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マイコンで８ドットフォントを使うための資料

容量の少ないマイコンだって漢字表示をしたい…だけどＴＴＦはおろか１６×１６ドットフォントでも容量的にキビシイ。でも頑張ってマイコンでも自由自在に漢字を表示してみたい。そんな妄想が以前からありました。

というわけで、美咲フォントに白羽の矢を立ててこれをマイコンで扱えるようにするための調査をしてみました。その調査結果を纏めておきます。

美咲フォントは↓こういうフォントです。

微妙ではありますが、なんとなく漢字として読めますよね？

美咲フォントと恵梨沙フォント

生い立ち

フリーで公開されているフォントにはイロイロあるんですが、片っ端から情報整理する手間は省くとして、数多有るフォントの中から情報量（バイト数）は減らしつつ、それなりに読める文字として恵梨沙フォントと美咲フォントに白羽の矢を立てました。これらは１文字が８×８ドットで構成されるフォントなので、容量・データ単位などの観点からマイコンでハンドリングするのに何かと便利だからです。

これら２つのフォントに関する解説は美咲フォントの公式ページに詳しく書いてあるのですが、私なりの理解を簡単に纏めておきます。

フリーの８ドットフォントとして公開されているフォントの代表としてまず挙げられるのは恵梨沙フォントです。恵梨沙フォントは８×８ドットのフォントで、PC-E500系ポケコンを日本語化する目的で作られたという経緯があるらしいのですが、８×８ドットの領域をギリギリまで使っているため、文字間を適当なドット数空けて表示しないと文字と文字がくっ付いてしまうという欠点があったようです。

この欠点を解消するために、文字部分を７×７ドットに押し込んで右側と下側の１列にそれぞれ余白を設けたのが美咲フォントで、そのため美咲フォントなら文字間に余白を作らなくても文字同士がくっ付かず、読みやすい表示が可能となるようです。

さすがに漢字を７×７ドットに押し込んでいるために１文字１文字を眺めると可読性には少々難があるのですが、こちらのページの液晶表示した美咲フォントの例を眺めてみるに、コンテキストから字を判別することは充分可能な雰囲気です。

美咲フォントについて

美咲フォントはＪＩＳの第１水準、第２水準両方がもりこまれています。大抵の文字は表示できると考えてよいでしょう。また、美咲フォントはゴシック体、明朝体が用意されているので、どちらか一方、もしくはマイコン側の容量が許せば両方とも使うことも可能です。

また、商用・非商用問わず自由に使ってよいとされています。ライセンスの詳細は公式サイトをご参照ください。ありがたいことです。南無南無。

容量が小さく、８ドットフォントで組まれており、可読性もそれなりに確保できている美咲フォントならマイコンにピッタリと考え、この美咲フォントをマイコンで取り扱うための方法を検討してみました。

作戦

フォーマットについて

美咲フォントの生い立ちはそんな経緯らしいので、ファイルフォーマットはｗｉｎｄｏｗｓのｄｏｓ窓などで使うｆｎｔ形式等になっているようです。ｆｎｔ形式のフォーマットを私が知ってればそのまま使えばいいのかも知れないけど、調べるのが面倒とかイロイロな理由で別案を考えることにします。

公式ページではｐｎｇ形式の画像ファイルも公開されています。この画像ファイルから１ドット１ドットデータをサルベージしてしまおうという作戦です。それならマイコンに登載する際にデータの形式を好きなように弄れるので。

例えば、表示器の仕様によって書き込む際のドットの並びが縦だったり横だったりするし、Ｍｓｂ、Ｌｓｂを右にするか左にするか（もしくは上にするか下にするか）といったことも環境に合わせてフルカスタマイズ可能なので、いっそ各組み込み環境の要件にあわせて使いやすい形式に変形してしまいたい。そうすればフォントデータをメモリから読み出してそのまま表示器にＩ／Ｆ可能となり、処理負荷の観点でも有利に出来るはず…と。

というわけで、画像データから１ドットずつ読み出しをして、各表示器・各言語向けのソースプログラム的なデータ形式に換えちゃうことを考えて行きます。

フォントデータのサルベージ方法

フォントデータを何らかの方法でサルベージして、さらにそれを各種言語で使いやすい形式（テキストファイル）に変換する必要があります。

FNT形式ファイルのフォーマットを解析したり、それを色んな形式に変換したりするのは面倒なので、ｐｎｇ形式の画像ファイルを元に１ドット１ドットずつ読み出して、それに適当な変換を加えて、アセンブラ（アセンブリ言語）やＣ言語など各種言語プログラムからインクルードして簡単に組み込めるようなテキストファイルに変換しようと思います。

