【紫光同創(chuàng)國(guó)產(chǎn)FPGA教程】【第十四章】SD卡讀取BMP圖片顯示例程

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1. 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

在前面的實(shí)驗(yàn)中我們練習(xí)了SD卡讀寫，HDMI視頻顯示等例程，本實(shí)驗(yàn)將SD卡里的BMP圖片讀出，寫入到外部存儲(chǔ)器，再通過(guò)HDMI、LCD等顯示。

本實(shí)驗(yàn)如果通過(guò)液晶屏顯示，需要有液晶屏模塊。

2. 實(shí)驗(yàn)原理

在前面的實(shí)驗(yàn)中我們?cè)贖DMI、LCD上顯示的是彩條，是FPGA內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，本實(shí)驗(yàn)將彩條替換為SD內(nèi)的BMP圖片數(shù)據(jù)，但是SD卡讀取速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足顯示速度的要求，只能先寫入外部高速RAM，再讀出后給視頻時(shí)序模塊顯示。

BMP圖片格式

本實(shí)驗(yàn)直接在SD卡中搜索BMP文件，假設(shè)每個(gè)文件都是從SD的某個(gè)扇區(qū)第一個(gè)字節(jié)開始，根據(jù)BMP文件頭的特征找到BMP。

BMP（全稱Bitmap）是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，可以分成兩類：設(shè)備相關(guān)位圖（DDB）和設(shè)備無(wú)關(guān)位圖（DIB），使用非常廣。它采用位映射存儲(chǔ)格式，除了圖像深度可選以外，不采用其他任何壓縮，因此，BMP文件所占用的空間很大。BMP文件的圖像深度可選1bit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序。由于BMP文件格式是Windows環(huán)境中交換與圖有關(guān)的數(shù)據(jù)的一種標(biāo)準(zhǔn)，因此在Windows環(huán)境中運(yùn)行的圖形圖像軟件都支持BMP圖像格式。

對(duì)于程序設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)最重要的是找到BMP文件頭，BMP圖像文件頭格式如下：

1）1-2：(這里的數(shù)字代表的是字節(jié)，下同）圖像文件頭。0x4d42=’BM’，表示是Windows支持的BMP格式。(注意：查ascii表B 0x42,M 0x4d,bfType 為兩個(gè)字節(jié)，B為low字節(jié)，M為high字節(jié)所以bfType=0x4D42，而不是0x424D，請(qǐng)注意)

2）3-6：整個(gè)文件大小。4690 0000，為00009046h=36934。

3）7-8：保留，必須設(shè)置為0。

4）9-10：保留，必須設(shè)置為0。

5）11-14：從文件開始到位圖數(shù)據(jù)之間的偏移量(14+40+4*（2^biBitCount）)(在有顏色板的情況下)。4600 0000，為00000046h=70，上面的文件頭就是35字=70字節(jié)。

位圖信息頭

6）15-18：位圖圖信息頭長(zhǎng)度。

7) 19-22：位圖寬度，以像素為單位。8000 0000，為00000080h=128。

8）23-26：位圖高度，以像素為單位。9000 0000，為00000090h=144。

9）27-28：位圖的位面數(shù)，該值總是1。0100，為0001h=1。

10）29-30：每個(gè)像素的位數(shù)。有1（單色），4（16色），8（256色），16（64K色，高彩色），24（16M色，真彩色），32（4096M色，增強(qiáng)型真彩色）。1000為0010h=16。

11）31-34：壓縮說(shuō)明：有0（不壓縮），1（RLE 8，8位RLE壓縮），2（RLE 4，4位RLE壓縮，3（Bitfields，位域存放）。

12）35-38：用字節(jié)數(shù)表示的位圖數(shù)據(jù)的大小，該數(shù)必須是4的倍數(shù)，數(shù)值上等于:一行所占的字節(jié)數(shù)×位圖高度。0090 0000為00009000h=80×90×2h=36864。假設(shè)位圖是24位,寬為41，高為30，則數(shù)值= (biWidth*biBitCount+31)/32*4*biHeight,即=(41*24+31)/32*4*30=3720

