Freetype 介绍和使用

news2024/10/7 12:24:30

目录

一、矢量字体引入

二、Freetype 介绍

1.给定一个字符，怎么在字体文件中找到它的关键点？

2.文字显示过程

3.如何使用 freetype 库

三、在 LCD 上显示一个矢量字体

1.使用 wchar_t 获得字符的 UNICODE 值

2.使用 freetype 得到位图

3.在屏幕上显示位图

4.编译

5.上机测试

四、在 LCD 上令矢量字体旋转某个角度

1.关键代码解析

2.编译

3.上机测试

五、使用 freetype 显示一行文字

1.笛卡尔坐标系

2.每个字符的大小可能不同

3.怎么在指定位置显示一行文字

4.freetype 的几个重要数据结构

（1）FT_Library

（2）FT_Face

（3）FT_GlyphSlot

（4）FT_Glyph

（5）FT_BBox

5.计算一行文字的外框

6.调整原点并绘制

7.编译

8.上机测试

一、矢量字体引入

使用点阵字库显示英文字母、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：

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

什么是关键点？以字母“A”为例，它的的关键点如图 6.16 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 6.17 所示：

最后把封闭空间填满颜色，就显示出一个 A 字母，如图 6.18 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。

二、Freetype 介绍

Freetype 是开源的字体引擎库，它提供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。我们只需要移植这个字体引擎，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。

关 键 点 (glyph) 存 在 字 体 文 件 中 ， Windows 使 用 的 字 体 文 件 在 c:\Windows\Fonts 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。

1.给定一个字符，怎么在字体文件中找到它的关键点？

首先要确定该字符的编码值：比如 ASCII 码、GB2312 码、UNICODE 码。如 果字体文件支持某种编码格式(charset)，就可以使用这类编码值去找到该字符 的关键点(glyph)。有些字体文件支持多种编码格式(charset)，这在文件中被称为 charmaps (注意：这个单词是复数，意味着可能支持多种 charset )。

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。

2.文字显示过程

有了以上基础，一个文字的显示过程可以概括如下：

  • 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

3.如何使用 freetype 库

  1. 初始化：FT_InitFreetype
  2. 加载(打开)字体 Face：FT_New_Face
  3. 设置字体大小：FT_Set_Char_Sizes 或 FT_Set_Pixel_Sizes
  4. 选择 charmap：FT_Select_Charmap
  5. 根据编码值 charcode 找到 glyph_index：glyph_index = FT_Get_Char_Index（face，charcode） 根据 glyph_index 取出 glyph：FT_Load_Glyph（face，glyph_index）
  6. 转为位图：FT_Render_Glyph
  7. 移动或旋转:FT_Set_Transform
  8. 最后显示出来。

上面的5，6，7可以使用一个函数代替：FT_Load_Char(face, charcode, FT_LOAD_RENDER)，它就可以得到位图。

三、在 LCD 上显示一个矢量字体

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：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <wchar.h>

int main( int argc, char** argv)
{
	wchar_t *chinese_str = L"中gif";
	unsigned int *p = (wchar_t *)chinese_str;
	int i;

	printf("sizeof(wchar_t) = %d, str's Uniocde: \n", (int)sizeof(wchar_t));
	for (i = 0; i < wcslen(chinese_str); i++)
	{
		printf("0x%x ", p[i]);
	}
	printf("\n");

	return 0;
}

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：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：

gcc -finput-charset=GB2312 -fexec-charset=UTF-8 -o test_wchar test_wchar.c

-finput-charset=GB2312表示将输入文件的字符集设置为GB2312

-fexec-charset=UTF-8表示将执行文件的字符集设置为UTF-8

-o test_wchar表示输出文件名为test_wchar

最后的test_wchar.c是源文件名。

2.使用 freetype 得到位图

使用 freetype 显示一个字符并不难，要使用 freetype 得到一个字符的位图，只需要 4 个步骤，代码先贴出来再分析：

  1. 初始化 freetype 库
  2. 加载字体文件，保存在&face 中：
  3. 设置字体大小
  4. 根据编码值得到位图

3.在屏幕上显示位图

位图里的数据格式是怎样的？参考官方示例的代码，可以得到：

要在屏幕上显示出这些位图，并不复杂，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。

4.编译

freetype_show_font.c

#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <wchar.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H
#include FT_GLYPH_H

int fd_fb;
struct fb_var_screeninfo var;	/* Current var */
int screen_size;
unsigned char *fbmem;
unsigned int line_width;
unsigned int pixel_width;