Ｃ言語なら文字(char型)配列にしてみたり、ＡＶＲ用アセンブラなら「.DB」形式のバイト列にしてしまったり。そういう変換を行います。

画像ファイルを１ドット１ドット読み取ったりテキストファイルを吐き出したりする処理は大抵の言語で処理可能だと思いますが、とりあえず扱いが簡単そうで、かつ無料で使える言語が良いだろうと考え、今回は「ＨＳＰ」を使ってみることにしました。処理内容自体は大したモンじゃ無いので、どんな言語にも移植は簡単かと思います。

ただ、現時点のＨＳＰではｐｎｇ形式の画像ファイルを直接扱うことが出来ないので、適当な画像処理ソフトで一旦ｂｍｐなどに変換し、それを入力することにします。私の場合は愛用のJTrim.exeを使用しました。適宜ご愛用のソフトを使ってｂｍｐ形式に変形してください。

ＨＳＰについては詳説しないので、ＶＥＣＴＯＲなどでダウンロードして使ってください。

各種環境用のＨＳＰ用スクリプト

各種言語用のインクルードファイルを作成するにあたり、準備としてまずはｐｎｇ画像ファイルをｂｍｐ形式に変換しておいてください。変換するツールは上述の通り何でも構いません。

ＡＶＲのアセンブラ用への変換

ＡＶＲのアセンブラ用に変換するスクリプトを考えてみます。

ＡＶＲのアセンブラで漢字フォントデータを登載するとしたら、プログラムメモリ上（フラッシュメモリ上）に配置するのが順当でしょう。コードセグメント、いわゆる「.cseg」上です。.cseg上で「.db」（バイトデータの定義）を行う様にしてしまえばincludeが出来るようになります。

フォントの情報量はバイトデータとしておよそ６０ＫＢ前後に至るので、ａｔ－ｍｅｇａ１２８などの大容量シリーズじゃないとキビシイかも。処理内容によっては６４ＫＢ版のＡＶＲでも扱える可能性は有りますが…

で、ＨＳＰのプログラムを書くにあたっての方向性ですが、アセンブラ用なので処理速度上クリティカルな用途ということになるでしょう。ということで、ＮＴＳＣのビデオ出力用途程度にも耐えられるデータ定義・データ構造としたいと思います。ビデオ出力といえば、データ形式は左から右へのビット列というのが一番処理負荷上有利でしょう。それを前提においてＨＳＰのスクリプトを書いてみます。

例によって、不等号、ダブルコーテーション、アンパサンドは全角に替えてあります。半角に戻して使ってください。（以下同文）

screen 0,752,752,,0,0
picload ”misaki.bmp”

dim hx,16
hx(0) = ”0”
hx(1) = ”1”
hx(2) = ”2”
hx(3) = ”3”
hx(4) = ”4”
hx(5) = ”5”
hx(6) = ”6”
hx(7) = ”7”
hx(8) = ”8”
hx(9) = ”9”
hx(10) = ”A”
hx(11) = ”B”
hx(12) = ”C”
hx(13) = ”D”
hx(14) = ”E”
hx(15) = ”F”




notesel note1


for yy,0,84,1
  for xx,0,94,1

    cc = ”    .db ”
    for dy,0,8,1
      pp = 0
      for dx,0,8,1

        x = xx * 8 + dx
        y = yy * 8 + dy

        pget x,y
        p1 = ginfo(16)	;R
        p2 = ginfo(17)	;G
        p3 = ginfo(18)	;B
        if (p1＜10)＆(p2＜10)＆(p3＜10) {
          pp = pp + (1 ＜＜ (7-dx))
        }
        color 255,0,0
        pset x,y
	  next

      ch = hx((pp and 0x0f0) / 0x10)
      cl = hx(pp and 0x0f)      
	  cc = cc + ”0x”+ ch + cl
	  
	  if dy ＜ 7 {
	    cc = cc + ”,”
	  }
    next

    cc = cc + ”  ;” + (yy*84+xx)
    noteadd cc

  next
next


notesave ”misaki.inc”
gsel 0,-1

dialog ”process ended.”