13）39-42：用象素/米表示的水平分辨率。A00F 0000為0000 0FA0h=4000。

14）43-46：用象素/米表示的垂直分辨率。A00F 0000為0000 0FA0h=4000。

15）47-50：位圖使用的顏色索引數(shù)。設(shè)為0的話，則說(shuō)明使用所有調(diào)色板項(xiàng)。

16）51-54：對(duì)圖象顯示有重要影響的顏色索引的數(shù)目。如果是0，表示都重要。

本實(shí)驗(yàn)使用不壓縮，24（16M色，真彩色）的BMP圖片，文件頭大小是54個(gè)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)為“BM”，緊接著4個(gè)字節(jié)是文件大小，19-22字節(jié)為圖片寬度，這些信息是程序設(shè)計(jì)中要使用的重要信息。

3. 程序設(shè)計(jì)

由于SD卡讀寫實(shí)驗(yàn)，HDMI、LCD顯示實(shí)驗(yàn)種我們已經(jīng)練習(xí)過(guò)SD卡和視頻相關(guān)知識(shí)，這里不再講解。

本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)模塊是BMP圖片讀取模塊bmp_read，bmp_read模塊完成SD卡中讀取一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)，然后和BMP的文件頭對(duì)比，如果前2個(gè)字節(jié)等于“BM”，然后再找到19-22字節(jié)，對(duì)比圖片的寬度和輸入要求的寬度是否一致，如果一致就認(rèn)為找到一張BMP圖片，讀取出來(lái)，去掉前面54字節(jié)的文件頭，寫入外部存儲(chǔ)器。

bmp_read狀態(tài)機(jī)如下所示，有搜索命令以后，進(jìn)入搜索狀態(tài)“S_FIND”,開始不斷地讀取SD卡，找到符合要求的BMP圖片，找到以后進(jìn)入“S_READ_WAIT”，判斷FIFO空間大小，如果FIFO空間足夠大，進(jìn)入“S_READ”狀態(tài)。

bmp_read模塊狀態(tài)機(jī)

bmp_read模塊端口

video_timing_data模塊完成視頻時(shí)序到FIFO讀取的信號(hào)的轉(zhuǎn)換，主要原理就是把視頻時(shí)序中的“DE”做為FIFO的讀信號(hào)，但是讀出的數(shù)據(jù)會(huì)有延時(shí)，所以做了相應(yīng)的對(duì)齊處理。

4. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

1）格式化sd卡（fat32格式），sd卡必須是2.0以上的版本（容量大于4G）

2）把BMP格式文件放到sd卡中，需要注意，BMP圖片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是倒序，所以先用圖片處理工具上下顛倒一下。根據(jù)顯示輸出不同的分辨率，放置不同分辨率的圖片，HDMI輸出采用1024x768分辨率，7寸液晶屏模塊AN070分辨率是800x480,4.3寸液晶屏模塊AN430分辨率是480x272。

3）將準(zhǔn)備好的sd卡注入開發(fā)板的sd卡槽（sd卡不能帶電插拔），上電，下載實(shí)驗(yàn)程序，等待LED1變亮?xí)r，按下KEY2，這個(gè)時(shí)候LED2會(huì)變亮，表示正在搜索BMP文件，如果找到BMP圖片LED1、LED2會(huì)顯示會(huì)同時(shí)亮，這時(shí)候顯示器（或者液晶屏模塊，根據(jù)實(shí)驗(yàn)工程選擇，連接方法在《HDMI測(cè)試實(shí)驗(yàn)教程》中已講述）就會(huì)顯示相應(yīng)的圖片。如果sd卡內(nèi)有多張BMP，可以再次按按鍵KEY2，會(huì)顯示下一張圖片。

開發(fā)板

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