OLED（3）字库篇

1 显示图片

1.1 图片取模

• 1）生成 bmp 点位图

  • （1）找到一张图片，在 PS（在线 PS：https://www.photopea.com/） 中打开：

  

  • （2）二值化处理：图像 -> 调整 -> 阈值，调整阈值

  

  • （3）大小调整：图像 -> 图像大小，调整到最大不能超过 64 x 64
  • （4）导出 bmp：文件 -> 导出为 -> 更多 -> bmp
• 2）打开 bmp 图像：
• （1）打开 “PCtoLCD2002完美版” 软件
• （2）打开 bmp 图像：如果打开失败，就把图片用 Windows “画图” 软件重新另存一下。

• 3）取模：记得选择 “阳码”，要不太丑了。

2 字符集与编码

2.1 字符编码

• 1）字符集：顾名思义，字符的集合。比如将一副中国象棋随意放置在棋盘上。
• 2）编码：按照一定的规则给字符集排序。这里的规则即为编码方式，同一个汉字可以有 GB2312、GBK、GB18010，还可以有 UTF-8、UTF-16、UTF-32 编码方式。就好像我们人为规定中国象棋上棋子的位置，这样当我们指定一个位置时，就可以取到已知的棋子。

2.2 ASCII

• 1）ASCII：1 个字节，其中 32~127 表示空格、数字、标点、字母等可显示字符

2.3 中文编码

2.3.1 GB2312 标准

• 1）GB2312 标准：

  • （1）小于 0x7F 的编码仍旧为 ASCII
  • （2）取消 0x7F 到 255 的扩展字符集
  • （3）两个大于 0x7F 的字节连在一起表示一个汉字，其中字节的取值范围为 0xA1 ~ 0xFE，可以表示 7000+ 符号，其中汉字 6763 个
  • （4）ASCII 里面原本有的数字、字母等也重新编码成 2 个字节，即 “全角” 字符

• 2）区位码：GB2312 编码对收录字符进行了 “分区” 处理

  • （1）一共 94 个区，每区 94 个位，一共 8836 个码位
  • （2）GB2312 编码实现：高字节对应 94 个区，低字节对应 94 个位；则 GB2312 的区位码范围为 0101 ~ 9494。同时为兼容 ASCII，区号和位号分别加上 0xA0 偏移，即 0xA1A1 ~ 0xFEFE。
  • （3）汉字的编码范围为 0xB0A1 ~ 0xF7FE。高字节0xB0 ~ 0xF7(区号 16 ~ 87)，低字节 0xA1 ~ 0xFE(区号 01 ~ 94)
  • （4）“啊” 字位于 16 区的 01 位，则其区位码为 1601，加上 0xA0 偏移后为 0xB0A1

• 3）码位示意图：

  • 当生成字库时，要注意 0xXXA0、0xXXFF 要直接跳过，0xD7FA~0xD7FE 要设置占位数据
    

• 4）GB2312 字符集：https://www.toolhelper.cn/Encoding/GB2312

2.3.2 GBK 编码

• 1）GBK 编码方式：在 GB2312 标准上增加 14240 个新汉字（包括Big5）和符号

• 2）GBK 编解码：

  • 编码：不再要求低字节编码必须大于 0x7F，只要高字节大于 0x7F 即可。这样即可兼容 ASCII 和 GB2312 标准
  • 解码：按字节遍历字符串，当遇到一个字符大于 0x7F 时，就再读取它后面的一个字符，两个字符合起来，用 GBK 解码。
• 3）码位示意图：

• 4）GBK 字符集：https://www.toolhelper.cn/Encoding/GBK

2.3.3 GB18030

• 1） GB18030 的编码使用 4 个字节，它利用前面标准中的第 2 个字节未使用的 “0x30-0x39” 编码表示扩充四字节的后缀，兼容 GBK、 GB2312 及 ASCII 标准。

2.4 Unicode 字符集和编码

• 1）Unicode 字符集：国际标准化组织（ISO）舍弃地区性方案，重新给全球所有文化使用的符号进行编号，对每一个字符指定唯一的编号（ASCII 字符编号不变），编号从 0x000000 到 0x10FFFF，称为 Unicode。
• 2）Unicode 字符集只是对字符进行编号，但没有指定对字符的编码，常见的编码方式有 UTF-32、UTF-16、UTF-8。

2.4.1 UTF-32

• 1）Unicode 字符集每个字符都用 4 个字节来表示。

  • 不兼容 ASCII
  • 浪费存储空间，大量常用字符只需要 2 个字节就能表示。
  • 存储时需要指定字节顺序

2.4.2 UTF-16

• 1）用 2 个或 4 个字节表示。

  • 0 ~ 0xFFFF 使用 2 个字节表示
  • 将 0xD800 ~ 0xDBFF 映射到 Unicode 字符集中编号超出 0xFFFF 的字符
• 2）解码：读取两个字节，如果不在 0xD800 ~ 0xDBFF，则以双字节解析，找到对应编号的字符；如果在，则以 4 字节解析
• 3）节约空间。但仍然不兼容 ASCII，仍有大小端格式