実行すると「misaki.inc」というファイル名で以下の様なスクリプトファイルが出力されます。

    .db 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00  ;0
    .db 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x80,0x40,0x00  ;1
    .db 0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0xA0,0x40,0x00  ;2
    .db 0x00,0x00,0x00,0x00,0xC0,0x40,0x80,0x00  ;3
（中略）
    .db 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00  ;7063
    .db 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00  ;7064
    .db 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00  ;7065

こいつをアセンブラプログラムの.cseg上でインクルードしてあげればよいわけです。

補足を。

ＨＳＰは１６進数関係の関数（ＶＢで言うｈｅｘ関数みたいなもの）が登載されていないようなので、ベタで変換掛けないといけません。ちょっと面倒ですねぇ…。

あとは簡単。１文字分（８×８＝６４ドット分）毎に画像を切り出して、横方向８ドットを１バイトにまとめて１６進数表示で表示。それを縦８ライン分まとめて１文字分としています。１文字分は８バイトに相当するわけです。

ＡＶＲのアセンブリ言語用に編集出力しているので、アセンブラソースから普通にincludeすれば使えます。一応、at-mega128用のテストプログラムでアセンブルしてみて大丈夫そうな結果を得ました。他のマイコンを使っている方は適宜手直しして使ってください。

文字の左がＭｓｂ、右がＬｓｂになってます。この８バイトが一組で出力ファイル上１行分に相当します。

ちなみに　pp = pp + (1 ＜＜ (7-dx))のところをちょっと変えれば左右逆向きにできます。

インテルｈｅｘ形式ファイルへの変換

インテルのｈｅｘ形式ファイルに変換してみることにします。ｈｅｘ形式ならそのままＩ２ＣのＥＥＰＲＯＭなどに直接書き込みが出来るので、容量の小さいマイコンでも外部に漢字ＲＯＭとして実装することも可能になります。６０ＫＢちょっとの容量になるので、６４ＫＢタイプ（５１２Ｋｂｉｔタイプ）以上のＥＥＰＲＯＭが必要になります。

マイコンに接続する表示装置に合わせて２つほど実装方法を考えてみました。１バイトに格納するビット列を縦に切り出すか、それとも横に切り出すか…といった観点です。ＳＧ１２８６４互換の液晶ディスプレーの場合ＶＲＡＭのメモリ配置は上がＬｓｂ下がＭｓｂの縦並びで、横を８ライン一組で１文字としておくと表示しやすいので、まずはこの並びにならってみます。左が１バイト目、右が８バイト目の並びです。

;;;;;; misaki font BMP to intel HEX (vertical) ;;;;;;


;;;;;; initialize ;;;;;;

screen 0,752,752,,0,0
picload ”misaki.bmp”

dim hx,16
hx(0) = ”0”
hx(1) = ”1”
hx(2) = ”2”
hx(3) = ”3”
hx(4) = ”4”
hx(5) = ”5”
hx(6) = ”6”
hx(7) = ”7”
hx(8) = ”8”
hx(9) = ”9”
hx(10) = ”A”
hx(11) = ”B”
hx(12) = ”C”
hx(13) = ”D”
hx(14) = ”E”
hx(15) = ”F”

notesel note1

;;;;;; main logic ;;;;;;

;;;;;; editing and outputing data records ;;;;;;

for yy,0,84,1
  for xx,0,94,1

    ;initialize a line
    cc = ”:08”	; set fixed char and data length
    sum = 0		; clear chech sum
    
    ;;;;;; calc offset add ;;;;;;
    off_add = (yy * 94 + xx) * 8
    off_h = (off_add ＆ 0xff00) / 0x100
    off_l = off_add \ 0x100

    ;;;;;; calc sum without data ;;;;;;
    sum = sum + 0x08 + off_h + off_l

    ;;;;;; conv offset into hex ;;;;;;
    num = off_h	;high byte of offset
    gosub *num2hex
    cc = cc + refstr
    num = off_l	;low byte ob offset
    gosub *num2hex
    cc = cc + refstr

    ;;;;;; record type ;;;;;;
    cc = cc + ”00”	;00=data record


    ;;;;;; loop while 1 char ;;;;;;
    for dx,0,8,1
      pp = 0		;clear 8 dots sum
      ;;;;;; loop while 8 dots ;;;;;;
      for dy,0,8,1

        ;;;;;; calc data ;;;;;;
        
        x = xx * 8 + dx
        y = yy * 8 + dy

        pget x,y
        p1 = ginfo(16)	;R
        p2 = ginfo(17)	;G
        p3 = ginfo(18)	;B
        if (p1＜10)＆(p2＜10)＆(p3＜10) {
	      ;add to 8 dots sum
          pp = pp + (1 ＜＜ dy)
        }
        ;fill up a char with a red box
        color 255,0,0
        pset x,y
	  next

      ;add to sum
      sum = sum + pp

      ;conv to hex
      num = pp
      gosub *num2hex
      cc = cc + refstr
	  
    next

    ;;;;;; calc check sum ;;;;;;

