Терминальная графика28.03.2017 19:48

Скажу сразу, может поначалу показаться это изобретением велосипеда, ведь есть прекрасная библиотека ncurses. Ничуть не умаляю её достоинств, но часто её возможности бывают слишком избыточны. Плюс она слабо переносима в контроллеры и там уж точно избыточна. А вот пару макросов и функций для работы с псевдографикой можно набросать и самим.

Постановка задачи

Методический пример

Пусть у нас есть контроллер, где к 8-ми разрядному порту подключены контактные датчики, которые могут принимать состояние ВКЛ и ВЫКЛ, есть аналоговый трёхосевой датчик, и мы должны выводить их состояние, плюс в контроллере есть время, дата, и мы хотим контролировать правильность отображения времени; и наконец там может случится событие (например сбой по питанию), где мы должны срочно информировать оператора. Подытожим:

• Состояние 8-ми пинов порта (on/off)
• Трёхосевой датчик (x, y, z) — отдельный вывод каждой оси
• Дата и время
• Сообщение оператору об ошибке

Вроде как идея понятна, но как это реализовать в терминале? А вот тут начинается настоящая магия!»А теперь надо обязательно дунуть! Если не дунуть, никакого чуда не произойдет! » Амаяк Акопян

Управляющие последовательности

Сегодня терминал представляет собой программу, которая может быть виртуальным терминалом, как в linux или терминалом, которая работает с СОМ-портом. Все эти терминалы, даже классический HyperTerminal отвечают некоторым стандартам. Как не сложно догадаться, такими терминалами нужно управлять. Есть обычные ASCII символы, которые отображаются на экране, а есть специальные последовательности символов, которые позволяют задавать координаты курсора, очищать экран, задавать цвет и т.п. В своих статьях на хабре и гиктаймс я уже неоднократно касался тем ESC-последовательностей. Мы их применяли в управлении дисплеем при написание драйверов под Linux (описание в спойлере, который никто не читал), и в статье про Дисплей покупателя для wifi-радио, который так же управляется ESC-последовательностями.

Если кто-то из вас застал времена BBS, то вы помните какие «красивые» были эти доски: цветные, у которых были определённые поля ввода-вывода информации и т.п. Вся эта радость выводилась с помощью таких Управляющих символов. Символ считается управляющим, если (до преобразования согласно таблице перекодировки) он содержит один из 14-и кодов: 00 (NUL), 0×07 (BEL), 0×08 (BS), 0×09 (HT), 0×0a (LF), 0×0b (VT), 0×0c (FF), 0×0d (CR), 0×0e (SO), 0×0f (SI), 0×18 (CAN), 0×1a (SUB), 0×1b (ESC), 0×7f (DEL). Нас интересует в первую очередь символ ESC=0×1b, '\033' или же '\e'. Подробнее о этих последовательностях можно прочитать в мануалах man console_codes, либо в интернете на русском.

Кроме управления курсором, можно ещё раскрашивать терминал в разные цвета (если он, конечно, цветной). Проверить цвета вашего терминала можно простейшим BASH-скриптом:

for fgbg in 38 48 ; do #Foreground/Background
	for color in {0..256} ; do #Colors
		#Display the color
		echo -en "\e[${fgbg};5;${color}m ${color}\t\e[0m"
		#Display 10 colors per lines
		if [ $((($color + 1) % 10)) == 0 ] ; then
			echo #New line
		fi
	done
	echo #New line
done
exit 0

Вот, вы уже владеете необходимой информацией, чтобы сделать весёлые пасхалки в BASH-скриптах, как например картинка, вынесенная в заголовок поста.

Оформим всё на си

#define home() 			printf(ESC "[H") //Move cursor to the indicated row, column (origin at 1,1)
#define clrscr()		printf(ESC "[2J") //lear the screen, move to (1,1)
#define gotoxy(x,y)		printf(ESC "[%d;%dH", y, x);
#define visible_cursor() printf(ESC "[?251");
//Set Display Attribute Mode	[{attr1};...;{attrn}m
#define resetcolor() printf(ESC "[0m")
#define set_display_atrib(color) 	printf(ESC "[%dm",color)

Сами атрибуты цветов закинем в отдельный заголовочный файл в виде отдельных макросов.

#ifndef __TERM_EXAMPLE__
#define __TERM_EXAMPLE__

#define ESC "\033"

//Format text
#define RESET 		0
#define BRIGHT 		1
#define DIM			2
#define UNDERSCORE	3
#define BLINK		4
#define REVERSE		5
#define HIDDEN		6

//Foreground Colours (text)

#define F_BLACK 	30
#define F_RED		31
#define F_GREEN		32
#define F_YELLOW	33
#define F_BLUE		34
#define F_MAGENTA 	35
#define F_CYAN		36
#define F_WHITE		37

//Background Colours
#define B_BLACK 	40
#define B_RED		41
#define B_GREEN		42
#define B_YELLOW	44
#define B_BLUE		44
#define B_MAGENTA 	45
#define B_CYAN		46
#define B_WHITE		47

#endif /*__TERM_EXAMPLE__*/

Сделаем небольшую програмку, демонстрирующую работу всех макросов.

