T9輸入法在嵌入式設(shè)備中的實現(xiàn)方案

李文軍，于明浩，王新征，鄭振華

（總參通信訓練基地，宣化075100）

引 言

T9輸入法全名為智能輸入法，由美國特捷通訊（Tegic Communications）軟件公司開發(fā)，是目前小型嵌入式人機交互設(shè)備中常用的文字輸入法，可以直觀、簡捷、快速地輸入簡短文字。在研制基于STM32F107VCT6（以下簡稱STM32）芯片的人機交互設(shè)備時，需要輸入文字（主要是漢字）進行人機交互，但是可用的鍵盤已定型固化而且按鍵極其有限（僅有7個）。根據(jù)T9輸入法的基本原理，研究了一種利用有限鍵盤資源實現(xiàn)輸入漢、英文字的方案。

1 總體設(shè)計方案

硬件由4部分組成：中心控制芯片STM32F107VCT6、驅(qū)動芯片SSD1963QL9AU315AF控制的7寸480×240像素的TFT顯示屏、預裝中文字庫容量為64 Mb的W25Q64的FLASH芯片、簡單的鍵盤。其邏輯組成如圖1所示。程序的功能實現(xiàn)方面主要由4個功能模塊組成：STM32F107VCT6的系統(tǒng)驅(qū)動程序、TFT屏幕驅(qū)動和顯示程序、按鍵控制程序、T9輸入法程序。

圖1 系統(tǒng)硬件方框圖

本文的總體設(shè)計方案是外部鍵盤輸入、T9算法、存儲并顯示這3部分通過與STM32控制芯片的交互，實現(xiàn)文字的輸入、顯示與存儲。系統(tǒng)開始工作前先將點陣字庫文件存放到W25Q64芯片的FLASH中（通過SPI接口實現(xiàn)與STM32的信息交換）。系統(tǒng)啟動后，在TFT顯示屏上繪制T9輸入界面，包括提示信息和拼音輸入表，通過掃描按鍵得到輸入信號，利用T9算法得到存放在W25Q64的FLASH芯片中的字符點陣，并顯示在TFT屏幕上。

1.1 硬件設(shè)計

STM32F107VCT6是ST公司設(shè)計的一種低功耗、低成本的內(nèi)核為32位的Cortex-M3處理器，其最高工作頻率達72 MHz，內(nèi)部含有256 KB的FLASH和64 KB的SRAM，實時性好，且具有很強的中斷處理能力[1]，目前廣泛應(yīng)用于各種嵌入式和手持設(shè)備中，是本設(shè)計的核心部件。

W25Q64是華邦公司推出的大容量SPI FLASH產(chǎn)品，容量為8 MB，支持標準SPI，最大SPI時鐘可達80 MHz[1]，在本設(shè)計中則是利用STM32自帶的SPI來實現(xiàn)對外部FLASH W25Q64的讀寫。

本設(shè)計中，鍵盤由四向操縱桿的4個方向鍵和3個按鍵組成。文字的輸入需要借助TFT顯示屏上的光標位置并結(jié)合鍵盤操作來完成，是一種充分利用現(xiàn)有資源的集約設(shè)計。其中3個按鍵分別稱為確定1鍵、確定2鍵、輸入方式切換鍵，其具體功能如表1所列。

表1 鍵盤具體功能表

TFT顯示屏及其顯示芯片在本設(shè)計中作為外部存儲器使用，對TFT驅(qū)動芯片SSD1963QL9AU315AF的操作進行簡單編程，利用指針實現(xiàn)對TFT的讀寫操作。由于鍵盤已定型固化而且按鍵有限，因此本設(shè)計中TFT顯示屏還將結(jié)合鍵盤，模擬T9數(shù)字鍵盤的功能。

1.2 程序設(shè)計

本系統(tǒng)中，T9算法的代碼在ST公司自帶的庫文件上編寫。初始化階段先配置好STM32F107VCT6的內(nèi)部時鐘、SPI、鍵盤、W25Q64、TFT等設(shè)備的接口，并分別初始化啟動，進入到T9輸入法界面。設(shè)計的T9輸入法包括漢字拼音輸入和英文（含數(shù)字、標點、大小寫英文）兩種方式，并且兩種輸入方式可相互切換。