    ;2's complement
    sum2 = (0x20000 - sum) and 0xff
    
    ;conv into hex
    num = sum2
    gosub *num2hex
    cc = cc + refstr

    ;;;;;; outputting a line ;;;;;;

    noteadd cc

  next
next


;;;;;; outputting end record ;;;;;;

noteadd ”:00000001FF”

;;;;;; close file ;;;;;;

notesave ”misaki_v.hex”
gsel 0,-1


;;;;;; program end ;;;;;;

dialog ”process ended.”

end 0



;;;;;; sub routine ;;;;;;

;;;;;; convert num into hex ;;;;;;
*num2hex
	
  hexh = hx((num and 0x0f0) / 0x10)
  hexl = hx(num and 0x0f)      
  hexhl = hexh + hexl

;return a value through refstr
return hexhl

実行すると以下のようにインテルｈｅｘ形式に整形されたファイルが出力されます。１行あたりに８バイト分のデータ＋アドレスやチェックサム等を収録しています。

:080000000000000000000000F8
:08000800204000000000000090
:08001000205020000000000058
（中略）
:08F6A80000000000000000005A
:08F6B000000000000000000052
:08F6B80000000000000000004A
:00000001FF

次に、同じｈｅｘ形式でもビットの並びが横方向のタイプも作っておきます。さっきのアセンブラと違って左がＬｓｂ右がＭｓｂになってます。

;;;;;; misaki font BMP to intel HEX (horizontal) ;;;;;;


;;;;;; initialize ;;;;;;

screen 0,752,752,,0,0
picload ”misaki.bmp”

dim hx,16
hx(0) = ”0”
hx(1) = ”1”
hx(2) = ”2”
hx(3) = ”3”
hx(4) = ”4”
hx(5) = ”5”
hx(6) = ”6”
hx(7) = ”7”
hx(8) = ”8”
hx(9) = ”9”
hx(10) = ”A”
hx(11) = ”B”
hx(12) = ”C”
hx(13) = ”D”
hx(14) = ”E”
hx(15) = ”F”

notesel note1

;;;;;; main logic ;;;;;;

;;;;;; editing and outputing data records ;;;;;;

for yy,0,84,1
  for xx,0,94,1

    ;initialize a line
    cc = ”:08”	; set fixed char and data length
    sum = 0		; clear chech sum
    
    ;;;;;; calc offset add ;;;;;;
    off_add = (yy * 94 + xx) * 8
    off_h = (off_add ＆ 0xff00) / 0x100
    off_l = off_add \ 0x100

    ;;;;;; calc sum without data ;;;;;;
    sum = sum + 0x08 + off_h + off_l

    ;;;;;; conv offset into hex ;;;;;;
    num = off_h	;high byte of offset
    gosub *num2hex
    cc = cc + refstr
    num = off_l	;low byte ob offset
    gosub *num2hex
    cc = cc + refstr

    ;;;;;; record type ;;;;;;
    cc = cc + ”00”	;00=data record


    ;;;;;; loop while 1 char ;;;;;;
    for dy,0,8,1
      pp = 0		;clear 8 dots sum
      ;;;;;; loop while 8 dots ;;;;;;
      for dx,0,8,1

        ;;;;;; calc data ;;;;;;
        
        x = xx * 8 + dx
        y = yy * 8 + dy

        pget x,y
        p1 = ginfo(16)	;R
        p2 = ginfo(17)	;G
        p3 = ginfo(18)	;B
        if (p1＜10)＆(p2＜10)＆(p3＜10) {
	      ;add to 8 dots sum
          pp = pp + (1 ＜＜ dx)
        }
        ;fill up a char with a red box
        color 255,0,0
        pset x,y
	  next

      ;add to sum
      sum = sum + pp

      ;conv to hex
      num = pp
      gosub *num2hex
      cc = cc + refstr
	  
    next

    ;;;;;; calc check sum ;;;;;;

    ;2's complement
    sum2 = (0x20000 - sum) and 0xff
    
    ;conv into hex
    num = sum2
    gosub *num2hex
    cc = cc + refstr

    ;;;;;; outputting a line ;;;;;;

    noteadd cc

  next
next


;;;;;; outputting end record ;;;;;;

noteadd ”:00000001FF”

;;;;;; close file ;;;;;;

notesave ”misaki_h.hex”
gsel 0,-1


;;;;;; program end ;;;;;;

dialog ”process ended.”

end 0



;;;;;; sub routine ;;;;;;

