器。再設置ft_font_cfg 信息，ft_font_cfg.numFontPathDesc=1;ft_font_cfg.pFontPathDesc=&FontPathDesc;ft_font_cfg.defaultCharset=FT_ENCODING_UNICODE;numFontPathDesc 為字體搜索路徑的個數，pFontPathDesc 為搜索路徑，defaultCharset 為設置矢量字體的編碼模式。最后按照3.1 章節(jié)對矢量字庫進行初始化。

3.4.2 字庫靜態(tài)加載

字體庫靜態(tài)加載方式是將windows 下的TrueType字體庫文件（*.ttf,*.ttc）編譯生成一個。o 文件，并在應用程序執(zhí)行前先加載到內存。靜態(tài)加載的實現(xiàn)方法：

在編譯生成。o 字庫文件前， 先確定需要加載的TrueType 字體庫文件，例如需要將f:/font/目錄下的simsun.ttc,simkai.ttf 文件編譯生成一個。o 文件，先創(chuàng)建一個udft2cfg.s 文件，將需要編譯的字庫信息填入文件，再使用編譯命令ccpentium -mtune=pentium –march=pentium -O2 -nostdlib -fno-builtin -fno-defer -pop-DCPU=PENTIUM -DTOOL_FAMILY=gnu -D_WRS_KERNEL-DVXWORKS -xassembler-with-cpp -g -c udft2cfg.o udft2cfg.s 編譯字體文件，生成udft2cfg.o 文件。

靜態(tài)加載方式在矢量字體初始化時所用的字體結構信息與動態(tài)加載有一些區(qū)別，靜態(tài)加載所用字體信息已經明確，在初始化時需要將字體信息在結構中描述清楚，結構UGL_FT2_FONT_MEMBUF_DESC 描述字體名稱、起始地址，終止地址，并掛接到結構UGL_FT2_FONT_DRV_CFG 下，最后按照3.1 章節(jié)對矢量字體進行初始化。

3.5 矢量字體的粗、斜體實現(xiàn)

矢量字體顯示方式包括正體、粗體、斜體、和粗斜體四種方式，F(xiàn)reeType 字體引擎已經實現(xiàn)了對各種顯示方式的支持，但要在VxWorks5.5 上支持粗、斜體，需要修改udft2fnt.c 和uglfont2.c 的部分代碼。udft2fnt.c修改代碼如下：

1） 在UGL_FT2_FONT 結構中增加兩個結構變量，UGL_SIZE weightsize; UGL_SIZE italicsize;

2） 在uglFT2FontCreate 函數中，去除三個條件pFontDef->weight >=pFT2FontDesc->header.weight.min&& pFontDef->weight <= pFT2FontDesc-> header.weight.max && pFontDef->italic == pFT2FontDesc->header. Italic;增加字體結構變量weightsize,italicsize的賦值，pFT2Font->weightsize = pFontDef->weight;pFT2Font->italicsize=pFontDef->italic;

3） 在uglFT2FontInfo 函數中，增加粗體、斜體信息的設置和獲取代碼，

case UGL_FONT_WEIGHT_SET: pFT2Font->weightsize = *（（UGL_SIZE *）pInfo）；break;

case UGL_FONT_WEIGHT_GET: （*（UGL_SIZE*）pInfo） = pFT2Font->weightsize;

status = UGL_STATUS_OK;break;

case UGL_FONT_SLANT_ANGLE_SET: pFT2

Font->italicsize = *（（UGL_SIZE *）pInfo）；break;

case UGL_FONT_ SLANT_ANGLE _GET:（*（UGL_SIZE *）pInfo） = pFT2Font->italicsize;

status = UGL_STATUS_OK;break;

4） 在ft2DrawStringImageCache 函數中，增加矢量字體在斜體時的矩陣值；增加矢量字體在粗、斜體時字體位圖索引的獲取。因為矢量字體在粗、斜體時矩陣值和位圖索引號的獲取和正體有些差異，所以在處理時需和正體分開處理。

5） 在ft2DrawStringSmallBitmaps 函數中，增加矢量字體在斜體時的矩陣值；因為矢量字體在粗、斜體時使用ft2GetGlyphIndex 函數不能正確獲取位圖索引，修改為FT_Get_Char_Index 來獲取位圖索引；增加在粗、斜體時的矢量字體位圖的處理。

uglfont2.c 修改代碼如下：

修改uglConstructFontDef 函數，增加斜體信息賦值，pFontDefinition->italic = pFontDescriptor-> italic.

去除語句pFontDefinition->weight = （pListArray[matchIndex].fontDesc.weight.min + pListArray[matchIndex].fontDesc.weight.max）/2;,使用語句pFontDefinition->weight = （pFontDescriptor-> weight.min +pFontDescriptor->weight.max）/2;替換。

4 結論

矢量字庫已應用于嵌入式瀏覽器、嵌入式閱讀器等多個軟件開發(fā)項目，實際工程應用表明，矢量字體的切換速度、顯示速度都能滿足應用要求，并且字體大小的無級縮放、粗斜體顯示、以及旋轉顯示等效果能使人機界面更加友好，使用更加便捷。