從零開始構建計算機系統——二維圖形庫（字串輸出、鍵盤輸入）

四、輸出字串

對於字串的輸出，我們需要思考兩個問題，一個是輸出的位置，一個是輸出的大小。

首先，我們假設螢幕的畫素柵格總共有256行、512列，那麼螢幕的畫素就是：256×512。聽起來很耳熟吧，對這就是我們經常說的螢幕的畫素。

一般對於字元，我們假設其字模空間定為11×8點陣，也就是11行、8列，如下圖所示，為字元A的字模示意圖：

因此，字元A的字模陣列為：

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

類似的，我們實現對所有的字元都做好計算，並按照一定的編碼順序儲存到陣列中，那麼我們就可以在需要使用的時候以字元的編碼為索引，從陣列中取出字模檔案。這樣的庫就叫做字型庫。這裡我們說一下字元編碼。

①漢字的區位碼與內碼

國家標準的漢字字符集（GB2312-80）在漢字作業系統中是以漢字型檔的形式提供的。漢字型檔結構有統一規定，即將漢字型檔分成94個區，每個區有94個漢字（以位作區別），每個漢字在漢字型檔中有確定的區和位編號（用兩個位元組），這就是所謂的區位碼。區位碼的第一個位元組表示區號，第二個位元組表示位號，因而只要知道了區位碼，就可以知道該漢字在字型檔中的地址。每個漢字在字型檔中是以點陣字模形式儲存的，當用儲存單元儲存該字模資訊時，將需要32位元組。在計算機內，英文字元是用一個位元組的ASCII碼錶示的，而對於眾多的漢字，需用兩個位元組才能代表，國家為此制定了統一標準，稱為國標碼。又規定國標碼在機內表示漢字時，將每個位元組的最高位置1。這些國標碼的兩位元組最高位加1後的程式碼稱為機器內的漢字程式碼，簡稱內碼。

②內碼轉換為區位碼與取字模

漢字內碼與區位碼有固定的轉換關係，即若漢字內碼為十六進位制數aaff，則區號qh和位號wh分別為 qh= aa-0xa0，wh=ff-0xa0。由於在中文DOS下，輸入漢字時，其相應的內碼即已在程式中存在，如同在西文DOS下，輸入英文字元時，其對應的ASCII也在程式中存在一樣。因而得知漢字內碼，將其轉換為區位碼，這樣就可以找出該漢字字模在字型檔中存放的地址，由此地址調出該32位元組漢字的內容(字模)。

綜合上述分析看，我們採用C語言程式碼進行簡要實現：

DrawCHS( x, y, QW)

x：繪製的起始橫座標

y：繪製的起始縱座標

QW：要繪製的漢字編碼

a獲取字模陣列：

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

b逐行逐個點進行繪製

mask = 0x80;  

for( i = 0 ; i < 11 ; i++ )  

{  

for( j = 0 ; j < 8 ; j++ )  

    {  

if( buf & mask ) DrawPixel(x+j,y+i);  

        mask = mask >> 1;  

    }  

}  

五、鍵盤輸入

主要有兩種方式，一種是輪詢法，一種是中斷法。輪詢法中，系統需要週期性的查詢鍵盤的輸入情況，如果有輸入，就需要將輸入資料送到訊息佇列中。中斷法中，當鍵盤有輸入時，打斷系統的正常執行，系統立即中止當前的工作，獲取鍵盤的輸入並送到訊息佇列中。

如下圖所示，是一個4×4矩陣鍵盤，4行4列共16個按鈕，行線P10~P13為輸出線，列線P14~P17為輸入線。

判斷哪個鍵按下的具體方法是：首先將微控制器將行線（P10~P13）全部輸出低電平，此時讀入列線資料，若列線全為高電平則沒有鍵按下，當列線有出現低電平時呼叫延時程式以此來去除按鍵抖動。延時完成後再判斷是否有低電平，如果此時讀入列線資料還是有低電平，則說明確實有鍵按下。

最後一步確定鍵值。現在我們以第二行的S5鍵為例，若按下S5後我們應該怎麼得到這個鍵值呢？當判斷確實有鍵按下之後，行線輪流輸出低電平，根據讀入列線的資料可以確定鍵值。首先，微控制器將P10輸出為低電平，其它P11~P13輸出高電平，此時讀取列線的資料全為高電平，說明沒有在第一行有鍵按下；其次，微控制器將P11輸出低電平，其它P10、P12、P13仍為高電平，此時再來讀取列線資料，發現列線讀到的資料有低電平，數值為1011（0x0B），如果我們的鍵盤佈局已經確定，那麼0x0B就代表S5的值了。

按鍵消抖：按鍵消抖通常的按鍵所用開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由於機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產生這種現象而作的措施就是按鍵消抖。

抖動時間：其長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms～10ms。這是一個很重要的時間引數，在很多場合都要用到。按鍵穩定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒至數秒。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩定時讀取鍵的狀態，並且必須判別到鍵釋放穩定後再作處理。

按鍵判斷完畢後，需要對按鍵訊息進行打包，然後送入訊息佇列中。在分時作業系統中，一般需要等到專門處理訊息佇列的任務獲取CPU控制權，還有一種就是訊息進入佇列後直接觸發等待此訊息的任務。如果一個任務需要等待鍵盤的輸入，它有兩種處理方式：一種是同步式的，一種是非同步式或阻塞式。通常我們會採取阻塞式的方式，但是對於一些特殊的場景，比如對實時性要求特別高的任務，或者必須等待鍵盤的某個輸入之後才能繼續往下執行的任務。阻塞式在程式設計中主要通過回撥的方式實現，系統需要提供標準的API。