;;;;;; convert num into hex ;;;;;;
*num2hex
	
  hexh = hx((num and 0x0f0) / 0x10)
  hexl = hx(num and 0x0f)      
  hexhl = hexh + hexl

;return a value through refstr
return hexhl

どちらのｈｅｘファイルも、秋月ＰＩＣライターなどでＥＥＰＲＯＭに書き込みができます。

ビット合成処理の部分を pp = pp + (1 ＜＜ (7-dx)) と書き換えれば左右の並びを逆にできます。

Ｃ言語用の配列定義文に変換

Ｃ言語の配列定義文に変換してみます。とりあえず一般的なＣ言語用の配列を出力する仕様にしておき、あとは各言語環境などに合わせて修飾子などを指定するなどで配置先を変えて使ってください。

普通のマイコンであれば、登載している容量の関係からプログラムコードのエリアに展開させるのが常套手段でしょうか。その辺の指定は同じＣ言語でも環境によって若干異なるでしょうから、そこまでは盛り込みません。適宜環境に合わせて微調整してください。

;;;;;; misaki font BMP to include file for C ;;;;;;


;;;;;; initialize ;;;;;;

screen 0,752,752,,0,0
picload ”misaki.bmp”

dim hx,16
hx(0) = ”0”
hx(1) = ”1”
hx(2) = ”2”
hx(3) = ”3”
hx(4) = ”4”
hx(5) = ”5”
hx(6) = ”6”
hx(7) = ”7”
hx(8) = ”8”
hx(9) = ”9”
hx(10) = ”A”
hx(11) = ”B”
hx(12) = ”C”
hx(13) = ”D”
hx(14) = ”E”
hx(15) = ”F”

notesel note1

noteadd ”char misaki_char[][8]={”


;;;;;; main logic ;;;;;;

;;;;;; editing and outputing data records ;;;;;;

for yy,0,84,1
  for xx,0,94,1

    ;initialize a line
    cc = ”    {”	; set fixed char and data length
    
    ;;;;;; loop while 1 char ;;;;;;
    for dy,0,8,1

      pp = 0
      ;;;;;; loop while 8 dots ;;;;;;
      for dx,0,8,1

        ;;;;;; calc data ;;;;;;
        
        x = xx * 8 + dx
        y = yy * 8 + dy

        pget x,y
        p1 = ginfo(16)	;R
        p2 = ginfo(17)	;G
        p3 = ginfo(18)	;B
        if (p1＜10)＆(p2＜10)＆(p3＜10) {
	      ;add to 8 dots sum
          pp = pp + (1 ＜＜ (7-dx))
        }
        ;fill up a char with a red box
        color 255,0,0
        pset x,y
	  next

      ;conv to hex
      num = pp
      gosub *num2hex
      cc = cc + ”0x” + refstr

	  if dy ＜ 7 {
	    cc = cc + ”,”
	  }
	  else {
		cc = cc + ”}”
	  }
	  
    next

    if (yy ＜ 83) or (xx ＜93) {
      cc = cc + ”,”
    }

    ;;;;;; outputting a line ;;;;;;

    noteadd cc

  next
next


;;;;;; outputting end record ;;;;;;

noteadd ”};”

;;;;;; close file ;;;;;;

notesave ”misaki_c.inc”
gsel 0,-1


;;;;;; program end ;;;;;;

dialog ”process ended.”

end 0



;;;;;; sub routine ;;;;;;

;;;;;; convert num into hex ;;;;;;
*num2hex
	
  hexh = hx((num and 0x0f0) / 0x10)
  hexl = hx(num and 0x0f)      
  hexhl = hexh + hexl

;return a value through refstr
return hexhl

データの並び順ですが、横８ドットを１バイトにして左がＭｓｂ右がＬｓｂです。必要に応じて直して使ってください。

実行結果はこんな感じ。

char misaki_char[][8]={
    {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x80,0x40,0x00},
    {0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0xA0,0x40,0x00},
（中略）
    {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}
};

試しにＡＶＲ用のＧＣＣ（ＷＩＮ－ＡＶＲ）に取り込んでコンパイルしてみました。

const char misaki_char[][8] PROGMEM

って指定をして「フラッシュ領域」に配置してみたところ、コンパイラ仕様に抵触してエラーとなりました。

その制約事項はブログに纏めておいたのでそちらをご参照ください。要は、１個の配列で定義が可能なサイズをオーバーしたということです。回避方法の一案をブログに纏めてあります。

その他言語

以上、各スクリプトは使いまわしが簡単にできるので各種言語用に作り直すのは造作無いでしょう。適当に使いまわしてください。ちなみにＨＳＰって画像ファイルやテキストファイルの扱いは簡単なんだけど、１６進数関係の関数やビット処理が弱いので、他の言語に移行した方がいいかもしれませんねぇ。

