从零开始构建计算机系统——二维图形库（字符串输出、键盘输入）

四、输出字符串

对于字符串的输出，我们需要思考两个问题，一个是输出的位置，一个是输出的大小。

首先，我们假设屏幕的像素栅格总共有256行、512列，那么屏幕的像素就是：256×512。听起来很耳熟吧，对这就是我们经常说的屏幕的像素。

一般对于字符，我们假设其字模空间定为11×8点阵，也就是11行、8列，如下图所示，为字符A的字模示意图：

因此，字符A的字模数组为：

{0x30,0x78,0xcc,0xcc,0xfc,0xcc,0xcc,0xcc,0xcc}

类似的，我们实现对所有的字符都做好计算，并按照一定的编码顺序保存到数组中，那么我们就可以在需要使用的时候以字符的编码为索引，从数组中取出字模文件。这样的库就叫做字体库。这里我们说一下字符编码。

①汉字的区位码与内码

国家标准的汉字字符集（GB2312-80）在汉字操作系统中是以汉字库的形式提供的。汉字库结构有统一规定，即将汉字库分成94个区，每个区有94个汉字（以位作区别），每个汉字在汉字库中有确定的区和位编号（用两个字节），这就是所谓的区位码。区位码的第一个字节表示区号，第二个字节表示位号，因而只要知道了区位码，就可以知道该汉字在字库中的地址。每个汉字在字库中是以点阵字模形式存储的，当用存储单元存储该字模信息时，将需要32字节。在计算机内，英文字符是用一个字节的ASCII码表示的，而对于众多的汉字，需用两个字节才能代表，国家为此制定了统一标准，称为国标码。又规定国标码在机内表示汉字时，将每个字节的最高位置1。这些国标码的两字节最高位加1后的代码称为机器内的汉字代码，简称内码。

②内码转换为区位码与取字模

汉字内码与区位码有固定的转换关系，即若汉字内码为十六进制数aaff，则区号qh和位号wh分别为 qh= aa-0xa0，wh=ff-0xa0。由于在中文DOS下，输入汉字时，其相应的内码即已在程序中存在，如同在西文DOS下，输入英文字符时，其对应的ASCII也在程序中存在一样。因而得知汉字内码，将其转换为区位码，这样就可以找出该汉字字模在字库中存放的地址，由此地址调出该32字节汉字的内容(字模)。

综合上述分析看，我们采用C语言代码进行简要实现：

DrawCHS( x, y, QW)

x：绘制的起始横坐标

y：绘制的起始纵坐标

QW：要绘制的汉字编码

a获取字模数组：

pZK = &__CHS[ (  ( (QW >> 8) - 1 )*94 + (QW & 0x00FF)- 1 )*32 ];

b逐行逐个点进行绘制

mask = 0x80;for( i = 0 ; i < 11 ; i++ ){    for( j = 0 ; j < 8 ; j++ )    {        if( buf & mask ) DrawPixel(x+j,y+i);        else DrawPixel (x+j,y+i);        mask = mask >> 1;    }}

五、键盘输入

主要有两种方式，一种是轮询法，一种是中断法。轮询法中，系统需要周期性的查询键盘的输入情况，如果有输入，就需要将输入数据送到消息队列中。中断法中，当键盘有输入时，打断系统的正常执行，系统立即中止当前的工作，获取键盘的输入并送到消息队列中。

如下图所示，是一个4×4矩阵键盘，4行4列共16个按钮，行线P10~P13为输出线，列线P14~P17为输入线。

判断哪个键按下的具体方法是：首先将单片机将行线（P10~P13）全部输出低电平，此时读入列线数据，若列线全为高电平则没有键按下，当列线有出现低电平时调用延时程序以此来去除按键抖动。延时完成后再判断是否有低电平，如果此时读入列线数据还是有低电平，则说明确实有键按下。

最后一步确定键值。现在我们以第二行的S5键为例，若按下S5后我们应该怎么得到这个键值呢？当判断确实有键按下之后，行线轮流输出低电平，根据读入列线的数据可以确定键值。首先，单片机将P10输出为低电平，其它P11~P13输出高电平，此时读取列线的数据全为高电平，说明没有在第一行有键按下；其次，单片机将P11输出低电平，其它P10、P12、P13仍为高电平，此时再来读取列线数据，发现列线读到的数据有低电平，数值为1011（0x0B），如果我们的键盘布局已经确定，那么0x0B就代表S5的值了。

按键消抖：按键消抖通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。

抖动时间：其长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。

按键判断完毕后，需要对按键消息进行打包，然后送入消息队列中。在分时操作系统中，一般需要等到专门处理消息队列的任务获取CPU控制权，还有一种就是消息进入队列后直接触发等待此消息的任务。如果一个任务需要等待键盘的输入，它有两种处理方式：一种是同步式的，一种是异步式或阻塞式。通常我们会采取阻塞式的方式，但是对于一些特殊的场景，比如对实时性要求特别高的任务，或者必须等待键盘的某个输入之后才能继续往下执行的任务。阻塞式在编程中主要通过回调的方式实现，系统需要提供标准的API。