freetype学习总结
freetype学习总结
目录
- freetype学习总结
- 1. LCD显示字符问题引入
- 2. freetype概念
- 2.1 嵌入式设备使用FreeType的方法步骤
- 2.2 嵌入式设备使用FreeType的注意事项
- 3. freetype官方C示例
- 3.1 example1.c源码
- 4. 嵌入式设备上使用FreeType的简单示例
- 4.1 简单示例代码
- 4.2 代码分析
- 5. 交叉编译freetype
- 5.1 确定头文件、库文件在工具链中的目录
- 5.2 交叉编译、安装libpng
- 5.3 交叉编译、安装freetype
- 6. 使用freetype在LCD显示矢量字体
- 6.1 在LCD上显示一个矢量字体
- 6.1.1 使用wchar_t获得字符的UNICODE值
- 6.1.2 使用freetype得到位图
- 6.1.3 在屏幕上显示位图
- 6.1.4 交叉编译代码
- 6.1.5 测试
- 6.2 在LCD上令矢量字体旋转某个角度
- 6.2.1 代码分析
- 6.2.2 交叉编译代码
- 6.2.3 测试
- 6.3 使用freetype显示一行文字
- 6.3.1 使用freetype显示一行文字的方法
- 6.3.1.1笛卡尔坐标系
- 6.3.1.2 每个字符的大小可能不同
- 6.3.1.3 在指定位置显示一行文字
- 6.3.1.4 freetype的几个重要数据结构
- 6.3.2 使用freetype显示一行文字源码
- 6.3.3 代码分析
- 6.3.3.1 计算一行文字的外框
- 6.3.3.2 调整原点并绘制
- 6.3.4 交叉编译代码
- 6.3.5 测试
基于韦东山IMX6ULL开发板和配套资料中LCD屏幕学习
freetype库资料包：开源的字体引擎库 freetype 和字体文件 simsun.ttc，资料包括：
1、freetype-2.10.2.tar.xz
2、freetype-doc-2.10.2.tar.xz
3、libpng-1.6.37.tar.xz
4、zlib-1.2.11.tar.gz
5、simsun.ttc文件，freetype可以直接使用
freetype 依赖于 libpng， libpng 又依赖于 zlib，所以我们应该：先编译安装 zlib，再编译安装 libpng，最后编译安装 freetype。 但是，有些工具链里有 zlib, 那就不用编译安装 zlib。
freetype官方文档：FreeType Documentation
1. LCD显示字符问题引入
在使用字库点阵的方式在LCD上显示英文字母、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：
- 确定关键点
- 使用数学曲线（贝塞尔曲线）连接头键点
- 填充闭合区线内部空间
以字母“A”为例，它的的关键点如图中的黄色所示：
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，如图所示：
最后把封闭空间填满颜色，就显示出一个A字母，如图所示：
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。
在嵌入式设备上移植开源的字体渲染引擎freetype，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。
2. freetype概念
FreeType是一个开源的字体渲染引擎，它能够加载和渲染多种格式的字体文件，如TrueType(.ttf)、OpenType(.otf)等。FreeType提供了一组API来处理字体数据，包括字符的加载、渲染以及获取字符的各种信息（例如字形边界框、位图等）。它被广泛应用于各种需要显示文本的应用程序中，尤其是在那些需要高质量文本渲染的地方。
2.1 嵌入式设备使用FreeType的方法步骤
- 安装 FreeType 库：
- 下载FreeType源码。
- 配置并编译FreeType以适应你的目标平台。
- 将编译好的库文件和头文件部署到你的开发环境中。
- 编写代码：
- 初始化FreeType库。
- 加载字体文件。
- 设置字体大小。
- 渲染指定的字符或字符串。
- 处理渲染后的位图数据。
- 清理资源。
- 集成到图形系统：
- 根据你的嵌入式系统的图形库（如SDL,OpenGL ES,或者自定义的绘图函数），将渲染后的位图绘制到屏幕上。
2.2 嵌入式设备使用FreeType的注意事项
- 内存限制：嵌入式设备可能有严格的内存限制，因此要确保 FreeType 的配置和使用不会占用过多内存。
- 性能优化：根据嵌入式设备的性能特性，对 FreeType 的使用进行优化，比如选择合适的字体大小和渲染选项。
- 字体文件大小：考虑存储空间限制，选择合适大小的字体文件。
- 跨平台兼容性：确保 FreeType 的编译设置与你的目标硬件平台兼容。
3. freetype官方C示例
3.1 example1.c源码
/* example1.c */
/* */
/* This small program shows how to print a rotated string with the */
/* FreeType 2 library. */#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H#define WIDTH 640
#define HEIGHT 480/* origin is the upper left corner */
unsigned char image[HEIGHT][WIDTH];/* Replace this function with something useful. */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;/* for simplicity, we assume that `bitmap->pixel_mode' *//* is `FT_PIXEL_MODE_GRAY' (i.e., not a bitmap font) */for ( i = x, p = 0; i < x_max; i++, p++ ){for ( j = y, q = 0; j < y_max; j++, q++ ){if ( i < 0 || j < 0 ||i >= WIDTH || j >= HEIGHT )continue;image[j][i] |= bitmap->buffer[q * bitmap->width + p];}}
}void
show_image( void )