実際に使ってみよう

ＢＭＰ画像に収録されたフォントデータをＨＳＰのスクリプトを使って各種プログラムのソースに変形するところまでやりました。

さて、次はこれらを使って実際にスクリーン表示してみたいと思います。

作戦的なもの

ある程度妥当性の確認ができればいいやというレベルで考えているので、可能な限り手抜きをします。まずは表示するためのデバイスですが、秋月でも売っているＧ－ＬＣＤ（グラフィック液晶表示モジュール） SG12864Aならまさにビットマップ表示のためのデバイスなので、深く考えずにこれを使ってみます。このSG12864Aはマイコンと20ピンのインターフェースで接続し、マイコンからコマンドやビットマップデータを送信して使います。

これを扱うにあたって注意が必要なのは、まず制御方法についてです。SG12864Aの初期化や各種設定を行うためには、マイコンからSG12864Aに向かって各種コマンド等を送る必要がありますが、面倒くさいので手を抜くことを考えます。

ふとarduinoの公式サイトを眺めてみると、SG12864Aもそのまま利用できるライブラリが公開されているので、マイコンボードにはarduinoを、言語はarduino言語（Ｃ言語＋αといった感じの言語です）を、表示装置にはSG12864Aを使用して、手抜きでサクッと動作確認を済ますことにします。

データ形式について

もう一つ注意するのは、SG12864Aに送信する時のビットマップデータの並びのことです。 SG12864Aに限らず、ビデオＲＡＭをアクセスする際にはそのビデオＲＡＭがどの様なならびでデータを保持しているのかということが影響します。

SG12864Aをarduino用ライブラリを使ってアクセスする際も、この点についてライブラリのｉ／ｆ仕様が大きく影響を受けています。具体的には、GLCD.DrawBitmap(ビットマップ, ｘ座標,ｙ座標,色);　というメソッドを使ってアクセスする際のビットマップデータに、どの様な形式の引数を渡せばいいかというお話です。このメソッドの詳細はarduino公式サイトをご覧ください。

さて、このメソッドのビットマップに８×８ドットの漢字データをどのように与えればいいかというお話。

uint8-t型というarduino独自の符号なし８ビット整数の配列（のポインタ）を引き渡すことになっています。この配列の先頭２バイトはそれぞれ横幅、高さのドット数を指定することになっており、その後ろにビットマップデータをズラズラと格納することになっています。

その際のビットの並びですが、言葉だけで示すのは難しいのでまずはマンガを描いてみます。

この図の見方について簡単な解説を。

図の左上から縦に８ドットを一まとめにして１バイトのデータとします。次にその１行右隣に移って同じように縦８ドットを１バイトに纏めます。このように１文字分（＝８ライン）を一まとめにして１バイト分８バイトのデータが出来上がります。

例えば「亜」という字なら　0x5D,0x55,0x7F,0x55,0x7F,0x55,0x5D,0x00,　という８バイトのデータが出来上がるわけです。（お時間有る方は、この８バイトをビット列に戻して眺めてみてください）

図を見ると、「亜」という字が左上に片寄っているかと思いますが、それが美咲フォントの肝となる部分です。つまり右端１列と下一列を空白とし、残りの７×７ドットで１文字を構成しているので、文字と文字をぴったりくっつけても、文字同士がゴチャゴチャにならないっていうわけですね。

さて、複数文字を一度にたくさん表示するには、この８バイトのデータを必要なだけズラズラ並べればいいというわけです。その際、横幅と高さのドット数は配列の先頭に１個だけあればよく、その後ろは８バイトのビットマップデータがズラズラ並んでいるというわけ。

実際に表示してみましょう

文章で表しても解り難いと思いますので、arduino用のスケッチを実際に書いてみます。（例によって不等号は全角に替えてあるので半角に戻してください）

  #include ＜ks0108.h＞  // library header
  #include ＜Arial14.h＞  // font definition for 14 point Arial font.
  #include "SystemFont5x7.h"   // system font

static uint8_t kanji_sample[] PROGMEM = {
  8, // width
  64, // height

    0x5D,0x55,0x7F,0x55,0x7F,0x55,0x5D,0x00,
    0x1E,0x12,0x5D,0x7F,0x55,0x7F,0x5D,0x00,
    0x44,0x5C,0x37,0x2C,0x5A,0x7F,0x5A,0x00,
    0x7F,0x25,0x1B,0x1D,0x15,0x5D,0x7F,0x00,
    0x22,0x2E,0x7A,0x4B,0x1A,0x2E,0x52,0x00,
    0x4D,0x57,0x2D,0x57,0x3D,0x57,0x4D,0x00,
    0x52,0x7F,0x0A,0x56,0x5D,0x34,0x56,0x00,
    0x44,0x5C,0x37,0x2C,0x76,0x55,0x76,0x00
};

 void setup(){
  GLCD.Init(NON_INVERTED);   // initialise the library, non inverted turns on written pixels
  GLCD.ClearScreen();  

