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UI 中文字体生成与配置

适用范围：STM32F4-Base 远程单色屏（160×160，1bpp，LV_COLOR_FORMAT_I1）的 LVGL 中文显示。 目标：把工程实际用到的汉字生成子集化 1bpp 位图字体，挂到 LV_FONT_DEFAULT，使菜单/标签正常显示中文并推流到客户端。

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1. 背景

• LVGL 内置字体（Montserrat 等）不含中文；LV_FONT_SIMSUN_16_CJK 等全字库体积过大，不适合 160×160 小屏。
• 本工程显示是 1bpp 单色：像素 1=亮(白)/0=暗(黑)，与客户端 mono_to_png 的 1→白 语义一致。
• 方案：用 lv_font_conv 把系统中文字体（宋体 SimSun）按"实际用到的汉字 + ASCII"子集，生成 1bpp 的 LVGL 字体 .c。

生成产物：Drivers/BSP/UI/ui_font_cn_12.c（变量名 ui_font_cn_12）。

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2. 工具准备

2.1 工具与环境确认

工具	用途	安装
Node.js (≥ v14)	运行 lv_font_conv	已具备
lv_font_conv	TTF/OTF → LVGL 字体 .c（官方离线转换器）	npm i -g lv_font_conv
Python fontTools	make_font.py 读取 .ttc 集合时抽取单字重（仅在字库为 .ttc 时需要）	pip install fonttools

安装完成后验证可用：lv_font_conv -h 能打印用法即成功。

Python 解释器（统一入口）：用仓库内 .venv（已装 fontTools，见 AGENTS.md「Python 环境」）：

& '.venv\Scripts\python.exe' tools/font_gen/make_font.py

PATH 默认 python 是 msys64 的（无 fonttools），直接跑会失败。.venv 缺失/换机时重建：& <本机任一 python ≥3.10> -m venv .venv; & '.venv\Scripts\python.exe' -m pip install -r requirements.txt（requirements.txt 已含 pre-commit，重建后 主界面门禁直接可跑）。 extract_cn.py 纯标准库，任意 python3 均可。

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3. 提取字符集（只取会显示的汉字）

已落库脚本 tools/font_gen/extract_cn.py：扫描 Drivers/BSP/UI/*.c/.h 与 App/task/ui_task.c/.h 中字符串字面量里的非 ASCII 字符，跳过 /* */、// 注释与字符常量（避免把注释里的汉字也打进字体、徒增体积），输出 <仓库根>/ui_cn_chars.txt。脚本自动定位仓库根，可在任意目录运行。

执行命令（在仓库根目录）：

python tools/font_gen/extract_cn.py

输出示例：

scanned 13 files; unique non-ASCII chars: 78
-> D:\Code\DTU Code\STM32F4-Base\ui_cn_chars.txt

产物 ui_cn_chars.txt 为本工程实际显示的汉字清单（当前 224 字，含 ▶/，/： 等符号；2026-10-29 录波 UI 道 +6 字（218→224）；2026-10-28 UI 补齐批「记录 5 页 + 运行报告」+33 字，185→218——本行旧数 183 是未回填的历史值，改前实测 185；其中 60 字为 2026-10-25 按页面扩充规划显示串预置，同日道E 落 SOE 记录显示名映射时新用 采/样/恢/效 4 字；清单里源码暂未在用的字由 font-charset 门禁记 WARN 放行），可留作字符集记录。

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4. 生成字体

已落库脚本 tools/font_gen/make_font.py：自动定位 lv_font_conv（全局安装或 PATH）、自动处理宋体 .ttc 的 face0 抽取，直接生成 Drivers/BSP/UI/ui_font_cn_12.c。

前置依赖（仅需一次，统一装进仓库 .venv）：

npm i -g lv_font_conv     # TTF/OTF -> LVGL 字体 离线转换器
.venv\Scripts\python.exe -m pip install fonttools   # 仅当使用 .ttc 集合字体（如宋体）时需要；已含于 requirements.txt

