【物联网智能网关08】TinyGUI和WPF汉字显示技术比较

TinyGUI是我在2010上半年的时候，基于.NET Micro Framework系统开发的一个轻量级图形库，虽然TinyGUI运行需要的资源少，运行快，但是不支持汉字显示（如需显示汉字还是必须借助WPF本身的功能，这显然背离了TinyGUI占用资源少的设计初衷了）。另外物联网组态系统YFHMI，考虑到性能和资源问题，也是要选择TinyGUI库的，而汉字显示功能又必不可少，这一切都促使了TinyGUI支持汉字显示功能的实现。

关于TinyGUI相关的内容，我从2010年开始，陆陆续续已经写了四篇博文，分别是《为Cortex-M3打造轻量级TinyGUI》、《TinyGUI绘图示例》、《TinyGUI位图显示》和《让TinyGUI库支持模拟器》，有兴趣的网友可以看一看，这里就不全部介绍了，本文仅介绍汉字显示部分。

一个GB2312字库大概含7、8千汉字字符，最常用的16*16点阵的这种字库，大概需要300K的RAM空间。如果同时支持几种字体，RAM的需求量会非常大，这对小型嵌入式系统来说是非常不可取的，

.NET Micro Framwork系统正是基于这种考虑，推出了Tinyfnt字库，可以任意定制字库（相关介绍，请参见我写的博文《.Net Micro Framework研究—中文显示》、《Tinyfnt字体研究》和《中文显示(WPF方式)》）。

最初，我很自然的打算就是让TinyGUI借助Tinyfnt字库，进行汉字显示。没有想到事隔5年重新又深入研究tinyfnt字体结构，方明白tinyfnt的字体点阵内容原来就是一个单色大位图，并且每个字符的宽度是不确定的，在位图中存放的位置是紧凑格式，你很难根据一个简单的算法，计算出第n个字符是位图上的那一个区域。此外WPF的实现相关代码太多和琐碎，你难以从现有的代码中进行提取和剥离，换句话说，你想用TinyGUI显示汉字，TinyCLR还得需要集成WPF绝大数代码。

由于我以前在DOS系统下有过汉字显示相关的开发经验，所以又想利用这类技术进行汉字显示（其实目前的很多嵌入式系统，都是采用类似的技术进行汉字显示的，不过有些汉字点阵信息被预先转换为C语言格式的数组了），我当时做的毕业设计，就是在这个这个技术的基础上，实现了图书管理系统（基于DOS平台，BC3.2开发，可以参见我的博文《99年毕业设计获优的程序－图书管理程序》）。

不过很不幸的是，UCDOS下的汉字库是用区位码进行定位的，而.NET Micro Framework上的应用程序传入的字符串是UTF8编码的（底层C++代码需要自行对UTF8进行解码为Unicode代码），而区位码和Unicode编码是没有相关性的，没有一个简单统一的公式，进行二者的换算，如果非要进行转换，那只有查表这一个途径了，这将大大增加对RAM的需求量。另外UCDOS下的汉字库本身只含汉字信息，ASCII相关字符点阵信息，还需要另外的字库。

这里补充说明一下：在C++开发层面，ARM编辑器对字符串有两种编码格式，一种就是内码（针对汉字来说高低字节分别减去0xA0，就是区位码了），另外一种就是Unicode编码。比如如下的代码：

char *s1="abc叶帆科技";

wchar_t *s2=L"abc叶帆科技";

BYTE *p1=(BYTE *)s1,*p2=(BYTE *)s2;

for(int i=0;i<11;i++)

{

   debug_printf("%02X ",*p1++);

}

debug_printf("\r\n");

for(int i=0;i<14;i++)

{

   debug_printf("%02X ",*p2++);

}

debug_printf("\r\n");

其输出信息为：

 目前大部分嵌入式系统为了实现简单，都是基于内码进行汉字显示的，这就有一个问题，产品如需支持多语言环境，比如同时显示繁体和简体就很实现。但是采用Unicode编码的字符集，就没有这类问题。