T9輸入法實際上就是一個查找、判斷輸入數(shù)字串與拼音組合之間的映射關(guān)系過程[4]。本設(shè)計中采用的是簡單的循環(huán)結(jié)構(gòu)[2]，首先通過掃描鍵盤獲得輸入信號，然后判斷是數(shù)字序列還是處理信號；若是數(shù)字序列則再判斷是漢字輸入狀態(tài)還是英文輸入狀態(tài)；根據(jù)輸入內(nèi)容不斷修正與拼音碼表及漢字排列表的映射關(guān)系進行定位，獲得文字的機內(nèi)碼并在數(shù)組中存儲；根據(jù)機內(nèi)碼在字庫中獲取相應(yīng)的點陣數(shù)組，在LCD顯示屏上顯示；若鍵盤輸入的是字符處理信號，則需要對已輸入的數(shù)字序列進行相應(yīng)的刪除、選擇等處理。算法的主體結(jié)構(gòu)流程如圖2所示。

圖2 T9輸入法主體結(jié)構(gòu)流程圖

2 T9輸入法的實現(xiàn)

T9輸入法的實現(xiàn)過程可看作是根據(jù)鍵盤輸入信號查找拼音組合，進而確定相應(yīng)漢字的過程，其中難點在于數(shù)字串到拼音的映射往往是多對多的映射關(guān)系，而拼音到同音的漢字排列表是一對多的映射關(guān)系。因此為了理清T9輸入法的基本映射原理，使文字的輸入過程更加明晰，可以將T9輸入法代碼從邏輯上分為3部分：拼音輸入與漢字查找的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（即碼表設(shè)計）、碼表的查找過程、界面顯示設(shè)計。

2.1 碼表設(shè)計中的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在T9輸入法中，采用漢語拼音的漢字輸入方式比較復雜。在輸入過程中，首先需要獲得正確組合的數(shù)字序列，根據(jù)數(shù)字序列找到對應(yīng)的拼音碼表進行初步定位，再根據(jù)該拼音碼在漢字庫中找到對應(yīng)的漢字，然后根據(jù)漢字的機內(nèi)碼到漢字字庫中查找漢字的點陣數(shù)組，這一過程稱為“碼表查找”。從保證碼表查找過程的簡捷、高效這一意義上講，碼表的設(shè)計是碼表查找的關(guān)鍵[3]。在T9算法的碼表設(shè)計里用到兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即拼音索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和漢字字模數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2.1.1 拼音索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

本文拼音索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個包括輸入數(shù)字序列、拼音、拼音碼表的結(jié)構(gòu)體，這三者構(gòu)成一個完整的三級映射關(guān)系。其定義如下：

其中具體的拼音索引表（部分）如下所示：

與拼音碼表對應(yīng)的漢字排列表（部分）如下所示：

2.1.2 漢字字模數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

漢字字模數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個包括漢字的機內(nèi)碼（兩個字節(jié)）、點陣碼的結(jié)構(gòu)體，其定義如下：

漢字的點陣碼數(shù)據(jù)是橫向取模，根據(jù)所用顯示屏特性，數(shù)據(jù)排列方式為從左到右、從上到下。以漢字“啊”為例，如下所示：

2.2 T9算法的查找流程與實現(xiàn)

在本設(shè)計中，一個輸入事件就是輸入一串外部信號，通過軟硬件的交互處理，在相應(yīng)的文本框中顯示與外部輸入信號對應(yīng)的文字。由于本設(shè)計中鍵盤有限，相同的操作在不同的環(huán)境下可能有不同的意義，因此為了更進一步明晰每一個外部信號的作用，輸入界面加入了其他成型的輸入設(shè)備中不常出現(xiàn)的“數(shù)字”、“當前索引”、“匹配數(shù)”等提示信息。圖3是本設(shè)計T9拼音輸入下輸入“互助相幫”文字過程中的顯示界面。