若 npm i -g lv_font_conv 报代理错误，先清代理：npm config delete proxy / npm config delete https-proxy。

执行命令（在仓库根目录，用 §2.1 的 .venv 解释器）：

& '.venv\Scripts\python.exe' tools/font_gen/make_font.py            # 默认：宋体, 12px, 1bpp
& '.venv\Scripts\python.exe' tools/font_gen/make_font.py --bpp 2    # 宋体细笔画发虚时改用 2bpp
& '.venv\Scripts\python.exe' tools/font_gen/make_font.py --font C:/path/to/font.ttf   # 换其他字体

输出示例：

extracted SimSun regular (face0) -> C:\Users\...\Temp\simsun_regular.ttf
RUN: lv_font_conv.cmd --font ... --size 12 --bpp 1 -r 0x20-0x7E --symbols ... --no-compress --format lvgl --lv-font-name ui_font_cn_12 -o ...\ui_font_cn_12.c
已合并箭头 U+25B6：位图+10 字节，glyph_id=313
U+FF0C '，' 已可经既有 cmap 解析，跳过合并
OK 67325 bytes -> ...\Drivers\BSP\UI\ui_font_cn_12.c

▶ 箭头自动合并：宋体（simsun.ttc）没有 U+25B6（▶）字形，lv_font_conv 会静默跳过 → 真机显示成方框。make_font.py 在生成后自动调用 merge_arrow_glyph()，把从 Segoe UI Symbol（seguisym.ttf，Windows 自带）预提取的箭头字形（位图 10 字节 + glyph_dsc + cmap）补回 ui_font_cn_12.c。该合并幂等（已存在则跳过），所以重生成字体后箭头不会丢。换用自带 ▶ 的字体（如黑体/Segoe）时可忽略此步。

低码位符号自动合并：lv_font_conv 的稀疏 cmap 从符号集最小码位起算，低于该起点的符号被静默丢弃（实测 U+3001/U+FF0C 等：U+FF0C 全角逗号 < 0x4E2D 范围起点时丢失，页脚"第 X 页，共 Y 页"的逗号长期渲染为空白）。make_font.py 的 merge_extra_symbols() 对每个此类符号单独生成迷你字体（真实宋体位图/度量），再并入主字体（位图 + glyph_dsc + 单码位 cmap），同样幂等。新增此类符号时把它加入脚本的 EXTRA_SYMBOLS 列表即可。两条 2026-10-25 规则：合并前先用 _cmap_lookup_gid() 判可达（可达即跳过，不产生死条目）；新 cmap 条目插到第一个包含该码位的既有 range 之前——LVGL get_glyph_dsc_id() 线性扫描、首个包含码位的 range 直接返回，追加在宽稀疏 range 之后的条目永远轮不到（见文末事故记录）。

生成后覆盖率断言：make_font.py 在合并后调用 verify_coverage()——解析生成字体的 cmap，校验 ui_cn_chars.txt 的全部码位都进了字体，缺一个即以非零退出码报错（列出 U+XXXX）。把 lv_font_conv 的静默丢字（低码位、源字体缺字形）从"上线后才发现空白"变成"生成期硬错误"。判据自 2026-10-25 起按 LVGL 首命中语义解析（进了某个 range ≠ 能渲染：旧判据下 cmap 条目顺序倒置可全绿而上屏全方框，见文末事故记录）。

参数说明：

• --bpp 1：单色无抗锯齿；体积最小。注意 lv_font_conv 在 1bpp 下斜线/细笔画偶发"丢像素"，宋体尤甚。
• --bpp 2/3：字形带灰度，渲染到 1bpp 屏时按 LV_DRAW_SW_I1_LUM_THRESHOLD 阈值化，笔画更连贯；子集仅几十~上百字，体积仍很小。
• --no-compress：关闭内置压缩，规避 LV_FONT_COMPRESSED 未启用导致的兼容问题。
• --lv-font-name ui_font_cn_12：生成的 lv_font_t 变量名，须与下面 LV_FONT_DECLARE 一致。

