LV18-01-LCD应用编程-06-FreeType简介
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一、LCD显示字符的方式？
1. 原始方式——取模
LCD 显示屏是由 width * height 个像素点构成的，显示字符，一个非常容易想到的方法便是对字符取模，然后在 LCD 屏上打点显示字符；以前学习过单片机的话，应该会接触过一些显示屏，如 oled、 或者其它一些点阵式的显示屏， 其实这些显示屏显示字符的原理都是一样的，如下所示：
我们可以通过一些字符取模软件获取到字符的子模； 所谓字模，其实就是一个二维数组， 用于表示字符点阵中，哪些小方块应该要填充颜色、哪些小方块不填充颜色。如上图“正”字符点阵，这是一个宽度为64（64 个小方块）、高度为 86（86 个小方块）的字符点阵， 我们会使用一个二维数组来表示这个字符点阵：
1 | unsigned char arr[86][8]; |
也就是一个 86 行 8 列的 unsigned char 类型数组， 数组存储的其实就是字符的位图数据， 字符点阵中的每一个小方块对应一个 bit 位，因为一行一共有 64 个小方块、也就对应 8 个字节（8 * 8 = 64）； 将填充颜色的方块使用 1 表示、不填充颜色的方块使用 0 来表示，所以一个小方块刚好可以使用一个 bit 位来描述。
2. 有没有其他方式？
使用取模显示那种方式还是非常简单地，自己取模、自己写函数打点显示，但是取模很麻烦！实际的应用项目一般肯定不会这么干，除非我们的程序就是显示那么几个固定的字符。
操作系统中通常都会有很多的字体文件，如 Windows 系统“C:\Windows\Fonts”目录下就有很多的字体文件，如下所示：
字体文件的格式也有很多种，如 otf、 ttf、 ttc 等，这里就不列举了，有兴趣可以自己百度一下； Linux 系统中， 字体文件通常会放在/usr/share/fonts 目录下，
有了字体文件之后，我们就不需要再对字符进行取模了，它们已经编码进了字体文件中，我们只需要解析字体文件、访问字体文件，从字体文件中读取出字符的位图数据即可！
当然，这些复杂的解析过程并不需要我们自己去实现，有很多开源的字体引擎可以帮助我们来处理这些复杂的解析过程，如 freetype库。
3. 矢量字体
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：
第1步 确定关键点（有些解释为字形，都是一个意思啦），
第2步 使用数学曲线（ 贝塞尔曲线） 连接头键点，
第3步 填充闭合区线内部空间。
什么是关键点？以字母“ A”为例，它的的关键点如下图中的黄色所示。
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，如下图所示：
最后把封闭空间填满颜色，就显示出一个 A 字母，如下图所示：
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。
二、FreeType简介
1. FteeType是什么？
FreeType 一个完全免费（开源）的软件字体引擎库，设计小巧、高效、高度可定制且可移植，它提供了统一的接口来访问多种不同格式的字体文件，从而实现矢量字体显示。 。 它提供了一个简单、易于使用且统一的接口来访问字体文件的内容，从而大大简化了这些任务。它有以下优点：
（1）支持多种字体格式文件，并提供了统一的访问接口；
（2）支持单色位图、反走样位图渲染，这使字体显示质量达到 Mac 的水平；
（3）采用面向对象思想设计，用户可以灵活的根据需要裁剪。
但 FreeType 也有缺点，它太大了，即使是裁剪后的阉割版，其代码量也有将近 12 万行，在Flash非常小的开发板可能放不下，此时可以考虑用代码量较小的 stb_truetype 库
“FreeType”也称为“FreeType 2”，以区别于旧的、已弃用的“FreeType 1”库， Freetype 1库已经不再维护和支持了。 FreeType 是一个免费、开源、可移植且高质量的字体引擎，
2. 官网在哪？
官网应该是这个：The FreeType Project
3. 参考文档
FreeType 库支持的功能很多、提供给用户的库函数也很多， 官网肯定也为我们提供了文档啦：
这个链接是一份中文参考文档，可以作为参考：freetype使用详解(中文) - 道客巴巴 (doc88.com)，我在本地也下载了一份：freetype使用详解(中文).pdf
我们也可以下载每一个版本的文档：Index of /releases/freetype/ (gnu.org)
像这些带有doc的，都是对应版本的官方文档。下载后解压，主要可以看这个目录：
三、FreeType库移植
1. 下载源码
我们到这里下载：Index of /releases/freetype/ (gnu.org)
正点原子出厂系统中的事2.6版本，这里选2.8版本，由于是第一次用，防止踩坑，和教程采用同一个版本。下载完毕后解压：
1 | tar xf freetype-2.8.tar.gz |
2. 编译源码
- 创建安装目录
1 | mkdir -p /home/sumu/9arm-linux-lib/freetype-2.8/freetype_out |
- 配置编译选项
FreeType 库基于模块化设计，意味着我们可以对其进行裁剪，将不需要的功能模块从配置中移除，减小库文件的体积；除此之外，
FreeType 还支持很多配置选项， 如果想要对 FreeType 做一些自定义配置或者对其进行裁剪，可以参考 FreeType 源码目录下 docs/CUSTOMIZE 文档，该文件对此有比较详细的说明，建议看一看，如果有需求的话。 docs 目录下还有其它很多的说明文档， 也都可以看一看。
这里我们简单地配置一下，打开 include/freetype/config/ftoption.h 文件：
1 | vim include/freetype/config/ftoption.h |
该文件定义了很多的配置宏，我们可以选择使能或禁用这些配置选项，具体配置哪些功能，根据自己的需求来就是了，每一个配置宏都有详细地解释说明。 这里我们打开以下两个配置宏：
