內(nèi)存受限系統(tǒng)的漢字顯示設(shè)計(jì)研究

引言
在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，儀器儀表工業(yè)也發(fā)生了巨大的變化。現(xiàn)代儀表將嵌入式技術(shù)引入到儀器儀表的測試和控制中，使儀器儀表向著自動(dòng)化智能化的方向發(fā)展，這已經(jīng)成為當(dāng)今儀器儀表系統(tǒng)的一種趨勢。新型的儀器儀表設(shè)備將朝著操作簡便、小型化、便攜式、現(xiàn)場實(shí)時(shí)分析、高速運(yùn)算等方向發(fā)展。由于中文顯示界面友好，適合我國國情，特別是對于一些工業(yè)現(xiàn)場基層用戶來說，中文顯示已經(jīng)成為普遍要求解決的問題。出于對成本等因素的考慮，嵌入式系統(tǒng)的存儲器容量有限，這就迫使我們必須從編程上重視內(nèi)存的使用效能，運(yùn)用一些節(jié)約內(nèi)存的技巧來設(shè)計(jì)漢字顯示程序。

本文通過分析一般漢字顯示方法，并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存受限特點(diǎn)，提出了一種能在小容量內(nèi)存系統(tǒng)中使用的漢字顯示的方法。

1漢字顯示的一般原理
要在點(diǎn)陣式LCD上顯示漢字，首先需要獲得漢字顯示的點(diǎn)陣代碼。一般方法是從計(jì)算機(jī)中文操作系統(tǒng)擁有的龐大的漢字庫中提取所需的漢字顯示點(diǎn)陣字庫，存儲在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中以備使用[1]。

在漢字庫中，漢字字模大多以國標(biāo)GN2313-80的區(qū)位碼為索引存放。國標(biāo)碼與ASCⅡ碼屬同一制式，ASCⅡ碼用一個(gè)字節(jié)編碼，碼值范圍為00H－7FH，其中94個(gè)可見字符的碼值范圍為21H－7EH,國標(biāo)碼也是以94個(gè)ASCⅡ可見字符代碼為基集（碼值范圍為21H－7EH），用兩個(gè)字節(jié)組成國標(biāo)碼，其中高字節(jié)表征區(qū)，低字節(jié)表征位，共有94個(gè)區(qū)，每區(qū)又分94個(gè)位，區(qū)和位編號均為十進(jìn)制的01－94，對應(yīng)的國標(biāo)碼碼值范圍為21H－7EH，因此國標(biāo)碼與區(qū)位號之間存在下列關(guān)系：國標(biāo)碼高字節(jié)=區(qū)號+20H;國標(biāo)碼低字節(jié)=位號+20H。

漢字顯示點(diǎn)陣字庫是漢字顯示點(diǎn)陣代碼（也稱字模）的集合，中文操作系統(tǒng)中最常用的是16*16點(diǎn)陣字庫（通常文件名為HZK16），其點(diǎn)陣代碼為橫向排列。由于漢字顯示點(diǎn)陣字庫中的顯示點(diǎn)陣代碼一般按區(qū)位碼順序存放，所以提取字模時(shí)只要求出某漢字的偏移地址（顯示點(diǎn)陣代碼相對于漢字顯示點(diǎn)陣字庫首地址的字節(jié)數(shù)）即可，偏移地址值與漢字區(qū)位碼有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系[2]：

偏移地址=（（區(qū)號－1）*94+（位號－1））*32。

在嵌入式系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)字符（半個(gè)漢字）、漢字的混合顯示，通常對提取的橫向字模加以轉(zhuǎn)換形成縱向排列的字模。按照上述規(guī)則將字模從計(jì)算機(jī)中文操作系統(tǒng)提取出來加以轉(zhuǎn)換存入到嵌入式系統(tǒng)中以供使用[3]。

2嵌入式系統(tǒng)中顯示漢字存在的問題及解決方法
嵌入式系統(tǒng)由于受成本、體積等因素的影響，其配置的存儲器容量一般都非常有限。這種存儲器容量受到限制的系統(tǒng)又稱為內(nèi)存受限系統(tǒng)。在小型智能儀器儀表一類嵌入式設(shè)備中，內(nèi)存有限，強(qiáng)固耐用的要求高，顯示漢字首先要有包含所有會被顯示的漢字和字符構(gòu)成的字庫，在前面所提到的漢字顯示的一般原理中，嵌入式系統(tǒng)中存儲的是從計(jì)算機(jī)中文操作系統(tǒng)擁有的龐大的漢字庫中提取的漢字區(qū)位碼信息，由于漢字?jǐn)?shù)目繁多，導(dǎo)致區(qū)位碼信息占用大量內(nèi)存。為了節(jié)省內(nèi)存空間，需要將字模依照一定的方法存儲在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存中，也就是建立精簡的字庫。在建立精簡的字庫時(shí)主要面臨兩個(gè)問題：