{int i, j;for ( i = 0; i < HEIGHT; i++ ){for ( j = 0; j < WIDTH; j++ )putchar( image[i][j] == 0 ? ' ': image[i][j] < 128 ? '+': '*' );putchar( '\n' );}
}int
main( int argc,char** argv )
{FT_Library library;FT_Face face;FT_GlyphSlot slot;FT_Matrix matrix; /* transformation matrix */FT_Vector pen; /* untransformed origin */FT_Error error;char* filename;char* text;double angle;int target_height;int n, num_chars;if ( argc != 3 ){fprintf ( stderr, "usage: %s font sample-text\n", argv[0] );exit( 1 );}filename = argv[1]; /* first argument */text = argv[2]; /* second argument */num_chars = strlen( text );angle = ( 25.0 / 360 ) * 3.14159 * 2; /* use 25 degrees */target_height = HEIGHT;error = FT_Init_FreeType( &library ); /* initialize library *//* error handling omitted */error = FT_New_Face( library, filename, 0, &face );/* create face object *//* error handling omitted *//* use 50pt at 100dpi */error = FT_Set_Char_Size( face, 50 * 64, 0,100, 0 ); /* set character size *//* error handling omitted *//* cmap selection omitted; *//* for simplicity we assume that the font contains a Unicode cmap */slot = face->glyph;/* 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 );/* the pen position in 26.6 cartesian space coordinates; *//* start at (300,200) relative to the upper left corner */pen.x = 300 * 64;pen.y = ( target_height - 200 ) * 64;for ( n = 0; n < num_chars; n++ ){/* set transformation */FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen );/* load glyph image into the slot (erase previous one) */error = FT_Load_Char( face, text[n], FT_LOAD_RENDER );if ( error )continue; /* ignore errors *//* now, draw to our target surface (convert position) */draw_bitmap( &slot->bitmap,slot->bitmap_left,target_height - slot->bitmap_top );/* increment pen position */pen.x += slot->advance.x;pen.y += slot->advance.y;}show_image();FT_Done_Face ( face );FT_Done_FreeType( library );return 0;
}/* EOF */4. 嵌入式设备上使用FreeType的简单示例
4.1 简单示例代码
在嵌入式设备上使用FreeType来加载字体并渲染字符 “A”，然后假设你有一个自定义的绘图函数draw_pixel来在屏幕上绘制点。
代码：
#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 假设这是你的绘图函数
void draw_pixel(int x, int y, unsigned char color) {// 实现具体的绘图逻辑// 这里只是一个示例printf("Draw pixel at (%d, %d) with color %u\n", x, y, color);
}int main() {FT_Library ft;if (FT_Init_FreeType(&ft)) {fprintf(stderr, "Could not init FreeType Library\n");return 1;}FT_Face face;if (FT_New_Face(ft, "/path/to/your/fontfile.ttf", 0, &face)) {fprintf(stderr, "Could not open font\n");return 1;}FT_Set_Pixel_Sizes(face, 0, 24);if (FT_Load_Char(face, 'A', FT_LOAD_RENDER)) {fprintf(stderr, "Could not load character 'A'\n");return 1;}FT_Bitmap bitmap = face->glyph->bitmap;int width = bitmap.width;int height = bitmap.rows;unsigned char* buffer = bitmap.buffer;for (int y = 0; y < height; ++y) {for (int x = 0; x < width; ++x) {if (buffer[y * width + x] > 0) {int screen_x = 100 + x;int screen_y = 100 + y;draw_pixel(screen_x, screen_y, 255);}}}FT_Done_Face(face);FT_Done_FreeType(ft);return 0;
}
4.2 代码分析
代码分析参考官方freetype教程：
