Zhang3：创建页面，内容为“{{TutorialTone}} 你已知道如何在文本模式下显示字符，现在你想要在图形模式下执行此操作。（译者注：内核中文本模式的显示方式是使用BIOS软中断INT指令，调用BIOS功能）这并不复杂，但绝对比在内存中的特定偏移量下编写ASCII代码更复杂。你必须逐像素地绘制。但是你怎么知道该画什么呢？它存储在称为位图字体（bitmap fonts）的数据矩阵中。 ==…”

2022-03-23T08:06:00Z

创建页面，内容为“{{TutorialTone}} 你已知道如何在文本模式下显示字符，现在你想要在图形模式下执行此操作。（译者注：内核中文本模式的显示方式是使用BIOS软中断INT指令，调用BIOS功能）这并不复杂，但绝对比在内存中的特定偏移量下编写ASCII代码更复杂。你必须逐像素地绘制。但是你怎么知道该画什么呢？它存储在称为位图字体（bitmap fonts）的数据矩阵中。 ==…”

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{{TutorialTone}}
你已知道如何在文本模式下显示字符，现在你想要在图形模式下执行此操作。（译者注：内核中文本模式的显示方式是使用BIOS软中断INT指令，调用BIOS功能）这并不复杂，但绝对比在内存中的特定偏移量下编写ASCII代码更复杂。你必须逐像素地绘制。

但是你怎么知道该画什么呢？它存储在称为位图字体（bitmap fonts）的数据矩阵中。

== 位图字体的解码 ==
一个字符是如何存储在内存中的？很简单，0编码代表背景，1编码代表前景色。 VGA字体总是8位宽，因此每个字节只包含一行。
对于典型8x16字体的字母‘A’，它将是(二进制，共16字节)：
<pre>
00000000b byte 0
00000000b byte 1
00000000b byte 2
00010000b byte 3
00111000b byte 4
01101100b byte 5
11000110b byte 6
11000110b byte 7
11111110b byte 8
11000110b byte 9
11000110b byte 10
11000110b byte 11
11000110b byte 12
00000000b byte 13
00000000b byte 14
00000000b byte 15
</pre>
完整的位图包含每个ASCII码字符的位图，因此它是256*16字节，4096字节长。如果你想得到一个特定字符的位图，你必须将ASCII码乘以16（字符中的行数），再加上位图的偏移量，你就可以开始了。

存储这些内容的一个非常简单的文件格式是Linux控制台使用的[[PC Screen Font]]。它以上面描述的方式存储字体，并带有一个小标头。另一个解决方案是[[Scalable Screen Font|可缩放屏幕字体]]格式，它附带一个非常小的免费呈现ANSI C库。

==如何获取字体？==
有几种方法。你可以将其保存在文件系统中的文件中。你可以在一个数组中对其进行硬编码。但有时4k占用内存太多了，读取文件不是一个可行的选项（尤其在引导加载程序中），在这种情况下，你必须从VGA RAM中读取设备卡使用的字符（原用于显示文本模式）。
=== 将其存储在数组中 ===
最简单的方法，但会增加你的代码4k大小。有几个源代码以二进制或源文件格式提供整个字体，因此您无需手动将其写出。
=== 将其存储在文件中 ===
最模块化的方式。如果你愿意，你可以使用不同的字体。缺点你需要一个有效的文件系统实现。至于文件格式，我建议使用前面提到的[[PC Screen Font|PC屏幕字体]]（.psfu）或[[Scalable Screen Font|可缩放屏幕字体]]（.sfn）。

=== 获取存储在VGA BIOS中的副本 ===
这是一个标准的BIOS调用 (不需要检查它的持久性)。如果你仍然处于实模式，它很容易使用。
<source lang="asm">
;输入: es:di=4k缓冲区
;输出: 用字体填充的缓冲区
push ds
push es
;要求BIOS返回VGA位图字体
mov ax, 1130h
mov bh, 6
int 10h
;复制字符映射
push es
pop ds
pop es
mov si, bp
mov cx, 256*16/4
rep movsd
pop ds
</source>