  GLCD.DrawBitmap(kanji_sample, 32,0, BLACK); //draw the bitmap at the given x,y position
 }

 void  loop(){   // run over and over again
 }

このスケッチ中に出てくるkanji_sampleという配列には「亜」「唖」「娃」「阿」「哀」「愛」「挨」「姶」の８文字のデータ、計６４バイトだけを取り出したものです。そして横幅８ドット（１文字分）、高さ６４ドット（８文字分）としているので、このスケッチを実行してみると文字は縦一列にならんでこんな風になります。

このスケッチをちょっと弄って横幅を６４ドット、高さを８ドットと指定しなおしてみると、何の問題も無く横一列の漢字が表示されることになります。

このように、８ドット単位ということで色々扱いがラクチンになるというのが美咲フォントを使うメリットの一つとして挙げられるかと思います。

さすがに潰れ気味のフォントですが、文脈（コンテキスト）をヒントにすればそれなりに読み取ることは可能な範疇でしょう。

もろもろの注意事項

arduino＋SG12864Aの場合のＨＳＰスクリプトについて

arduinoとSG12864Aを組み合わせて使った場合、ビットの並び、バイトの並びは、実は上記のＨＳＰスクリプトでは対応してません。

なので、この組み合わせに似つかわしいＨＳＰスクリプトも作ってみました。先ほどのarduino用スケッチ中の定義はこの実行結果を使ったモノです。

;;;;;; misaki font BMP to include file for C ;;;;;;


;;;;;; initialize ;;;;;;

screen 0,752,752,,0,0
picload "misaki.bmp"

dim hx,16
hx(0) = "0"
hx(1) = "1"
hx(2) = "2"
hx(3) = "3"
hx(4) = "4"
hx(5) = "5"
hx(6) = "6"
hx(7) = "7"
hx(8) = "8"
hx(9) = "9"
hx(10) = "A"
hx(11) = "B"
hx(12) = "C"
hx(13) = "D"
hx(14) = "E"
hx(15) = "F"

notesel note1

noteadd "char misaki_char[][8]={"


;;;;;; main logic ;;;;;;

;;;;;; editing and outputing data records ;;;;;;

for yy,0,84,1
  for xx,0,94,1

    ;initialize a line
    cc = "    {"	; set fixed char and data length
    
    ;;;;;; loop while 1 char ;;;;;;
    for dx,0,8,1

      pp = 0
      ;;;;;; loop while 8 dots ;;;;;;
      for dy,0,8,1

        ;;;;;; calc data ;;;;;;
        
        x = xx * 8 + dx
        y = yy * 8 + dy

        pget x,y
        p1 = ginfo(16)	;R
        p2 = ginfo(17)	;G
        p3 = ginfo(18)	;B
        if (p1＜10)＆(p2＜10)＆(p3＜10) {
	      ;add to 8 dots sum
          pp = pp + (1 ＜＜ dy)
        }
        ;fill up a char with a red box
        color 255,0,0
        pset x,y
	  next

      ;conv to hex
      num = pp
      gosub *num2hex
      cc = cc + "0x" + refstr

	  if dx ＜ 7 {
	    cc = cc + ","
	  }
	  else {
		cc = cc + "}"
	  }
	  
    next

    if (yy ＜ 83) or (xx ＜93) {
      cc = cc + ","
    }

    ;;;;;; outputting a line ;;;;;;

    noteadd cc

  next
next


;;;;;; outputting end record ;;;;;;

noteadd "};"

;;;;;; close file ;;;;;;

notesave "misaki_v_c.inc"
gsel 0,-1


;;;;;; program end ;;;;;;

dialog "process ended."

end 0



;;;;;; sub routine ;;;;;;

;;;;;; convert num into hex ;;;;;;
*num2hex
	
  hexh = hx((num and 0x0f0) / 0x10)
  hexl = hx(num and 0x0f)      
  hexhl = hexh + hexl

