基于CortexM3的SD卡圖片瀏覽器

　　引言

　　目前，對于圖片解碼器的研究主要是針對PC環(huán)境，設(shè)計工作只是在原有基礎(chǔ)上的升級，對系統(tǒng)和硬件的考慮較少，不能在嵌入式系統(tǒng)中直接實現(xiàn)。本文設(shè)計了一種嵌入式圖片解碼器。通過FatFs文件系統(tǒng)識別圖片文件的格式，調(diào)用相應(yīng)的格式解碼單元實現(xiàn)圖像重構(gòu)，并在TFT液晶顯示器上進(jìn)行顯示。

　　1系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)的核心CPU采用LM3S8962，具有豐富的外圍接口以及多種片內(nèi)的硬件接口功能(如UART、SPI、I2C、PWM等)。整個系統(tǒng)的硬件電路包括SD卡電路、TFT液晶顯示電路、獨(dú)立按鍵電路。

　　SD卡有兩種工作模式，即SD和SPI模式。由于LM3S8962具有SPI接口，為此該嵌入式系統(tǒng)采用SPI模式。SD卡電路如圖1所示。SD卡的信號檢測線CARD_INSERT接CPU的PG0端口，CARD_WP檢測卡寫保護(hù)接CPU的PE2。SD卡的供電電路采用P型MOS管2SJ355的可控電路，由CARD_Power跳接CPU的PG1腳進(jìn)行控制。片選線CARD_CS接CPU的PA3。時鐘信號CARD_SCK接CPU的PA2。SPI主機(jī)輸出從機(jī)輸入CARD_MOSI、主機(jī)輸入從機(jī)輸出CARD_MISO分別接CPU的PA5、PA4。

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　　圖1SD卡電路

　　1.2TFT液晶顯示電路及獨(dú)立按鍵電路

　　TFT液晶顯示電路中,顯示器的數(shù)據(jù)線D0~D7接CPU的PB0~PB7，地址線A0~A7接CPU的PC0~PC7。TFT背面板LED+、TFT驅(qū)動電源都采用3.3V供電。獨(dú)立按鍵為CPU的PD0~PD3口，當(dāng)按鍵被按下時，CPU檢測到的引腳為低電平。

　　2軟件設(shè)計

　　為使整個系統(tǒng)正常讀取SD卡的數(shù)據(jù)文件和目錄，需再創(chuàng)建一個可被Windows操作系統(tǒng)認(rèn)知的文件系統(tǒng)?？紤]到兼容性和方便性，本設(shè)計在μC/OSII操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上移植了一種小型嵌入式文件系統(tǒng)FatFs。該文件系統(tǒng)具有支持多種操作系統(tǒng)、易于移植和存儲速度快的特點(diǎn)。

　　2.1SD卡驅(qū)動設(shè)計

　　SD卡驅(qū)動不但需要完成SD卡控制器中相應(yīng)寄存器的設(shè)置和向SD卡發(fā)送命令，還要實現(xiàn)SD卡的初始化、讀寫等操作。目的是為其上層提供相應(yīng)的功能函數(shù)，屏蔽直接對硬件的具體操作。SD卡的驅(qū)動使用了ZLG/SD的MMC/SD的軟件包。軟件包中提供一些常用的API函數(shù)，只需調(diào)用相關(guān)的API函數(shù)就可以實現(xiàn)對SD卡的訪問，其中包括SD_Initialize(初始化SD卡)、SD_ReadBlock(讀SD卡的一個塊)、SD_WriteBlock(寫SD卡的一個塊)、SD_EraseBlock(擦除SD卡的多個塊)等。

　　2.2FatFs文件系統(tǒng)設(shè)計

　　FatFs是一個開源的文件管理系統(tǒng)，常用于小型嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)文件系統(tǒng)，支持FAT12、FAT16、FAT32，遵循ANSIC標(biāo)準(zhǔn)，不依賴于硬件平臺。對FatFs的移植，首先需要定義數(shù)據(jù)類型并與CPU.H的數(shù)據(jù)類型匹配;其次，使FatFs中的底層函數(shù)直接調(diào)用ZLG/SD軟件包的函數(shù)。例如：

　　DRESULTdisk_read(BYTEdrv,BYTE*buff,DWORDsector,BYTEcount){

　　if(count==1){

　　SD_ReadBlock(sector,buff);//讀取SD卡的一個塊，調(diào)用SD_ReadBlock

　　}

　　else{

　　SD_ReadMultiBlock(sector,count,buff);//讀取SD卡的多個塊，調(diào)用SD_ReadMultiBlock

　　}

　　returnFALSE;

　　}

　　由于篇幅有限，底層函數(shù)調(diào)用SD軟件包的函數(shù)不一一列出。通過這些操作就可以調(diào)用f_open、f_read、f_write等函數(shù)來進(jìn)行文件的創(chuàng)建、讀寫等操作。

　　3圖片解碼分析

　　3.1JPG格式的分析

　　JPEG專家組開發(fā)了2種基本的壓縮算法、2種數(shù)據(jù)編碼方法和4種編碼模式。在實際應(yīng)用中，絕大多數(shù)JPG圖像使用的是DCT(離散余弦變換)、Huffman(哈夫曼)編碼、順序模式。JPG編碼過程主要包括顏色轉(zhuǎn)換、DCT變換、量化、熵編碼及Huffman編碼等部分。

　　軟件實現(xiàn)圖像解碼的過程就是圖像編碼的逆過程，程序編程步驟如下：

　?、俪跏蓟疐atFs文件系統(tǒng)，并利用f_open函數(shù)打開jpg格式的文件，用f_read從JPG格式文件中讀取圖片編碼的相關(guān)信息，如圖像大小、量化表、Huffman表等。

　?、谧x取最小編碼單元數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行熵解碼、反量化、反離散余弦變換、YCrCb模式向RGB模式轉(zhuǎn)換等，并將最后的解碼數(shù)據(jù)保存至Buffer或直接輸出至顯示。

　　③不斷重復(fù)第②步過程，直至整張圖片解碼完畢。

　　3.2BMP格式的分析

　　BMP(Bitmap，位圖)是Windows采用的圖像文件格式。位圖文件由4個部分組成：位圖文件頭(bitmapfileheader)、位圖信息頭(bitmapinformationheader)、彩色表(colortable)和定義位圖的字節(jié)陣列。BMP圖像的色深，常見有1、4、8、16、24和32位，分別對應(yīng)單色、16色、256色、16位高彩色、24位真彩色和32位增強(qiáng)型真彩色。這就需要建立相應(yīng)的彩色表實現(xiàn)位圖的顯示。編程實現(xiàn)位圖顯示的步驟如下：

　　①初始化FatFs文件系統(tǒng)，并BMP格式文件中讀取圖片編碼的相關(guān)信息，如圖像像素數(shù)據(jù)、圖像位數(shù)、RGB值等。

　?、诟鶕?jù)像素索引定位相應(yīng)顏色在彩色表中的位置。文件定位到相應(yīng)彩色項，取出索引對應(yīng)的顏色。

　?、蹚奈募x取的RGB數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為TFT支持的格式(本系統(tǒng)選用的TFT支持RGB565格式)。在液晶上畫出該像素，直到畫完整個圖像為止。