=== 直接从VGA RAM获取 ===
也许你已经处于保护模式，因此无法访问BIOS功能。在这种情况下，你仍然可以通过编程VGA寄存器获得位图。请注意，VGA始终以8x32字体保留空间，因此你需要在复制过程中修剪每个字符的底部16个字节：
<source lang="asm">
; 输入: edi = 4k缓冲区
; 输出：用字体填充的缓冲区
;清除偶数/奇数模式
mov dx, 03ceh
mov ax, 5
out dx, ax
; 将VGA内存映射到0A0000h
mov ax, 0406h
out dx, ax
; 设置bitplane 2
mov dx, 03c4h
mov ax, 0402h
out dx, ax
; 清除偶数/奇数模式（另一种方式，不要问为什么）
mov ax, 0604h
out dx, ax
; 复制charmap
mov esi, 0A0000h
mov ecx, 256
; 将16个字节复制到位图
@@: movsd
movsd
movsd
movsd
;再跳过16个字节
add esi, 16
loop @b
; 将VGA状态恢复为正常运行
mov ax, 0302h
out dx, ax
mov ax, 0204h
out dx, ax
mov dx, 03ceh
mov ax, 1005h
out dx, ax
mov ax, 0E06h
out dx, ax
</source>
值得一提的是，切换到VBE图形模式'''之前'''必须先完成，因为VGA寄存器之后通常无法访问。这意味着你将无法将VGA卡的字体内存映射到屏幕内存，并且只能读取到垃圾文件。

== 设置VGA字体 ==
如果你仍处于文本模式，并且希望VGA卡绘制不同的字形，还可以设置VGA字体。在图形模式下它毫无价值（因为字符是通过代码显示的，而不是卡显示的），我写这一部分只是为了描述完整。如果你仔细阅读了到目前为止所写的内容，那么修改VGA RAM中的字体位图并不困难。我会把它作为作业留给你。（译者注：注意以下内容仍属于这个大纲内，作者还是做了一些提示。）

=== 通过BIOS设置字体 ===
提示：检查Ralph Brown中断列表Int 10/AX = 1110h。

=== 直接设置字体 ===
提示：使用与上面相同的代码，但将源代码和目标代码交换为“movsd”。

== 显示字符 ==
最后，我们到了可以显示字符的地步。我想你已经准备好了。
我们必须绘制8x16像素，位图中的每一位都需要一个像素。
<source lang="c">
// 这是您加载的位图字体
unsigned char *font;

void drawchar(unsigned char c, int x, int y, int fgcolor, int bgcolor)
{
int cx,cy;
int mask[8]={1,2,4,8,16,32,64,128};
unsigned char *gylph=font+(int)c*16;

for(cy=0;cy<16;cy++){
for(cx=0;cx<8;cx++){
putpixel(glyph[cy]&mask[cx]?fgcolor:bgcolor,x+cx,y+cy-12);
}
}
}
</source>
参数很简单。你可能想知道为什么要从y中减去12。它用于对齐基线（baseline）：认为你指定的y坐标作为字符的底部，未将向下的字形中的“猪尾（piggy tail）”计算在内 (例如在 “p”，“g”，“q” 等中)。换言之，就是字母“A”的最底有已设置1的bit位的那行。

虽然直接擦除字形下的屏幕像素也够用，但在某些情况下可能不好(例如：在闪亮的渐变按钮上写字)。这是一个稍微修改的版本，考虑了透明背景。
<source lang="c">
// 这是您加载的位图字体
unsigned char *font;

void drawchar_transparent(unsigned char c, int x, int y, int fgcolor)
{
int cx,cy;
int mask[8]={1,2,4,8,16,32,64,128};
unsigned char *gylph=font+(int)c*16;

for(cy=0;cy<16;cy++){
for(cx=0;cx<8;cx++){
if(glyph[cy]&mask[cx]) putpixel(fgcolor,x+cx,y+cy-12);
}
}
}
</source>
正如你所见，我们这次只有前景色，putpixel调用有一个条件：仅当位图中的相应位被设置时调用。