所以我最终决定还是自己做一个支持Unicode编码的点阵字库生成程序，生成的字库不仅支持汉字，也支持ASCII，且ASCII字符的宽度仅是汉字的一半，这样就非常有利于文字显示排版。而且和.NET Micro Framework的Tinyfnt字库一样，用户可以自定义字库的内容（这样如果需要显示的汉字不多，字库就会很小）。

另外考虑到UCDOS字库专门为点阵字库而做，其显示效果要比我们直接从矢量字库转换的点阵字库要漂亮的多，所以程序又添加了一个功能，如果字体名称选择了宋体、黑体、楷体和仿宋则会自动出现一个UCDOS选项，勾选这个选项，则点阵信息直接从UCDOS字库中提取。

下面就从字库大小、显示效果、加载方式和显示效率等四个方面和WPF汉字显示进行比较。

1字库大小比较

字符集：GB2312 + ASCII，字符数：7587

字库点阵	Tinyfnt实际大小	Tinyfnt（修正）	YFTF	备注
12*12	12*10：190k	228k	207k	宋体
16*16	16*14：283k	323k	308k	宋体
24*24	24*20：523k	627k	562k	宋体

注：（1）、windows字体中，所谓的字体大小的单位不是像素(px)，而是点（pt）：1px=3/4pt。比如12像素大小的字体，其实和9号字体相同。

（2）、windows字体转换为tinyfnt字体的时候，发现很难转换成正方形字体，比如9号字体转换为12像素的字体的时候，无论怎么调整宽度数，好像很难调整到12*12，默认的字体平均宽度是10，所以比较字体库大小的时候，才会出现一个修正大小的项。

从上表可以看出，如果点阵大小完全相同，tinyfnt字体库的大小是大于yftf字体库的大小的。原因是tinyfnt字体库不仅包含unicode编码和字体点阵信息，还包括了每一个字的左右偏移信息（因为tinyfnt字库，字体可以不等宽），所以理应比yftf字体库要大一些。 

（从上图可以看出 tinyfnt的字体存储的比较紧凑）。

2字库显示效果

为了便于比较明显的比较出点阵字体效果差异，我们选择24*24的点阵字库进行比较，也包含了UCDOS的HZK24。 

从比较的结果看，显然ucdos汉字库下提供字体更为漂亮（毕竟是专门为点阵字库而设计）。Yftf字库生成工具可以直接借用ucdos的点阵数据（生成的时候，记得勾选ucdos选项即可）。

3加载方式

（1）、WPF标准汉字显示程序如下：

    dc.DrawText("叶帆工作室[YFSoft]", Resources.GetFont(Resources.FontResources.z_12), c, 5, 25);

    dc.DrawText("叶帆工作室[YFSoft]", Resources.GetFont(Resources.FontResources.MS_16), c, 5, 45);

    dc.DrawText("叶帆工作室[YFSoft]", Resources.GetFont(Resources.FontResources.l_24), c, 5, 65);

从以上代码可以看出，WPF的字体文件必须放在资源文件中，如果你用了一个16点阵的全字库，你的pe文件就会非常大，并且每次调试你都需要重新部署到设备中去，比较耗费时间。

（2）、TinyGUI字体库加载方式有两种，一种和WPF一样，把字体库文件放到资源文件中（字体比较少的字体库，比较适合放在资源文件中），另一种就是指定字体库在NandFlash中的地址和大小，这种方式只要部署一次就OK了，比较适合全字库方式。

第一种方式相关的代码如下：

UInt32 font24= Graphics.LoadFont(Resources.GetBytes(Resources.BinaryResources.Song24yf));

    Graphics.DrawString(10, 10, "叶帆科技ABC", Color.Red, font24);

第二种方式的相关代码如下：

    UInt32 song12 = Graphics.LoadFont(0x01480000, 0x3397C);

    UInt32 song16 = Graphics.LoadFont(0x01480000 + 0x3397C, 0x4CE40);

