內存受限系統的漢字顯示設計研究

引言
在微電子技術(shù)、計算機技術(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?，F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(zhù)自動(dòng)化智能化的方向發(fā)展，這已經(jīng)成為當今儀器儀表系統的一種趨勢。新型的儀器儀表設備將朝著(zhù)操作簡(jiǎn)便、小型化、便攜式、現場(chǎng)實(shí)時(shí)分析、高速運算等方向發(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)現場(chǎng)基層用戶(hù)來(lái)說(shuō)，中文顯示已經(jīng)成為普遍要求解決的問(wèn)題。出于對成本等因素的考慮，嵌入式系統的存儲器容量有限，這就迫使我們必須從編程上重視內存的使用效能，運用一些節約內存的技巧來(lái)設計漢字顯示程序。

本文通過(guò)分析一般漢字顯示方法，并結合嵌入式系統內存受限特點(diǎn)，提出了一種能在小容量?jì)却嫦到y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。一般方法是從計算機中文操作系統擁有的龐大的漢字庫中提取所需的漢字顯示點(diǎn)陣字庫，存儲在嵌入式應用系統中以備使用[1]。

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

漢字顯示點(diǎn)陣字庫是漢字顯示點(diǎn)陣代碼（也稱(chēng)字模）的集合，中文操作系統中最常用的是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數）即可，偏移地址值與漢字區位碼有以下轉換關(guān)系[2]：

偏移地址=（（區號－1）*94+（位號－1））*32。

在嵌入式系統中，為了實(shí)現字符（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換形成縱向排列的字模。按照上述規則將字模從計算機中文操作系統提取出來(lái)加以轉換存入到嵌入式系統中以供使用[3]。

2嵌入式系統中顯示漢字存在的問(wèn)題及解決方法
嵌入式系統由于受成本、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又稱(chēng)為內存受限系統。在小型智能儀器儀表一類(lèi)嵌入式設備中，內存有限，強固耐用的要求高，顯示漢字首先要有包含所有會(huì )被顯示的漢字和字符構成的字庫，在前面所提到的漢字顯示的一般原理中，嵌入式系統中存儲的是從計算機中文操作系統擁有的龐大的漢字庫中提取的漢字區位碼信息，由于漢字數目繁多，導致區位碼信息占用大量?jì)却?。為了節省內存空間，需要將字模依照一定的方法存儲在嵌入式系統內存中，也就是建立精簡(jiǎn)的字庫。在建立精簡(jiǎn)的字庫時(shí)主要面臨兩個(gè)問(wèn)題：

（1）相同的漢字或字符會(huì )反復被使用，在不同的句子中重復出現多次，如果以句子字符串為單位存儲，雖然會(huì )加快句子輸出速度，但也會(huì )大大增加程序對內存的需求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，使用如下方法：采用單字排列構成字庫，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。應用此方法后，雖然會(huì )增加程序的復雜程度，但卻極大地節省了內存，提高了內存的利用效率。

（2）字庫在程序中占有很大的比例，需要大量?jì)却?，并且要顯示的內容除漢字外還有一些字符，而字符字模只有16個(gè)字節，是漢字字模的一半。正如編譯器或匯編器往往令數據對齊以使CPU指令集更便捷的訪(fǎng)問(wèn)對齊數據一樣[4]，如果存儲字符字模時(shí)把其16個(gè)字節添零擴充為32個(gè)字節，計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，當字符較多時(shí)將浪費大量?jì)却妗?/p>

解決上述問(wèn)題采取如下方法：在符合系統要求的前提下，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(shuō)盡量精簡(jiǎn)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，然后依次存儲字符字模，每個(gè)字符字模占用16個(gè)字節，并給漢字和字符統一編上序號（見(jiàn)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(huà)時(shí)，只需獲得這句話(huà)中各個(gè)漢字和字符的序號，根據序號Q先判斷需要顯示的是漢字還是字符，如果為漢字，則根據公式：字模地址=字庫首地址+32*Q，如果為字符，則根據公式：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制并存入一個(gè)緩沖區，再根據液晶顯示原理將緩沖區字模送到顯示模塊端口[5]。程序流程見(jiàn)圖2。

通過(guò)以上方法給程序員造成一種假象：即他可以擁有同一份數據的多份副本，而又不必浪費內存，使得系統內存的總需求量降低，而且相同數量的數據可以隨機存儲、更新、訪(fǎng)問(wèn)。但是，根據字序號找到一句話(huà)的各個(gè)字模再統一存入緩沖區勢必降低系統的時(shí)間效率，同時(shí)也需要程序員花費心力來(lái)完成不那么直觀(guān)的代碼。而且系統需要擴充字庫時(shí)，不能直接在字庫末尾補充，而應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(xiě)字序號。此外，顯示句子的索引也需要修改，這就降低了系統的擴展性。不過(guò)在本文討論的節省內存問(wèn)題上，衡量利弊，這種方法還是有效的。

3結論
在內存受限系統中建立精簡(jiǎn)的字庫是顯示漢字的關(guān)鍵步驟。本文通過(guò)研究有關(guān)算法，在分析內存字庫所需存儲信息的特點(diǎn)的基礎上，提出了一種節省內存的字庫建立方法。依照此法在所設計的單片機電路上進(jìn)行編程，能夠實(shí)現漢字的顯示，且明顯減少了系統的內存，滿(mǎn)足了實(shí)用的要求，所以，本文算法具有一定的實(shí)際意義。