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5. 配置接入

5.1 声明与设为默认字体（Lib/lv_conf.h）

该文件当前为 UTF-8（带 BOM）。历史上它曾为 GBK，且工作区版本因某次整文件文本重写导致中文注释被 U+FFFD 不可逆损坏（HEAD 中的 GBK 版本仍干净）。

损坏恢复：若二次损坏，不要用整文件文本重写。正确做法： git show HEAD:Lib/lv_conf.h 以 gbk 解码得到干净中文 → 叠加第 5.1 节的字体配置改动 → 重新写为 utf-8-sig（UTF-8 带 BOM）。这样中文可完整恢复，不会引入 U+FFFD。

/* 自定义中文 1bpp 字体：由 lv_font_conv 生成（ASCII + 本工程所需汉字子集） */
#define LV_FONT_CUSTOM_DECLARE   LV_FONT_DECLARE(ui_font_cn_12)

/* 默认字体：中文 1bpp 子集字体（已含 ASCII），菜单/标签均使用它 */
#define LV_FONT_DEFAULT &ui_font_cn_12

字体 .c 自身通过 #ifndef UI_FONT_CN_12 自包含，编译进工程即生效；无需额外 #include。

5.2 加入 Keil 工程

MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx 的 Drivers/BSP/UI 组追加（纯 ASCII 插入）：

<File>
  <FileName>ui_font_cn_12.c</FileName>
  <FileType>1</FileType>
  <FilePath>..\Drivers\BSP\UI\ui_font_cn_12.c</FilePath>
</File>

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6. 编译验证

@build          # = keil-build skill（.dsh/skills/keil-build/scripts/keil_build.py），调用 UV4 全量重建

要求：0 Error(s), 0 Warning(s)。重新生成/修改字体或 lv_conf.h 后务必重建验证。当前已验证通过，ui_font_cn_12.c 正常编入。

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7. 注意事项

1. 1bpp 细笔画发虚：宋体在 1bpp 下可能丢像素。若上板/客户端中文偏淡，把第 4 节 --bpp 改为 2 重生成即可（子集小，体积可接受）。
2. 字符集变更：以后新增中文菜单项，须重跑第 3、4 节（重新提取 ui_cn_chars.txt 并生成），否则新字显示为方框。
3. 编码：UI 源文件须为 UTF-8（带 BOM），LVGL 按 UTF-8 解码中文串；字体 .c 为纯 ASCII，无编码风险。当前 Keil 已加 Misc Controls 抑制项，无需额外 --locale=english。
4. 字体体积：12px + 1bpp + 224 个汉字/符号（不含 ASCII——ASCII 0x20~0x7E 由 make_font 的 -r 参数一并打进子集， 故字形数 = 224 + 95 = 319，glyph_dsc 数组实含 notdef 共 320 条；2026-10-29 录波 UI 道实测)源文件 ≈ 67.1KB（2026-10-29 实测 68,729 B；改前 185 字/280 字形/58.2KB，旧文本 183 字/278 字形系未回填）；ROM 增量以 .map 为准（2026-10-25 扩 60 字实测 RO-data +1,528 B、RAM 0；同日 SOE 显示名再用 4 字实测 RO-data +108 B、RAM 0——1bpp 12px 一个字约 27 B，含字形描述符）；改 bpp 2 约翻倍，仍在 F407 Flash 余量内。
5. 换字体：黑体用 simhei.ttf（单文件免抽取）；其余字体同理替换 --font 路径后重生成。

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8. 文件清单

文件	说明
Drivers/BSP/UI/ui_font_cn_12.c	生成的中文 1bpp 字体（变量 ui_font_cn_12）
Lib/lv_conf.h	字体声明与默认字体配置
MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx	UI 组包含该字体 .c
ui_cn_chars.txt（工程根）	实际显示汉字清单记录（可删）
tools/font_gen/extract_cn.py	提取字符集脚本（见第 3 节）
tools/font_gen/make_font.py	生成字体脚本，自动定位 lv_font_conv 并处理 .ttc（见第 4 节）