- 包含必要的头文件：
#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
- 初始化FreeType库：
FT_Library ft;
if (FT_Init_FreeType(&ft)) {fprintf(stderr, "Could not init FreeType Library\n");exit(1);
}
- 加载字体文件：
FT_Face face;
if (FT_New_Face(ft, "/path/to/your/fontfile.ttf", 0, &face)) {fprintf(stderr, "Could not open font\n");exit(1);
}
- 设置字体大小：
FT_Set_Pixel_Sizes(face, 0, 24); // 设置为24像素高
- 加载置顶字符：
if (FT_Load_Char(face, 'A', FT_LOAD_RENDER)) {fprintf(stderr, "Could not load character 'A'\n");exit(1);
}
- 获取位图信息：
FT_Bitmap bitmap = face->glyph->bitmap;
int width = bitmap.width;
int height = bitmap.rows;
unsigned char* buffer = bitmap.buffer;
- 绘制位图：
// 假设 draw_pixel(x, y, color) 是绘图函数
for (int y = 0; y < height; ++y) {for (int x = 0; x < width; ++x) {if (buffer[y * width + x] > 0) { // 如果像素不透明int screen_x = 100 + x; // 假设起始位置是 (100, 100)int screen_y = 100 + y;draw_pixel(screen_x, screen_y, 255); // 使用白色绘制}}
}
- 清理资源：
FT_Done_Face(face);
FT_Done_FreeType(ft);
5. 交叉编译freetype
freetype 依赖于 libpng， libpng 又依赖于 zlib，所以我们应该：先编译安装 zlib，再编译安装 libpng，最后编译安装 freetype。 但是，有些工具链里有 zlib, 那就不用编译安装 zlib。文章开头资料包中包含需要的库。
基于IMX6ULL开发板验证，使用对于的工具链对freetype交叉编译。
5.1 确定头文件、库文件在工具链中的目录
先设置交叉编译工具链：
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin
IMX6ULL开发板为例，它的工具链是arm-buildroot-linuxgnueabihf-gcc，可以执行以下命令：
echo 'main(){}' | arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -E -v -
可以确定头文件的系统目录为：
/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin/../lib/gcc/arm-buildroot-linux-gnueabihf/7.5.0/include
库文件的系统目录为：
/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin/../lib/gcc/arm-buildroot-linux-gnueabihf/7.5.0/../../../../arm-buildroot-linux-gnueabihf/lib
5.2 交叉编译、安装libpng
先把freetype-2.10.2.tar.xz 、freetype-doc-2.10.2.tar.xz 、libpng-1.6.37.tar.xz 、zlib-1.2.11.tar.gz库的压缩文件上传到Ubuntu：
freetype依赖于libpng，所以需要先编译、安装libpng。命令如下：
tar xJf libpng-1.6.37.tar.xz
cd libpng-1.6.37/
./configure --host=arm-buildroot-linux-gnueabihf --prefix=$PWD/tmp
make
make install
cd tmp
cp include/* -rf /home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin/../lib/gcc/arm-buildroot-linux-gnueabihf/7.5.0/include
cp lib/* -rfd /home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin/../lib/gcc/arm-buildroot-linux-gnueabihf/7.5.0/../../../../arm-buildroot-linux-gnueabihf/lib
5.3 交叉编译、安装freetype
命令如下：
tar xJf freetype-2.10.2.tar.xz
cd freetype-2.10.2
./configure --host=arm-buildroot-linux-gnueabihf -prefix=$PWD/tmp
make
make install
cd tmp
cp include/freetype2/* -rfd /home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin/../lib/gcc/arm-buildroot-linux-gnueabihf/7.5.0/include
cp lib/* -rfd /home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin/../lib/gcc/arm-buildroot-linux-gnueabihf/7.5.0/../../../../arm-buildroot-linux-gnueabihf/lib
6. 使用freetype在LCD显示矢量字体
freetype使用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。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，可以在资料包中下载。
.ttf 和 .ttc 文件都是字体文件格式，但它们之间存在一些关键的区别：