2.4.3 UTF-8

• 1）变长：1、2、3、4 字节长度

• 2）编码方式：

  • （1）单字节：最高位为 1，其余位表示 Unicode 编号。即对于 Unicode 编号为 0x0000000 ~ 0x0000007F 的字符，UTF-8 只需要 1 个字节，兼容 ASCII
  • （2）N 个字节：最高字节的前 N 位为 1，第 N+1 位为 0；其它字节前两位为 10；剩余的 N 个字节的其余空位填充 Unicode 编号。

Unicode	UTF-8
编号范围	第一字节	第二字节	第三字节	第四字节	第五字节
0000 0000 - 0000 007F	0xxx xxxx
0000 0080 - 0000 07FF	110x xxxx	10xx xxxx
0000 0800 - 0000 FFFF	1110 xxxx	10xx xxxx	10xx xxxx
0001 0000 - 0010 FFFF	1111 0xxx	10xx xxxx	10xx xxxx	10xx xxxx
0020 0000 - 03FF FFFF	1111 10xx	10xx xxxx	10xx xxxx	10xx xxxx	10xx xxxx

• 3）解码：

  • 如果第一个字节 >> 7 为 0，则以单字节解析
  • 如果第一个字节 >> 5 为 0b110，则以双字节解析
  • 如果第一个字节 >> 4 为 0b1110，则以三字节解析
  • 如果第一个字节 >> 3 为 0b11110，则以四字节解析

3 字库 DIY

• 参考：

  • https://www.bilibili.com/read/cv17325269/
  • https://blog.csdn.net/Joseph__Lagrange/article/details/118021733
  • https://blog.csdn.net/bitslink/article/details/137418422

3.1 生成字库

在编写 OLED 驱动时，需要以 “纵向，先上下后左右，低位在前” 的方式制作 Unicode 和 GBK 编码字库，市面上有不少生成字库的软件，没有找到合适的。

• 1）源码地址：https://gitee.com/luyaocf/oled_font_library.git

  基于 Python 开发，可以下载下来定制化运行，也可以下载我打包的发行版。软件界面如下：

原理简要说明：

• （1）字符的编码可以理解成整数，如 “路” 在 GBK 编码中为 0xC2B7。那么我们以指定的编码 GBK、大小端的将该整数转换为汉字即可。遍历 GBK 编码的范围的所有整数即可得到所有的 GBK 编码汉字（记得剔除掉其中未编码的数，如 GBK 中的 0xXX7F, 0xXXFF 等位置。）

• （2）以指定的像素大小（如 16x16）生成一张图片，然后将指定汉字显示到上面，再对图片进行二值化处理（有内容的像素点为 1，无内容的像素点为 0），最后生成一个字节数组。

  • 显示汉字到图片上时可以指定字体，如宋体、楷体等（我试过，只有宋体能看）
  • 图片二值化后生成的 16x16 字节数组如下，看出什么字没有^_-

• （3）根据指定的显示方式（先左右还是先上下，高位在前还是低位在前，纵向还是横向等），将上述的字节数组转换成点阵数组。

  • 转换时要注意，字节数组每个字节只表示一个像素，而且是横向保存的。如果显示方式是纵向，要注意遍历方式。

3.2 烧录到 W25Qxx

制作的字节在电脑本地，怎么让单片机使用呢？写入到单片机可访问的板上存储器件即可。这里我选择通过 SDCard 写入到板上 W25Q64 中。

• 1）字库地址分配（8M 的 W25Q64）

  • Unicode 的范围，0x4E00 ~ 0x9FFF，约 2 万个汉字
  • GB2312 的范围，0xB0A1 ~ 0xF7FE，约 6700 个常用汉字

W25Q64 地址	字符	点阵大小
0x007FF000 ~ 0x0068D000	unicode 24	1480k(0x00172000)
0x0068D000 ~ 0x005E8000	unicode 16	660k(0x000A5000)
0x005E8000 ~ 0x0056B000	unicode 12	500k(0x0007D000)
0x0056B000 ~ 0x003C4800	gbk 24	1690k(0x001A6800)
0x003C4800 ~ 0x00309000	gbk 16	750k(0x000BB800)
0x00309000 ~ 0x0027A800	gbk 12	570k(0x0008E800)
0x0027A800 ~ 0x001E9800	gb2312 24	580k(0x00091000)
0x001E9800 ~ 0x001A8800	gb2312 16	260k(0x00041000)
0x001A8800 ~ 0x00176800	gb2312 12	200k(0x00032000)

total font_lib_size: 6.53MB(0x00688800)

• 2）源码地址：https://gitee.com/luyaocf/demo-jlc_stm32f407_fontlib.git

  • 该程序基于嘉立创天空星 STM32F407，其它芯片请自行移植。
  • 将字库文件放置到 SDCard 的根目录，上电，等待绿色 LED 闪烁即表示字库复制完成，也可连接串口线观察烧录日志。

• 参考：

  • https://blog.csdn.net/a390478024/article/details/126779849
  • https://blog.csdn.net/xuan530482366/article/details/123713602