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重生成前的安全流程（2026-10-15 实测沉淀）

字体是生成物，但它进的是像素基线 + 台架可见效果。工具链一旦漂移，损失的是"保留字形静默变化"——而这种变化编译和链接都不报错。下面四步是必做项，不是可选：

1. 仓库外 dry-run：先在临时目录搭一个最小生成器根（拷 tools/font_gen 两脚本 + 目标 ui_cn_chars.txt；make_font 的 ROOT 由自身位置推导，所以整目录拷走即可独立运行），在沙箱里跑完整生成链，确认 rc / coverage / 字节数 / BOM / LF / EF BF BD 全部正确，才允许在仓库内跑正路。
2. 确定性实证：沙箱产物与仓库产物做 sha256 对比。一致即证明生成器确定性，之后任何 A/B 对比都可以用"快照 + 字节级还原"，不必重新生成。
3. 逐码位结构对账（关键一步）：解析新旧字体 .c 的 glyph_bitmap（按 /* U+XXXX */ 注释切块）与 glyph_dsc，断言三件事——删除集 == 预期字符集、其余码位位图字节零差异、度量多重集不变。这一步把"golden 应该不变"从期望升级为结构证明，golden 跑出来只是复核。换工具版本（例如新装 lv_font_conv）时此项必做——它能照出"工具版本漂移导致保留字形悄悄变化"，那才是真正会刷爆 golden 的事故源。
4. A/B 必须同树：并行开发时千万不要拿别人给的"绿灯基线数"当 before——那个数可能已经含了本次改动（实测照出过这种情况，见下）。正确做法：git show HEAD:<字体路径> 字节级换回旧产物 → 在同一棵当前树重跑 before → sha256 校验换回新产物跑 after。

口径：字体源文件字节数 ≠ ROM 降幅。 源文件 ~45 KB 编到 .constdata 只有 ~4.5 KB，剔 3 个字形的真实降幅是百字节量级（实测 ER_IROM1 −80 B、字体对象 RO −81 B，与"3 字 × ~25 B 位图 + 3 × 12 B 描述符、对齐后"预测吻合）。报尺寸变化一律用 .map 的 ER_IROM1 / 对象 RO，不要把源文件字节数当成 Flash 增量。

保留字形（KEEP_EXTRA）的存在理由：ui_cn_chars.txt 里除了"源码在用"，还可能有刻意保留的字——当前为 异 / 常 / 片 / 芯，因为它们曾在 2026-09-14 9eb1bd63 被写进中文自检描述落盘 /log/selftest.log（定长 64 B 记录跨固件升级持久），删字形会使历史故障记录渲染空白且不可逆。scripts/check_font_charset.py 把这类字按必需处理：既照"缺字"，也照"保留字被静默剔除"（严格模式下 FAIL 并逐字打印保留理由）。 所以"只跑 extract_cn 重新生成字符集"会把保留字洗掉——这是本流程最容易犯的错，钩子就是为了挡住它。--strict 的判据因此是"未知冗余 = 0"，而不是"冗余 = 0"。

2026-10-25 实测事故（扩字 Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ，页面扩充预置字批）：新字 Ⅰ(U+2160) 低于既有最小码位，稀疏 cmap range 起点由 0x4E09 下探到 0x2160，把宋体缺字补回的 U+25B6 单码位条目吞进了宽 range——旧 verify_coverage() 判"进了 range 即覆盖"全绿，模拟器/真机箭头却全变方框（菜单截图 658 px 差异，A/B 同树定位）。根因：LVGL get_glyph_dsc_id() 线性扫描 cmaps[]，首个包含码位的 range 直接返回，其 sparse 列表缺该码位也不再向后找。修复：_insert_cmap_entry() 把补回条目插到包含它的 range 之前 + _cmap_lookup_gid() 可达性守卫（可达即跳过合并且不再追加死条目）+ verify_coverage() 改按首命中语义。结论：低于最小码位的扩字 = cmap 结构变更，结构对账（第 3 步）照不出解析路径倒置，模拟器像素回归必跑。