/**********************************************************************
 * 函数名称： lcd_put_pixel
 * 功能描述： 在LCD指定位置上输出指定颜色（描点）
 * 输入参数： x坐标，y坐标，颜色
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 会
 * 修改日期        版本号     修改人	      修改内容
 * -----------------------------------------------
 * 2020/05/12	     V1.0	  zh(angenao)	      创建
 ***********************************************************************/ 
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
	unsigned char *pen_8 = fbmem+y*line_width+x*pixel_width;
	unsigned short *pen_16;	
	unsigned int *pen_32;	

	unsigned int red, green, blue;	

	pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
	pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

	switch (var.bits_per_pixel)
	{
		case 8:
		{
			*pen_8 = color;
			break;
		}
		case 16:
		{
			/* 565 */
			red   = (color >> 16) & 0xff;
			green = (color >> 8) & 0xff;
			blue  = (color >> 0) & 0xff;
			color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
			*pen_16 = color;
			break;
		}
		case 32:
		{
			*pen_32 = color;
			break;
		}
		default:
		{
			printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
			break;
		}
	}
}

/**********************************************************************
 * 函数名称： draw_bitmap
 * 功能描述： 根据bitmap位图，在LCD指定位置显示汉字
 * 输入参数： x坐标，y坐标，位图指针
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 无
 * 修改日期        版本号     修改人	      修改内容
 * -----------------------------------------------
 * 2020/05/12	     V1.0	  zh(angenao)	      创建
 ***********************************************************************/ 
void
draw_bitmap( FT_Bitmap*  bitmap,
             FT_Int      x,
             FT_Int      y)
{
	FT_Int  i, j, p, q;
	FT_Int  x_max = x + bitmap->width;
	FT_Int  y_max = y + bitmap->rows;

	//printf("x = %d, y = %d\n", x, y);

	for ( j = y, q = 0; j < y_max; j++, q++ )
	{
		for ( i = x, p = 0; i < x_max; i++, p++ )
		{
			if ( i < 0      || j < 0       ||
				i >= var.xres || j >= var.yres )
			continue;

			//image[j][i] |= bitmap->buffer[q * bitmap->width + p];
			lcd_put_pixel(i, j, bitmap->buffer[q * bitmap->width + p]);
		}
	}
}


int main(int argc, char **argv)
{
	wchar_t *chinese_str = L"繁";

	FT_Library	  library;
	FT_Face 	  face;
	int error;
    FT_Vector     pen;
	FT_GlyphSlot  slot;
	int font_size = 24;
	FT_Matrix	  matrix;				  /* transformation matrix */
	double		  angle;

	if (argc < 3)
	{
		printf("Usage : %s <font_file> <angle> [font_size]\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	angle  = ( 1.0* strtoul(argv[2], NULL, 0) / 360 ) * 3.14159 * 2;	   /* use 25 degrees	 */

	if (argc == 4)
		font_size = strtoul(argv[3], NULL, 0);
		
	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
	if (fd_fb < 0)
	{
		printf("can't open /dev/fb0\n");
		return -1;
	}

	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
	{
		printf("can't get var\n");
		return -1;
	}

	line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
	pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
	screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
	fbmem = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
	if (fbmem == (unsigned char *)-1)
	{
		printf("can't mmap\n");
		return -1;
	}

	/* 清屏: 全部设为黑色 */
	memset(fbmem, 0, screen_size);

	/* 显示矢量字体 */
	error = FT_Init_FreeType( &library );			   /* initialize library */
	/* error handling omitted */
	
	error = FT_New_Face( library, argv[1], 0, &face ); /* create face object */
	/* error handling omitted */	
	slot = face->glyph;

	FT_Set_Pixel_Sizes(face, font_size, 0);

	/* 确定座标:
	 */
	pen.x = 0;
	pen.y = 0;

	/* set up matrix */
	matrix.xx = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );
	matrix.xy = (FT_Fixed)(-sin( angle ) * 0x10000L );
	matrix.yx = (FT_Fixed)( sin( angle ) * 0x10000L );
	matrix.yy = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );

    /* set transformation */
    FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen);

    /* load glyph image into the slot (erase previous one) */
    error = FT_Load_Char( face, chinese_str[0], FT_LOAD_RENDER );
	if (error)
	{
		printf("FT_Load_Char error\n");
		return -1;
	}
	
    draw_bitmap( &slot->bitmap,
                 var.xres/2,
                 var.yres/2);

	return 0;	
}

在这里我们得先交叉编译工具链 freetype，然后编译程序：

arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o freetype_show_font freetype_show_font.c -lfreetype