1 |
我们找到这两个宏，默认情况下，这两个都被注释掉了，所以是没有使能的； 把这两个宏的注释去掉，使能这两个配置宏。 但是我后来发现这里其实没必要注释掉，配置完之后会自动打开的，编译选项中是有这两个宏的：
1 | sumu@sumu-virtual-machine:~/9arm-linux-lib/freetype-2.8$ make |
第一个配置宏表示使用系统安装的 zlib 库，因为 FreeType 支持 Gzip 压缩文件，会使用到 zlib 库， zlib之前我们移植好了；第二个配置宏表示支持 PNG bitmap 位图，因为 FreeType 可以加载 PNG 格式的彩色位图字形，需要依赖于 libpng 库，这个库前面我们也是移植好了。
配置好之后，保存、退出 ftoption.h 文件，接着执行如下命令对 FreeType 工程源码进行配置按理来说下面的配置应该就可以了：
1 | ./configure --prefix=/home/sumu/9arm-linux-lib/freetype-2.8/freetype_out/ --host=arm-linux-gnueabihf --with-zlib=yes --with-bzip2=no --with-png=yes --with-harfbuzz=no ZLIB_CFLAGS="-I/home/sumu/9arm-linux-lib/zlib-1.2.10/zlib_out/include -L/home/sumu/9arm-linux-lib/zlib-1.2.10/zlib_out/lib" ZLIB_LIBS=-lz LIBPNG_CFLAGS="-I/home/sumu/9arm-linux-lib/libpng-1.6.44/libpng_out/include -L/home/sumu/9arm-linux-lib/libpng-1.6.44/libpng_out/lib" LIBPNG_LIBS=-lpng |
但是，这样配置的话，编译器无法生效：
要通过export来设置CC环境变量才行：
1 | export CC=arm-linux-gnueabihf-gcc |
但是这个时候最后编译会报找不到zlib和png的库，不是很清楚原因是什么，就暂时先通过export命令来设置一下LDFLAGS、CFLAGS、CPPFLAGS好了。但是这里就很奇怪，正点原子官方教程用的是 arm-poky-linux-gnueabi-gcc 这个交叉编译工具链，不通过export命令设置那三个编译参数也能正常编译完成，我用arm-linux-gnueabihf-gcc就会出现找不到库的情况，没搞明白，后面搞明白了再补充。
1 | export CC=arm-linux-gnueabihf-gcc |
这个配置命令很长，简单地提一下，具体的细节大家可以执行”./configure –help”查看配置帮助信息。
–prefix 选项指定 FreeType 库的安装目录； –host 选项设置为交叉编译器名称的前缀。
–with-zlib=yes 表示使用 zlib；
–with-bzip2=no 表示不使用 bzip2 库；
–with-png=yes 表示使用 libpng 库；
–with-harfbuzz=no 表示不使用 harfbuzz 库。
ZLIB_CFLAGS 选项用于指定 zlib 的头文件路径和库文件路径，根据实际安装路径填写；
ZLIB_LIBS 选项指定链接的 zlib 库的名称；
LIBPNG_CFLAGS 选项用于指定 libpng 的头文件路径和库文件路径，根据实际安装路径填写；
LIBPNG_LIBS 选项用于指定链接的 libpng 库的名称。
配置完毕的时候这两个应该是开启的：
- 编译
1 | make |
如果配置前没有加这几句的话，并且使用的是arm-linux-gnueabihf-gcc：
1 | export LDFLAGS="-L/home/sumu/9arm-linux-lib/zlib-1.2.10/zlib_out/lib -L/home/sumu/9arm-linux-lib/libpng-1.6.44/libpng_out/lib" |
应该会报这个错误：
要是加了上面三个配置项，还是用arm-linux-gnueabihf-gcc，就没问题了：
- 安装
1 | make install |
安装完毕后，我们会得到下面的文件：
首先我们把看一下交叉编译成功了没，看一下动态库文件的格式：
1 | file libfreetype.so.6.14.0 |
我们也顺便看一下有没有超链接，在拷贝的时候注意一下：
1 | sumu@sumu-virtual-machine:~/9arm-linux-lib/freetype-2.8/freetype_out$ tree |
会发现lib目录下有两个软链接，拷贝的时候需要注意一下。
3. 拷贝到共享目录
1 | cp -avf ~/9arm-linux-lib/freetype-2.8/freetype_out ~/1sharedfiles/linux_develop/imx6ull-app-demo/lib/freetype-2.8 |
4. 移植到开发板
先拷贝到nfs服务器目录：
1 | cp -a ~/9arm-linux-lib/freetype-2.8/freetype_out ~/4nfs/freetype-2.8 |
然后在串口终端，进入到 freetype 安装目录，将 lib 目录下的所有库文件拷贝到 Linux 系统/usr/lib 目录，注意在拷贝之前，先将开发板出厂系统中已经移植好的zlib库文件删除，执行下面这条命令：
1 | 先备份删除的文件 |
删除之后，再将编译得到的 freetype 库文件拷贝到开发板/usr/lib 目录，拷贝库文件时，需要注意符号链接的问题，不能破坏原有的符号链接。
1 | cp -avf ~/nfs_temp/freetype-2.8/lib/libfreetype.* /usr/lib |
拷贝完毕后检查一下软链接：
1 | ls -alh /usr/lib/libfreetype* |