（1）相同的漢字或字符會反復(fù)被使用，在不同的句子中重復(fù)出現(xiàn)多次，如果以句子字符串為單位存儲，雖然會加快句子輸出速度，但也會大大增加程序?qū)?nèi)存的需求。為了解決這個(gè)問題，使用如下方法：采用單字排列構(gòu)成字庫，一個(gè)漢字字模信息只存儲一次，任何需要使用它的地方，共享同一個(gè)字模。應(yīng)用此方法后，雖然會增加程序的復(fù)雜程度，但卻極大地節(jié)省了內(nèi)存，提高了內(nèi)存的利用效率。

（2）字庫在程序中占有很大的比例，需要大量內(nèi)存，并且要顯示的內(nèi)容除漢字外還有一些字符，而字符字模只有16個(gè)字節(jié)，是漢字字模的一半。正如編譯器或匯編器往往令數(shù)據(jù)對齊以使CPU指令集更便捷的訪問對齊數(shù)據(jù)一樣[4]，如果存儲字符字模時(shí)把其16個(gè)字節(jié)添零擴(kuò)充為32個(gè)字節(jié)，計(jì)算偏移地址直接用字序號乘上32再加上字庫首地址即可，但這種方法只適用于字符比較少的情況，當(dāng)字符較多時(shí)將浪費(fèi)大量內(nèi)存。

解決上述問題采取如下方法：在符合系統(tǒng)要求的前提下，逐一考慮每個(gè)字和字符，考慮其中有多少信息是真正必須存儲的，也就是說盡量精簡字庫，若有相同意義的字或詞就只保留一種而舍棄其它的同義字詞。此外，將字庫建在程序末尾，先依次存儲漢字字模，每個(gè)漢字字模占用32個(gè)字節(jié)，然后依次存儲字符字模，每個(gè)字符字模占用16個(gè)字節(jié)，并給漢字和字符統(tǒng)一編上序號（見圖1）。并為每一條輸出的漢字信息建立一個(gè)索引，索引由每條漢字信息中各個(gè)漢字和字符的序號組成。顯示一句話時(shí)，只需獲得這句話中各個(gè)漢字和字符的序號，根據(jù)序號Q先判斷需要顯示的是漢字還是字符，如果為漢字，則根據(jù)公式：字模地址=字庫首地址+32*Q，如果為字符，則根據(jù)公式：字模地址=字庫首地址+32*X+(Q-X)*16，求得它們的字模地址，依次將它們的字模復(fù)制并存入一個(gè)緩沖區(qū)，再根據(jù)液晶顯示原理將緩沖區(qū)字模送到顯示模塊端口[5]。程序流程見圖2。

通過以上方法給程序員造成一種假象：即他可以擁有同一份數(shù)據(jù)的多份副本，而又不必浪費(fèi)內(nèi)存，使得系統(tǒng)內(nèi)存的總需求量降低，而且相同數(shù)量的數(shù)據(jù)可以隨機(jī)存儲、更新、訪問。但是，根據(jù)字序號找到一句話的各個(gè)字模再統(tǒng)一存入緩沖區(qū)勢必降低系統(tǒng)的時(shí)間效率，同時(shí)也需要程序員花費(fèi)心力來完成不那么直觀的代碼。而且系統(tǒng)需要擴(kuò)充字庫時(shí)，不能直接在字庫末尾補(bǔ)充，而應(yīng)在漢字字模末尾添加漢字字模，在字符字模末尾添加字符字模，再依次重新編寫字序號。此外，顯示句子的索引也需要修改，這就降低了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。不過在本文討論的節(jié)省內(nèi)存問題上，衡量利弊，這種方法還是有效的。

3結(jié)論
在內(nèi)存受限系統(tǒng)中建立精簡的字庫是顯示漢字的關(guān)鍵步驟。本文通過研究有關(guān)算法，在分析內(nèi)存字庫所需存儲信息的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種節(jié)省內(nèi)存的字庫建立方法。依照此法在所設(shè)計(jì)的單片機(jī)電路上進(jìn)行編程，能夠?qū)崿F(xiàn)漢字的顯示，且明顯減少了系統(tǒng)的內(nèi)存，滿足了實(shí)用的要求，所以，本文算法具有一定的實(shí)際意義。