如果出现以下错误：

显示找不到头文件，具体解决方法可看：交叉编译freetype-CSDN博客

5.上机测试

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。

./freetype_show_font ./simsun.ttc

如果实验成功，我们将在屏幕中间看到一个蓝色的“繁”字。

四、在 LCD 上令矢量字体旋转某个角度

1.关键代码解析

2.编译

freetype_show_font_angle.c

#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <wchar.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H
#include FT_GLYPH_H

int fd_fb;
struct fb_var_screeninfo var;	/* Current var */
int screen_size;
unsigned char *fbmem;
unsigned int line_width;
unsigned int pixel_width;


/**********************************************************************
 * 函数名称： lcd_put_pixel
 * 功能描述： 在LCD指定位置上输出指定颜色（描点）
 * 输入参数： x坐标，y坐标，颜色
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 会
 * 修改日期        版本号     修改人	      修改内容
 * -----------------------------------------------
 * 2020/05/12	     V1.0	  zh(angenao)	      创建
 ***********************************************************************/ 
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
	unsigned char *pen_8 = fbmem+y*line_width+x*pixel_width;
	unsigned short *pen_16;	
	unsigned int *pen_32;	

	unsigned int red, green, blue;	

	pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
	pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

	switch (var.bits_per_pixel)
	{
		case 8:
		{
			*pen_8 = color;
			break;
		}
		case 16:
		{
			/* 565 */
			red   = (color >> 16) & 0xff;
			green = (color >> 8) & 0xff;
			blue  = (color >> 0) & 0xff;
			color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
			*pen_16 = color;
			break;
		}
		case 32:
		{
			*pen_32 = color;
			break;
		}
		default:
		{
			printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
			break;
		}
	}
}

/**********************************************************************
 * 函数名称： draw_bitmap
 * 功能描述： 根据bitmap位图，在LCD指定位置显示汉字
 * 输入参数： x坐标，y坐标，位图指针
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 无
 * 修改日期        版本号     修改人	      修改内容
 * -----------------------------------------------
 * 2020/05/12	     V1.0	  zh(angenao)	      创建
 ***********************************************************************/ 
void
draw_bitmap( FT_Bitmap*  bitmap,
             FT_Int      x,
             FT_Int      y)
{
	FT_Int  i, j, p, q;
	FT_Int  x_max = x + bitmap->width;
	FT_Int  y_max = y + bitmap->rows;

	//printf("x = %d, y = %d\n", x, y);

	for ( j = y, q = 0; j < y_max; j++, q++ )
	{
		for ( i = x, p = 0; i < x_max; i++, p++ )
		{
			if ( i < 0      || j < 0       ||
				i >= var.xres || j >= var.yres )
			continue;

			//image[j][i] |= bitmap->buffer[q * bitmap->width + p];
			lcd_put_pixel(i, j, bitmap->buffer[q * bitmap->width + p]);
		}
	}
}


int main(int argc, char **argv)
{
	wchar_t *chinese_str = L"繁";

	FT_Library	  library;
	FT_Face 	  face;
	int error;
    FT_Vector     pen;
	FT_GlyphSlot  slot;
	int font_size = 24;
	FT_Matrix	  matrix;				  /* transformation matrix */
	double		  angle;

	if (argc < 3)
	{
		printf("Usage : %s <font_file> <angle> [font_size]\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	angle  = ( 1.0* strtoul(argv[2], NULL, 0) / 360 ) * 3.14159 * 2;	   /* use 25 degrees	 */

	if (argc == 4)
		font_size = strtoul(argv[3], NULL, 0);
		
	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
	if (fd_fb < 0)
	{
		printf("can't open /dev/fb0\n");
		return -1;
	}

	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
	{
		printf("can't get var\n");
		return -1;
	}

	line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
	pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
	screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
	fbmem = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
	if (fbmem == (unsigned char *)-1)
	{
		printf("can't mmap\n");
		return -1;
	}

	/* 清屏: 全部设为黑色 */
	memset(fbmem, 0, screen_size);

	/* 显示矢量字体 */
	error = FT_Init_FreeType( &library );			   /* initialize library */
	/* error handling omitted */
	
	error = FT_New_Face( library, argv[1], 0, &face ); /* create face object */
	/* error handling omitted */	
	slot = face->glyph;

	FT_Set_Pixel_Sizes(face, font_size, 0);

	/* 确定座标:
	 */
	pen.x = 0;
	pen.y = 0;

