應用于低性能單片機的拼音輸入法設計與實現

王 江 李麗英 劉明德

（江西機電職業技術學院，江西 南昌 330013）

關鍵字：拼音輸入法；低性能單片機；軟件處理

1 引言

隨著嵌入式系統應用領域的不斷拓展[1]，越來越多的嵌入式設備要求實現中文漢字的輸入與顯示。目前應用于智能終端最為廣泛的是美國特捷通訊的T9輸入法，其次有Motorola的iTAP輸入法和Ericson的字能輸入法等[2]。盡管市場上還有許多輸入法，且它們的功能也十分強大，但是它們大多對硬件要求較高，幾乎不支持沒有操作系統的嵌入式產品。而在低端市場，單片機往往需要花費大部分資源來完成輸入法功能，這不免導致系統主功能缺少足夠的資源可供調用，出現頭重腳輕的狀況。因此，研究一種實用且低成本的中文輸入法是非常有市場前景和必要性的。

2 設計思路

單片機中的輸入法的傳統思路是：選用較大容量的EEPROM存放漢字字庫，漢字內碼則裝入FLASH中，這樣雖然可以實現輸入法功能，但是其造成了主控芯片的資源大量浪費，FLASH不能用來存放更多的系統功能代碼。而后，雖然出現了帶字庫的LCD，但其做法大都是選擇具有較大程序存儲器的微處理器，以便存儲拼音到字型碼的映射表，這樣雖然可以解決FLASH不足的問題，但是成本大幅提高，產品競爭力將隨之下降。本文的設計思路是：采用已附帶漢字字庫的點陣液晶，直接略去字庫所需的內存；然后將漢字內碼保存到EEPROM，而內碼大小遠小于相應的字庫內容，在此處我們可以節省出大量空間。主控只需要在拼音與內碼之間建立一種對應關系，最后通過鍵盤選擇要輸入的漢字并顯示在液晶屏上。

3 硬件設計

本系統按功能可劃分為輸入、處理、存儲和輸出四個部分[3]。對于拼音輸入法來說，至少需要實現26 個字母鍵、10個數字鍵、ESC 鍵、OK 鍵、MENU 鍵、MODE 鍵、UP 鍵和DOWN 鍵，可以自制或選擇標準鍵盤。處理器選用NXP 的LPC2103 芯片，它的最高工作速度可達70MHz，擁有32KB的片內FLASH 程序存儲器和8K 的片內SRAM[4]，能夠滿足大部分嵌入式系統的需求[5]，特別適用于訪問控制和指紋打卡機等小型應用中，如果在該芯片上開發輸入法，作者經過實驗測試得到以下結論：使用傳統方法時片內FLASH 和RAM均存在內存不夠的問題，改進方案是去掉字模部分，引入帶字模的液晶顯示器，這樣就節約了大量的主控芯片的FLASH空間，但由于字庫內碼仍然存放在RAM中，LPC2103的RAM依然不足，所以這里采用24c256作為存儲器，搭配以ST7920為控制器的液晶，最后發現完成輸入法功能后，系統僅使用了主控3KByte FALSH,4KByte RAM，使得存儲量小的主控也能勝任調整后的拼音輸入法。

4 軟件設計

4.1 自定義漢字內碼表的設計

為了提高顯示效率，避免每次查找漢字內碼時對整個碼表進行遍歷，本文對漢字碼表的存儲地址做了一些調整，將碼表按照字母A-E、F-K、L-P、Q-W、X-Z 分成5 個碼段，處理器可以根據拼音首字母進行分段查找，每段包含的漢字內碼大小都是1Kbyte~2KByte范圍，所以在EEPROM中為每段分別分配了2Kbyte內存。每個拼音讀法之間以空格（空格的內碼是0x20 0x20）隔開，這樣在查找拼音的時候，當遇到0x20 0x20即表示該拼音讀法結束。

4.2 鍵盤編碼

鍵盤設計模仿手機T9鍵盤方式，布局如圖1所示。

由圖1可知，按鍵功能存在較多的復用情況，在輸入拼音過程中，將得到不同的結果，所以需要對鍵值編碼進行特殊處理。比如MODE 鍵用來區分當前輸入的模式是拼音還是數字字母，ESC 鍵在不同的狀態下有刪除和退出的功能等。舉例說明，用戶想輸入拼音“wang”，在鍵盤上順序按下鍵“9264”，把這4 個鍵上的字母進行排列組合會得到108 種拼音，其中合法的只有3種，分別是“wang”、“yang”和“zang”[6]，我們需要篩選出合法的拼音，這里每組合出一種可能的拼音，系統立即將該拼音按首字母的碼段與其對應的拼音集合進行比較，看該拼音是否合法（即與集合中拼音相同或與這些拼音的前幾個字母相同），若合法，則存儲起來，繼續對比，直到把所有情況列舉完，然后顯示到LCD上。最后使用按鍵“UP”和“DOWN”來選擇目標拼音，并記錄下該拼音在其對應的拼音集合中的位置，留待到EEPROM 中讀取漢字內碼時使用。鍵盤相應流程如圖2所示。

依據上述思路，得到鍵盤碼后，應立即從所有排列組合中篩選出合法的拼音。從圖1中可以看到，每個字母/數字鍵上都不只1 個字母，所以在整個篩選過程中，將組合出（假設輸入5 個鍵，每個鍵上的字母數分別為a,b,c,d,e）種情況，為加快備選拼音與拼音集合的比對速率，程序把拼音集合按首字母分成5段，并以常量數組的形式保存在FLASH中。

4.3 拼音輸入碼到內碼轉換

拼音與其對應的漢字內碼在存儲中具有很好的對應關系。拼音集合按首字母分為五段，以數組的形式存放在FLASH 中，目標拼音可以迅速地在數組中找到自己在集合中的序號（數組下標）N，而漢字內碼在EEPROM中的存儲順序跟拼音集合的拼音順序是一致的，所以內碼表中第N個空格（空格的內碼是0x20 0x20）和第N+1個空格位置之間的內容就是目標拼音對應的漢字內碼。如表1所示。

4.4 漢字顯示

ST7920控制器系列中文圖像液晶模塊由ST7920控制驅動器和128*64 點陣的液晶顯示器組成。該控制器提供8 位并行接口、4位串行接口可供選擇，可以顯示數字、字母、中文字型及自定義圖形[7]，具有64*16位字符顯示緩存和15*16位總共240 點的ICON 緩存，2M 位的中文字型ROM（CGROM），可提供8192個16*16點陣的中文字型，16K位半寬字型ROM（HCGROM），提供126 個16*8 點陣的西文字型[8]。這些特點大大彌補了低端單片機在存儲空間和控制上的不足。由于LCD自帶漢字字模，所以主控芯片無須執行內碼到字模的轉換，只要將LCD設置為顯示漢字模式，直接發送內碼到顯示控制器，即能看到漢字顯示在屏幕上了。

5 結束語

本文設計的精簡化拼音輸入法方案，同以往的設計相比，解決了小容量FLASH 的主控芯片較難實現拼音輸入法的問題，充分解放了主控的存儲壓力和內碼到字模轉換時的運算壓力。同時，拼音按照首字母分成5個碼段，大大提高了查找內碼的效率。目前，該輸入法已在筆者設計的指紋打卡機中成功應用。

表1 拼音碼與內碼轉換關系