;return a value through refstr
return hexhl

で、このスクリプトを実行するとmisaki_v_c.incという名前のファイルが出来て、その中身は

char misaki_char[][8]={
    {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x20,0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x20,0x50,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x50,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x60,0x60,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x00,0x00,0x18,0x18,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x00,0x00,0x36,0x36,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x00,0x00,0x56,0x36,0x00,0x00,0x00,0x00},
（中略）
    {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
    {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}
};

こんな感じになります。

これ全体ではメモリ量として６０ＫＢ前後となってしまいarduinoには入りきらないので、表示を行う一部分だけを切り出し、またこの2次配列状態のままではarduinoのG-LCDライブラリに渡せないので、 1次配列に少々手直ししたのが先ほどのスケッチ中にでてきたこの部分

static uint8_t kanji_sample[] PROGMEM = {
  8, // width
  64, // height

    0x5D,0x55,0x7F,0x55,0x7F,0x55,0x5D,0x00,
    0x1E,0x12,0x5D,0x7F,0x55,0x7F,0x5D,0x00,
    0x44,0x5C,0x37,0x2C,0x5A,0x7F,0x5A,0x00,
    0x7F,0x25,0x1B,0x1D,0x15,0x5D,0x7F,0x00,
    0x22,0x2E,0x7A,0x4B,0x1A,0x2E,0x52,0x00,
    0x4D,0x57,0x2D,0x57,0x3D,0x57,0x4D,0x00,
    0x52,0x7F,0x0A,0x56,0x5D,0x34,0x56,0x00,
    0x44,0x5C,0x37,0x2C,0x76,0x55,0x76,0x00
};

というわけでした。ちなみにこの配列は1行が漢字1文字に相当していて、8文字分のビットマップイメージを配列に収めているわけです。配列の先頭に8とか64とかという数値が記載されていますが、8と言うのは横方向のドット数、 64と言うのはビットイメージ分の要素数です。arduinoのG-LCDライブラリに盛り込まれているDrawBitmapメソッドでこの配列を使うと、 8と64という数値を元にビットイメージを画面上に表示してくれます。扱いが簡単なのはさすがarduino。

ＡＶＲ用のＣ言語系で使用する場合の制限事項

今回はとりあえず表示できるかどうかの確認ということでarduinoを使ったため、ごく一部の漢字しか表示できませんでしたが、表示自体は上手くできることが判りました。

一方、arduinoといえば、ＡＶＲ用のＣ言語系コンパイラであるｇｃｃがベースになっています。ｇｃｃでは配列定義の際に言語仕様上の制限があり、使用の際に注意が必要です。

ＡＶＲのｇｃｃでは、配列などのオブジェクト１個あたりで３２ＫＢ以内、もしくは要素数が３２Ｋ個（32767個）に収まっていなければならないという制約があります。これは配列を管理するインデックスが２バイト幅の符号付整数で管理されているためで、バイト数、もしくはインデックスの数が１５ビットの整数までしか扱えないことに起因します。

構造体の中に、複数に分割した配列を格納するという手もアウトです。配列１組みあたりのサイズは３２ＫＢ以下に押さえることができますが、構造体全体のインデックス数はやはり３２Ｋ個を超えてしまうことになるからです。この制約に関するお話はブログに記載してあるのでそちらをご参照ください。

arduinoの場合は、ＪＩＳ１、ＪＩＳ２の漢字データを取り込むとなると、容量が足りないだけでなく、この制約にも抵触します。そのため今回のサンプルスケッチも漢字データの一部分しか取り込みませんでした。

同じＡＶＲでも、アセンブラやその他の言語となると話は別ですし、ＡＶＲ以外のマイコンの場合はやはりこの制約とは無関係となります。

マイコンによってはオンチップＲＯＭに全部登載することも可能でしょう。ＡＶＲの場合は大容量タイプでもオンチップに載せるとなるとｇｃｃでは制約が出るため、配列をいくつかに分割するか、外付けのＥＥＰＲＯＭに格納してＩ２Ｃで読み出すなどの工夫が必要となるかと思います。

適宜、使う環境に合わせて多少のアレンジが必要になるかと思います。

まとめ

ＨＳＰを使って美咲フォントのグラフィックデータから各種言語用のビットマップ定義のスクリプトを作成することができました。あとはこの出力されたスクリプトを各種言語用に読み込むなりすれば漢字の表示が比較的容易に出来るようになるかと思います。

今後、Ｉ２Ｃ接続のＥＥＰＲＯＭに内蔵して漢字表示したり、マイコン内に登載したりして漢字表示をしたいとか思ってますが、とりあえず当初の目的は見えたのでこのページはひとまず完結にします。

何かメモとして残しておきたいことが出来たらまた追記したいと思います。

…　続きます　…