int main (void) {
	home();
	clrscr();
	printf("Home + clrscr\n");
	gotoxy(20,7);
	printf("gotoxy(20,7)");
	
	gotoxy(1,10);
	printf("gotoxy(1,10)  \n\n");
	
	set_display_atrib(BRIGHT);
	printf("Formatting text:\n");
	resetcolor();
	
	set_display_atrib(BRIGHT);
	printf("Bold\n");
	resetcolor();
	
	set_display_atrib(DIM);
	printf("Dim\n");
	resetcolor();

	set_display_atrib(BLINK);
	printf("Blink\n");
	resetcolor();

	set_display_atrib(REVERSE);
	printf("Reverse\n");
	printf("\n");
	

	set_display_atrib(BRIGHT);
	printf("Text color example:\n");
	resetcolor();
	
	set_display_atrib(F_RED);
	printf("Red\n");
	resetcolor();
	
	set_display_atrib(F_GREEN);
	printf("Green\n");
	resetcolor();

	set_display_atrib(F_BLUE);
	printf("Blue\n");
	resetcolor();

	set_display_atrib(F_CYAN);
	printf("Cyan\n");
	resetcolor();

	set_display_atrib(BRIGHT);
	printf("\nBottom color example:\n");
	resetcolor();	
	
	set_display_atrib(B_RED);
	printf("Red\n");
	resetcolor();
	
	set_display_atrib(B_GREEN);
	printf("Green\n");
	resetcolor();

	set_display_atrib(B_BLUE);
	printf("Blue\n");
	resetcolor();

	set_display_atrib(B_CYAN);
	printf("Cyan\n");
	printf("\n");
	resetcolor();
	return 0;
}

Обращаю ваше внимание, что атрибуты текста следует сбрасывать, иначе они наследуются!

Симуляция данных выводимых контроллером

Дело стало за малым, набросать программу, которая будет отвечать нашему ТЗ: выводить состояние пинов порта, акселерометр, дата и время, сообщение об ошибке. Код написан таким образом, что легко может быть перенесён на любой контроллер. Не буду загромождать текст кусками кода, тем более что можно его легко посмотреть на github, остановлюсь только на некоторых моментах.

В функции main мы переводим курсор в левый верхний угол, затем очищаем экран и рисуем рамку с помощью функции frame_draw ();. Рамку данных мы рисуем только один раз, потом все данные выводим просто каждую в своей позиции. После передаём управление функции controller_emulator ();.

В функции controller_emulator (); мы каждые 30 секунд меняем сообщение пользователю с хорошо на ошибку, генерируем данные в порт (там реализован «бегущий» бит) и генерируем случайные числа на акселерометре. Вы можете легко переписать эту функцию под свои задачи. Выводим все данные с помощью трёх функций:

		print_accelerometer(a);
		print_port_bits(port);
		print_time_date(tm_info);

void frame_draw () {
	home();
	set_display_atrib(B_BLUE);
//            123456789012345678901
	puts(	"┌─────────┐┌─────────┐\n" //0
		"│         ││         │\n" //1
		"│         ││         │\n" //2
		"│         ││         │\n" //3
		"│         │├─────────┤\n" //4
		"│         ││         │\n" //5
		"│         ││         │\n" //6
		"│         ││         │\n" //7
		"│         ││         │\n" //8
		"└─────────┘└─────────┘\n" //9
		"┌────────────────────┐\n" //10
		"│                    │\n" //11
		"└────────────────────┘");  //12
	resetcolor();
}

void print_port_bits (unsigned char port) {
	int i;
	unsigned char maxPow = 1<<(8-1);
	set_display_atrib(B_BLUE);
	set_display_atrib(BRIGHT);
	for(i=0;i<8;++i){
		// print last bit and shift left.
		gotoxy(2,2 + i);
		if (port & maxPow) {
			set_display_atrib(F_GREEN);
			printf("pin%d= on ",i);
		} else {
			set_display_atrib(F_RED);
			printf("pin%d= off",i);			
		}
		port = port<<1;
	}
	resetcolor();
}

Результат работы программы лучше посмотреть самостоятельно, как и код. Но тем кому лень git-ить программу и хочет просто посмотреть как это работает, я привожу гифку работы:

Что хочу отметить, что все позиции обозначайте #define и лучше всего, чтобы они рассчитывались от какой-то позиции. Таким образом, вы сможете перемещать вывод данных в нужное место, не перепахивая весь код, а просто изменив макросы в одном месте.

Итого

На мой взгляд, знать механизмы взаимодействия с терминальными программами нужно и полезно. Особенно разработчикам контроллеров и встраиваемых решений, где отладка программ чаще всего осуществляется с помощью СОМ-порта и его производных.

Полезные ссылки:

1. Управляющие и ESC-последовательности консоли Linux
2. Как раскрасить консоль и всё об атрибутах цвета с примерами
3. Пример программы из данной статьи
4. Пример создания пасхалки в bash-скрипте

Комментарии (1)

• Meklon

  28 марта 2017 в 19:16

  +2

  ↑

  ↓

  Надо для Python подумать. Спасибо) как раз надо подключать датчик.