- .ttf (TrueType Font)
- TrueType 字体是一种常见的计算机字体类型，由苹果公司和微软共同开发。
- 这种格式的字体文件通常包含一个单独的字体样式。例如，你可能会有一个文件用于常规样式，另一个文件用于粗体样式等。
- .ttf 文件可以跨平台使用，在 Windows、macOS 以及许多其他操作系统上都可以被支持。
- .ttc (TrueType Collection)
- TrueType Collection 是一种特殊的字体文件格式，它允许将多个 TrueType 字体打包到一个单一的文件中。
- 在 TTC 文件内，你可以找到多个字体变体（如常规、斜体、粗体等），这有助于减少文件大小并提高加载效率，因为相关联的字体数据会被共享。
- 使用 TTC 可以节省磁盘空间，并且在某些情况下可以加快字体加载速度，因为它减少了需要读取的文件数量。
.ttf 文件是单个字体样式的标准容器，而 .ttc 文件则是一个更高效的格式，能够在一个文件中封装多款相关的字体样式。对于用户而言，安装 .ttc 文件就像安装普通的 .ttf文件一样简单，但是背后的数据结构更为紧凑和优化。
freetype对.ttf和.ttc字体格式都支持：
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。
一个文字的显示过程可以概括如下（参考4.2 代码分析）：
- 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
6.1 在LCD上显示一个矢量字体
在LCD上显示一个矢量字体的源码：
#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_Hint 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;if (argc < 2){printf("Usage : %s <font_file> [font_size]\n", argv[0]);return -1;}if (argc == 3)font_size = strtoul(argv[2], 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 transformation *///FT_Set_Transform( face, 0, &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;
}6.1.1 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：
char *str = “中”;
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：
01 #include <stdio.h>
02 #include <string.h>
03 #include <wchar.h>
04
05 int main( int argc, char** argv)
06 {
07 wchar_t *chinese_str = L"中 gif";
08 unsigned int *p = (wchar_t *)chinese_str;
09 int i;
10
11 printf("sizeof(wchar_t) = %d, str's Uniocde: \n", (int)sizeof(wchar_t));
12 for (i = 0; i < wcslen(chinese_str); i++)
13 {
14 printf("0x%x ", p[i]);
15 }
16 printf("\n");
17
18 return 0;
19 }
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：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
6.1.2 使用freetype得到位图
使用 freetype 得到一个字符的位图，需要 4 个步骤：
-
初始化freetype库
158 error = FT_Init_FreeType( &library ); /* initialize library */ -
加载字体文件，保存在&face中
161 error = FT_New_Face( library, argv[1], 0, &face ); /* create face object */ 162 /* error handling omitted */ 163 slot = face->glyph;第 163 行是从 face 中获得 FT_GlyphSlot，后面的代码中文字的位图就是保存在 FT_GlyphSlot 里。
-
设置字体大小
165 FT_Set_Pixel_Sizes(face, font_size, 0); -
根据编码值得到位图
使用 FT_Load_Char 函数，就可以实现这 3 个功能：
- 根据编码值获得 glyph_index： FT_Get_Char_Index
- 根据 glyph_idex 取出 glyph： FT_Load_Glyph
- 渲染出位图： FT_Render_Glyph
175 /* load glyph image into the slot (erase previous one) */ 176 error = FT_Load_Char( face, chinese_str[0], FT_LOAD_RENDER );执行 FT_Load_Char 之后，字符的位图被存在 slot->bitmap 里，即 face->glyph->bitmap。
6.1.3 在屏幕上显示位图
位图里的数据格式是怎样的？参考 3.1 example1.c 的代码，可以得到下图：
在屏幕上显示出这些位图：
183 draw_bitmap( &slot->bitmap,
184 var.xres/2,
185 var.yres/2);
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：
6.1.4 交叉编译代码
IMX6ULL使用如下命令编译：
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o freetype_show_font freetype_show_font.c -lfreetype
如果提示以下错误：
freetype_show_font.c:12:10: fatal error: ft2build.h: No such file or directory#include <ft2build.h>^~~~~~~~~~~~
compilation terminated.