当然，上面的代码会非常慢(主要是因为一次只处理一个像素，并且反复重新计算“putPixel()”函数中每个像素的地址)。为了获得更好的性能，上面的代码可以优化为使用布尔运算和 “掩码查找表”。例如（对于8-bpp模式）：

<source lang="c">
// 这是您加载的位图字体
unsigned char *font;

void drawchar_8BPP(unsigned char c, int x, int y, int fgcolor, int bgcolor)
{
void *dest;
uint32_t *dest32;
unsigned char *src;
int row;
uint32_t fgcolor32;
uint32_t bgcolor32;

fgcolor32 = fgcolor | (fgcolor << 8) | (fgcolor << 16) | (fgcolor << 24);
bgcolor32 = bgcolor | (bgcolor << 8) | (bgcolor << 16) | (bgcolor << 24);
src = font + c * 16;
dest = videoBuffer + y * bytes_per_line + x;
for(row = 0; row < 16; row++) {
if(*src != 0) {
mask_low = mask_table[*src][0];
mask_high = mask_table[*src][1];
dest32 = dest;
dest32[0] = (bgcolor32 & ~mask_low) | (fgcolor32 & mask_low);
dest32[1] = (bgcolor32 & ~mask_high) | (fgcolor32 & mask_high);
}
src++;
dest += bytes_per_line;
}
}

void drawchar_transparent_8BPP(unsigned char c, int x, int y, int fgcolor)
{
void *dest;
uint32_t *dest32;
unsigned char *src;
int row;
uint32_t fgcolor32;

fgcolor32 = fgcolor | (fgcolor << 8) | (fgcolor << 16) | (fgcolor << 24);
src = font + c * 16;
dest = videoBuffer + y * bytes_per_line + x;
for(row = 0; row < 16; row++) {
if(*src != 0) {
mask_low = mask_table[*src][0];
mask_high = mask_table[*src][1];
dest32 = dest;
dest32[0] = (dest[0] & ~mask_low) | (fgcolor32 & mask_low);
dest32[1] = (dest[1] & ~mask_high) | (fgcolor32 & mask_high);
}
src++;
dest += bytes_per_line;
}
}
</source>

在这种情况下，显示内存（display memory）中的地址只计算一次(而不是最多128次)，并且并行计算8个像素(这完全消除了内部循环)。

这种方法的主要缺点是，你需要为每个 “每像素位” 使用不同的功能，除了15-bpp和16-bpp可以使用相同的代码。在最坏的情况下（32-bpp），查找表的成本为8kib。用于32-bpp的查找表可以重新用于24-bpp，而对于4-BPP根本不需要查找表。为了支持VBE能够实现的所有标准位深度; 给出了每个 “绘制字符” 功能的总共5个版本 (4-bpp，8-bpp，15-bpp和16-bpp，24-bpp，32-bpp) 和3个查找表 (8-bpp，15-bpp和16-bpp，24-bpp和32-bpp)，如果使用静态表，则总共花费14 KiB的数据（不在需要时动态生成所需的查找表的话）。

==另见==
* [[VGA Hardware]] - 如果你想自己实现
* [[PC Screen Font]] - wiki中有一个关于如何显示它们的教程
* [[Scalable Screen Font]] - 附带一个小的、免费的ANSI C渲染库
* [[TrueType Fonts]] - 一种非常复杂的矢量字体格式，部分专有的

==外部链接==
* [http://www.inp.nsk.su./~bolkhov/files/fonts/univga/ UNI-VGA] - 免费的Unicode VGA字体(.bdf)
* [http://sourceforge.net/projects/bdf2c/ bdf2c] - .bdf字体到C源代码转换器。

[[Category:VGA]] [[Category:Video]]

VGA Fonts - 版本历史