	/* set up matrix */
	matrix.xx = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );
	matrix.xy = (FT_Fixed)(-sin( angle ) * 0x10000L );
	matrix.yx = (FT_Fixed)( sin( angle ) * 0x10000L );
	matrix.yy = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );

    /* set transformation */
    FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen);

    /* load glyph image into the slot (erase previous one) */
    error = FT_Load_Char( face, chinese_str[0], FT_LOAD_RENDER );
	if (error)
	{
		printf("FT_Load_Char error\n");
		return -1;
	}
	
    draw_bitmap( &slot->bitmap,
                 var.xres/2,
                 var.yres/2);

	return 0;	
}

编译：

arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o freetype_show_font_angle freetype_show_font_angle.c -lfreetype -lm

-lfreetype   链接freetype 库

-lm             链接数学库

3.上机测试

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。

./freetype_show_font_angle ./simsun.ttc 90 200

如果实验成功，我们将在屏幕中间看到一个蓝色的、旋转了 90 度的“繁”字。

五、使用 freetype 显示一行文字

实验：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)。

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)

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。

在这里，freetype 帮我们考虑到了这些影响。

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下图这些信息：

3.怎么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。

要想在指定位置(x, y)显示一行文字，步骤如图所示：

  1. 先指定第 1 个字符的原点 pen 坐标为(0, 0)，计算出它的外框
  2. 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')。
  3. 想在(x, y)处显示这行文字，调整一下 pen 坐标即可。怎么调整？ 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')。

4.freetype 的几个重要数据结构

要想形象地理解程序，需要先介绍一下 freetype 中几个数据结构：

（1）FT_Library

对应 freetype 库，使用 freetype 之前要先调用以下代码：

FT_Library library; /* 对应 freetype 库 */
error = FT_Init_FreeType( &library ); /* 初始化 freetype 库 */

（2）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：

error = FT_New_Face(library, font_file, 0, &face ); /* 加载字体文件 */

（3）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_GlyphSlot slot = face->glyph; /* 插槽: 字体的处理结果保存在这里 */

（4）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：

error = FT_Get_Glyph(slot , &glyph);

（5）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：

FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &bbox );

针对上述流程，示例代码如下：

5.计算一行文字的外框

前面提到过，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。

代码解析如下：

6.调整原点并绘制

代码解析如下：

7.编译

show_line.c

#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <wchar.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H
#include FT_GLYPH_H

int fd_fb;
struct fb_var_screeninfo var;   /* Current var */
struct fb_fix_screeninfo fix;   /* Current fix */
int screen_size;
unsigned char *fbmem;
unsigned int line_width;
unsigned int pixel_width;

/* color : 0x00RRGGBB */
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
    unsigned char *pen_8 = fbmem+y*line_width+x*pixel_width;
    unsigned short *pen_16; 
    unsigned int *pen_32;   

    unsigned int red, green, blue;  

    pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
    pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

    switch (var.bits_per_pixel)
    {
        case 8:
        {
            *pen_8 = color;
            break;
        }
        case 16:
        {
            /* 565 */
            red   = (color >> 16) & 0xff;
            green = (color >> 8) & 0xff;
            blue  = (color >> 0) & 0xff;
            color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
            *pen_16 = color;
            break;
        }
        case 32:
        {
            *pen_32 = color;
            break;
        }
        default:
        {
            printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
            break;
        }
    }
}

/**********************************************************************
 * 函数名称： draw_bitmap
 * 功能描述： 根据bitmap位图，在LCD指定位置显示汉字
 * 输入参数： x坐标，y坐标，位图指针
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 无
 * 修改日期        版本号     修改人        修改内容
 * -----------------------------------------------
 * 2020/05/12        V1.0     zh(angenao)         创建
 ***********************************************************************/ 
void
draw_bitmap( FT_Bitmap*  bitmap,
             FT_Int      x,
             FT_Int      y)
{
    FT_Int  i, j, p, q;
    FT_Int  x_max = x + bitmap->width;
    FT_Int  y_max = y + bitmap->rows;

    //printf("x = %d, y = %d\n", x, y);

    for ( j = y, q = 0; j < y_max; j++, q++ )
    {
        for ( i = x, p = 0; i < x_max; i++, p++ )
        {
            if ( i < 0      || j < 0       ||
                i >= var.xres || j >= var.yres )
            continue;

            //image[j][i] |= bitmap->buffer[q * bitmap->width + p];
            lcd_put_pixel(i, j, bitmap->buffer[q * bitmap->width + p]);
        }
    }
}

int compute_string_bbox(FT_Face       face, wchar_t *wstr, FT_BBox  *abbox)
{
    int i;
    int error;
    FT_BBox bbox;
    FT_BBox glyph_bbox;
    FT_Vector pen;
    FT_Glyph  glyph;
    FT_GlyphSlot slot = face->glyph;