    UInt32 song24 = Graphics.LoadFont(0x01480000 + 0x807BC, 0x8C76C);

    Graphics.DrawString(10, 60, "叶帆科技ABC", Color.Green, song12);

    Graphics.DrawString(10, 80, "叶帆科技ABC", Color.Blue, song16);

    Graphics.DrawString(10, 110, "叶帆科技ABC", Color.White, song24);

不过在运行该代码之前，需要用YFAccessFlash工具把相关字体部署到【UserData】NandFlash区，如下图所示： 

4显示效率

我们进行两种方式的比较，一种是小字库字体显示的速度比较，另一种是全字库字体显示的速度比较。

相关测试代码如下：

 

  Graphics.Clear(Color.Black);

    UInt32 font16yf = Graphics.LoadFont(Resources.GetBytes(Resources.BinaryResources.Song16yf));

    Font font16mf = Resources.GetFont(Resources.FontResources.song16mf);

    Microsoft.SPOT.Presentation.Media.Color c = Microsoft.SPOT.Presentation.Media.Color.White;

    Bitmap bmp = new Bitmap(320, 240);

 

    DateTime t = DateTime.Now;

    for (int i = 0; i < 1000; i++)

    {

        bmp.DrawText("叶帆科技ABC", font16mf, c, 10, 10);

        bmp.Flush(10, 10, 96, 16);

    }

    TimeSpan ts = DateTime.Now - t;

    Debug.Print("time=" + (ts.Seconds * 1000 + ts.Milliseconds).ToString()+"ms");

 

    t = DateTime.Now;

    for (int i = 0; i < 1000; i++)

    {

        Graphics.DrawString(10, 30, "叶帆科技ABC", Color.Red, font16yf);

    }

    ts = DateTime.Now - t;

    Debug.Print("time=" + (ts.Seconds * 1000 + ts.Milliseconds).ToString() + "ms");

    显示性能比较表：

类型	精简字库	全字库（GB2312）	备注
WPF	1886ms	1910ms	仅刷新字体区
TinyGUI	880ms	904ms	直接操作显存

    

精简字库：1886/880 = 2.14

全字库：1910/904 = 2.11

从上表可以很清楚的看出，TinyGUI显示汉字的性能是WPF方式的两倍以上。

5 TinyGUI汉字显示操作流程简介

 （1）、使用YFTinyFont制作yftf字库文件

（2）、把字库写入NandFlash 【UserData】区或添加到资源中

（3）、编程显示汉字

    UInt32 hwcy48 = Graphics.LoadFont(Resources.GetBytes(Resources.BinaryResources.hwcy48));

     Graphics.DrawString(10, 80, "叶帆科技ABC", Color.White, hwcy48);

     UInt32 hwhp48 = Graphics.LoadFont(Resources.GetBytes(Resources.BinaryResources.hwhp48));

     Graphics.DrawString(10, 132, "叶帆科技ABC", Color.White, hwhp48);

     UInt32 fzst48 = Graphics.LoadFont(Resources.GetBytes(Resources.BinaryResources.fzst48));

     Graphics.DrawString(10, 184, "叶帆科技ABC", Color.White, fzst48);

显示效果图如下： 

除了为TinyGUI增加了直接显示汉字的功能外，还添加了触摸屏事件的支持，下一篇博文将介绍TinyGUI触摸屏功能的相关内容，敬请期待。

注意：为了正常运行本实例，物联网智能网关固件版本需要升级到V1.7.16以上，（如果你当前TinyCLR版本低于V1.7.15以下，TinyBooter也需要同步升级）。

固件下载地址：http://www.sky-walker.com.cn/MFRelease/firmware/MFv42_YF_Wisteria207.rar

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源码下载：http://www.sky-walker.com.cn/MFRelease/Sample/TinyGUITestHZ.rar

MF简介：http://blog.csdn.net/yefanqiu/article/details/5711770

MF资料：http://www.sky-walker.com.cn/News.asp?Id=25