圖3 T9輸入法操作界面

py查找流程是一個隨著外部信號的輸入而不斷變化的動態(tài)過程，以輸入漢字“幫”為例，將T9輸入法的拼音輸入漢字的過程簡略概括如下：首先掃描鍵盤，結(jié)合光標在TFT顯示屏的位置，通過右鍵結(jié)合確定鍵2輸入數(shù)字串“2264”，根據(jù)數(shù)字串到py＿index型自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)py＿index3[]中搜索相應(yīng)的py和pymb，其中與“2264”對應(yīng)的py有兩種，即“bang”和“cang”，而其分別對應(yīng)的同音漢字也有兩組，具體情形參考2.1.1小節(jié)中的內(nèi)容。

在本設(shè)計自定義的拼音索引表py＿index＿li[]中，拼音順序按英文字母表順序排列。拼音“bang”的位置比“cang”靠前，是第一個匹配拼音（圖3中“當前索引”為1），即當前的“拼音匹配”。將當前“拼音匹配”“bang”音的漢字存放到數(shù)組u8 buf＿store[]中，并將前8個漢字，即“邦幫梆榜膀綁棒磅”分別按1至8的順序排列顯示（參見圖3）。掃描按鍵，如果是左鍵按下，則將“當前索引”修改為2，“拼音匹配”修改為“cang”，將拼音匹配“cang”音的漢字存放到數(shù)組u8 buf＿store[]中，并將其前8個漢字按順序排列顯示。若是光標1結(jié)合確定2鍵按下，即執(zhí)行刪除操作，則數(shù)字序列最后一位被刪去，變?yōu)椤?26”，其py有“ban”、“bao”、“can”、“cao”四種，其中“ban”為第一個匹配拼音，并顯示其前8個漢字。

選定拼音后（設(shè)選定“bang”），下一步需要選定漢字。掃描鍵盤，若輸入信號是確定1鍵按下，則會將“bang”音的前8個漢字按順序排列（參見圖3），而“幫”在“bang”音漢字數(shù)組｛"邦幫梆榜膀綁棒磅……"｝中排第2位，則利用右鍵將光標移動到2的位置，按下確定2鍵，即可利用賦值語句從存儲數(shù)組buf＿store[]中取出漢字“幫”的漢字機內(nèi)碼碼0xB0和0x EF；然后利用“幫”的漢字機內(nèi)碼到FLASH中存儲的GBHZ＿16[]中查找漢字“幫”的顯示點陣，將之顯示到顯示屏上，并存儲其漢字內(nèi)碼到u8 buf＿message[]中，從而完成一次完整拼音輸入、漢字查找并顯示的過程。具體過程如圖4所示。

圖4 T9輸入法“py”查找流程圖

英文輸入過程相對簡單，映射關(guān)系也相對清晰，可以參考py到pymb一對多的映射和搜索過程，在此不再贅述。

結(jié) 語

當前嵌入式人機交互設(shè)備在各行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，輸入法是不可或缺的重要組成部分，而商用輸入法的成本較高[5]且具有一定的安全風險，因此自行設(shè)計具備中英文切換功能的輸入法是很有必要的。鑒于此，根據(jù)T9輸入法的基本思想，本文介紹了一個比較簡單但能滿足基本文字交互要求的輸入法實現(xiàn)方案。本設(shè)計方案中所有程序代碼采用C語言編寫，代碼具有較強的可移植性，并可根據(jù)需要添加詞組和聯(lián)想功能，目前本方案己經(jīng)應(yīng)用在數(shù)種型號的嵌入式人機交互設(shè)備中。

[1]張洋，劉軍.原子教你玩STM32[M].北京：北京航空航天大學出版社，2013.

[2]張真波，李俊，倪宏，等.電視機遙控器中文輸入法的實現(xiàn)[J].計算機工程，2008，1（2）：278-280.

[3]甘亞輝.嵌入式中文拼音輸入法的設(shè)計[J].開發(fā)案例，2008，3（3）：84-85.

[4]李晨.嵌入式系統(tǒng)下中文拼音輸入法的設(shè)計與實現(xiàn)[J].航空電子技術(shù)，2009，12（4）：31-34.

[5]閔華松，童學才，陳啟卷.嵌入式中文輸入法設(shè)計[J].嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006，8（22）：41-43.