    /* 初始化 */
    bbox.xMin = bbox.yMin = 32000;
    bbox.xMax = bbox.yMax = -32000;

    /* 指定原点为(0, 0) */
    pen.x = 0;
    pen.y = 0;

    /* 计算每个字符的bounding box */
    /* 先translate, 再load char, 就可以得到它的外框了 */
    for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
    {
        /* 转换：transformation */
        FT_Set_Transform(face, 0, &pen);

        /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
        error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
        if (error)
        {
            printf("FT_Load_Char error\n");
            return -1;
        }

        /* 取出glyph */
        error = FT_Get_Glyph(face->glyph, &glyph);
        if (error)
        {
            printf("FT_Get_Glyph error!\n");
            return -1;
        }
        
        /* 从glyph得到外框: bbox */
        FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &glyph_bbox);

        /* 更新外框 */
        if ( glyph_bbox.xMin < bbox.xMin )
            bbox.xMin = glyph_bbox.xMin;

        if ( glyph_bbox.yMin < bbox.yMin )
            bbox.yMin = glyph_bbox.yMin;

        if ( glyph_bbox.xMax > bbox.xMax )
            bbox.xMax = glyph_bbox.xMax;

        if ( glyph_bbox.yMax > bbox.yMax )
            bbox.yMax = glyph_bbox.yMax;
        
        /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
        pen.x += slot->advance.x;
        pen.y += slot->advance.y;
    }

    /* return string bbox */
    *abbox = bbox;
}


int display_string(FT_Face     face, wchar_t *wstr, int lcd_x, int lcd_y)
{
    int i;
    int error;
    FT_BBox bbox;
    FT_Vector pen;
    FT_Glyph  glyph;
    FT_GlyphSlot slot = face->glyph;

    /* 把LCD坐标转换为笛卡尔坐标 */
    int x = lcd_x;
    int y = var.yres - lcd_y;

    /* 计算外框 */
    compute_string_bbox(face, wstr, &bbox);

    /* 反推原点 */
    pen.x = (x - bbox.xMin) * 64; /* 单位: 1/64像素 */
    pen.y = (y - bbox.yMax) * 64; /* 单位: 1/64像素 */

    /* 处理每个字符 */
    for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
    {
        /* 转换：transformation */
        FT_Set_Transform(face, 0, &pen);

        /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
        error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
        if (error)
        {
            printf("FT_Load_Char error\n");
            return -1;
        }

        /* 在LCD上绘制: 使用LCD坐标 */
        draw_bitmap( &slot->bitmap,
                        slot->bitmap_left,
                        var.yres - slot->bitmap_top);

        /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
        pen.x += slot->advance.x;
        pen.y += slot->advance.y;
    }

    return 0;
}


int main(int argc, char **argv)
{
    wchar_t *wstr = L"百问网www.100ask.net";

    FT_Library    library;
    FT_Face       face;
    int error;
    FT_BBox bbox;
    int font_size = 24;
    int lcd_x, lcd_y;

    if (argc < 4)
    {
        printf("Usage : %s <font_file> <lcd_x> <lcd_y> [font_size]\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    lcd_x = strtoul(argv[2], NULL, 0);      
    lcd_y = strtoul(argv[3], NULL, 0);      
    
    if (argc == 5)
        font_size = strtoul(argv[4], NULL, 0);      

    fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (fd_fb < 0)
    {
        printf("can't open /dev/fb0\n");
        return -1;
    }

    if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
    {
        printf("can't get var\n");
        return -1;
    }

    if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix))
    {
        printf("can't get fix\n");
        return -1;
    }

    line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
    pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
    screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
    fbmem = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
    if (fbmem == (unsigned char *)-1)
    {
        printf("can't mmap\n");
        return -1;
    }

    /* 清屏: 全部设为黑色 */
    memset(fbmem, 0, screen_size);

    error = FT_Init_FreeType( &library );              /* initialize library */
    
    error = FT_New_Face( library, argv[1], 0, &face ); /* create face object */

    FT_Set_Pixel_Sizes(face, font_size, 0);

    display_string(face, wstr, lcd_x, lcd_y);
    
    return 0;   
}

编译：

arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o show_line show_line.c -lfreetype

8.上机测试

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)：

./show_line ./simsun.ttc 10 200 80

如果实验成功，可以在 LCD 上看到一行文字“百问网 www.100ask.net”。

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