之前编译出 freetype 后，得到的 ft2build.h 是位于 freetype2 目录里，把整个 freetype2 目录复制进了工具链里。
但是包括头文件时，用的是“ #include <ft2build.h>”，要么改成：
#include <freetype2/ft2build.h>
要么把工具链里 incldue/freetype2/*.h 复制到上一级目录，使用这种方法：跟 freetype 文档保持一致。执行以下命令：
cd /home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin/../lib/gcc/arm-buildroot-linux-gnueabihf/7.5.0/include
mv freetype2/* ./
再次执行以下命令：
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o freetype_show_font freetype_show_font.c -lfreetype
6.1.5 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
或者
./freetype_show_font ./simsun.ttc 300
6.2 在LCD上令矢量字体旋转某个角度
在LCD上令矢量字体旋转某个角度源码：
#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_Hint 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LCD上令矢量字体旋转某个角度源码“和“在LCD上显示一个矢量字体的源码”对比：
6.2.1 代码分析
6.2.2 交叉编译代码
IMX6ULL使用如下命令编译：
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o freetype_show_font_angle freetype_show_font_angle.c -lfreetype -lm
6.2.3 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
6.3 使用freetype显示一行文字
6.3.1 使用freetype显示一行文字的方法
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)。
6.3.1.1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。
从下图可知， 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)。
6.3.1.2 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。
freetype 字体的尺寸(freetype Metrics)，参考 4.2 代码分析中官方freetype教程中“Managing Glyphs”教程：
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这些信息：
6.3.1.3 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。
如下图，在指定位置(x, y)显示一行文字：
- 先指定第 1 个字符的原点 pen 坐标为(0, 0)，计算出它的外框
- 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’)
- 想在(x, y)处显示这行文字，调整一下 pen 坐标即可。 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’)
6.3.1.4 freetype的几个重要数据结构
参考4.2代码分析中官方freetype文档
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 */
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 */
FT_GlyphSlot：
插槽？用来保存字符的处理结果：比如转换后的 glyph、位图，如下图：
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 */
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);
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 );
示例代码：
6.3.2 使用freetype显示一行文字源码
#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_Hint 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;
}6.3.3 代码分析
6.3.3.1 计算一行文字的外框
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。代码如下：
102 int compute_string_bbox(FT_Face face, wchar_t *wstr, FT_BBox *abbox)
103 {
104 int i;
105 int error;
106 FT_BBox bbox;
107 FT_BBox glyph_bbox;
108 FT_Vector pen;
109 FT_Glyph glyph;
110 FT_GlyphSlot slot = face->glyph;
111
112 /* 初始化 */
113 bbox.xMin = bbox.yMin = 32000;
114 bbox.xMax = bbox.yMax = -32000;
115
116 /* 指定原点为(0, 0) */
117 pen.x = 0;
118 pen.y = 0;
119
120 /* 计算每个字符的 bounding box */
121 /* 先 translate, 再 load char, 就可以得到它的外框了 */
122 for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
123 {
124 /* 转换： transformation */
125 FT_Set_Transform(face, 0, &pen);
126
127 /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
128 error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
129 if (error)
130 {
131 printf("FT_Load_Char error\n");
132 return -1;
133 }
134
135 /* 取出 glyph */
136 error = FT_Get_Glyph(face->glyph, &glyph);
137 if (error)
138 {
139 printf("FT_Get_Glyph error!\n");
140 return -1;
141 }
142
143 /* 从 glyph 得到外框: bbox */
144 FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &glyph_bbox);
145
146 /* 更新外框 */
147 if ( glyph_bbox.xMin < bbox.xMin )
148 bbox.xMin = glyph_bbox.xMin;
149
150 if ( glyph_bbox.yMin < bbox.yMin )
151 bbox.yMin = glyph_bbox.yMin;
152
153 if ( glyph_bbox.xMax > bbox.xMax )
154 bbox.xMax = glyph_bbox.xMax;
155
156 if ( glyph_bbox.yMax > bbox.yMax )
157 bbox.yMax = glyph_bbox.yMax;
158
159 /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
160 pen.x += slot->advance.x;
161 pen.y += slot->advance.y;
162 }
163
164 /* return string bbox */
165 *abbox = bbox;
166 }
6.3.3.2 调整原点并绘制
代码如下：
169 int display_string(FT_Face face, wchar_t *wstr, int lcd_x, int lcd_y)
170 {
171 int i;
172 int error;
173 FT_BBox bbox;
174 FT_Vector pen;
175 FT_Glyph glyph;
176 FT_GlyphSlot slot = face->glyph;
177
178 /* 把 LCD 坐标转换为笛卡尔坐标 */
179 int x = lcd_x;
180 int y = var.yres - lcd_y;
181
182 /* 计算外框 */
183 compute_string_bbox(face, wstr, &bbox);
184
185 /* 反推原点 */
186 pen.x = (x - bbox.xMin) * 64; /* 单位: 1/64 像素 */
187 pen.y = (y - bbox.yMax) * 64; /* 单位: 1/64 像素 */
188
189 /* 处理每个字符 */
190 for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
191 {
192 /* 转换： transformation */
193 FT_Set_Transform(face, 0, &pen);
194
195 /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
196 error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
197 if (error)
198 {
199 printf("FT_Load_Char error\n");
200 return -1;
201 }
202
203 /* 在 LCD 上绘制: 使用 LCD 坐标 */
204 draw_bitmap( &slot->bitmap,
205 slot->bitmap_left,
206 var.yres - slot->bitmap_top);
207
208 /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
209 pen.x += slot->advance.x;
210 pen.y += slot->advance.y;
211 }
212
213 return 0;
214 }
6.3.4 交叉编译代码
IMX6ULL使用如下命令编译：
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o show_line show_line.c -lfreetype
6.3.5 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)：
./freetype_show_font_angle ./simsun.ttc 90 200
基于freetyp的基础使用，可以进行更复杂的LCD操作。