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bmp文件头_「正点原子FPGA连载」第十九章SD卡读BMP图片LCD显示

發布時間：2023/11/27 生活经验 35 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 bmp文件头_「正点原子FPGA连载」第十九章SD卡读BMP图片LCD显示小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

1)摘自【正點原子】領航者 ZYNQ 之嵌入式開發指南

2)實驗平臺：正點原子領航者ZYNQ開發板
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第十九章SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗
在“SD卡讀寫TXT文本實驗”中，我們利用FATFS在SD卡中實現了TXT文本的創建、寫入與讀取。在本次實驗中，我們將學習如何從SD卡中讀取BMP圖片，并將其顯示在LCD上。
本章包括以下幾個部分：
1919.1簡介
19.2實驗任務
19.3硬件設計
19.4軟件設計
19.5下載驗證
19.1簡介
我們常用的圖片格式有很多，一般最常用的有三種：JPEG(或JPG)、BMP和GIF。其中JPEG(或JPG)和BMP是靜態圖片，而GIF則是可以實現動態圖片。在本次實驗中，我們選擇使用BMP圖片格式。
BMP(全稱Bitmap)是Window操作系統中的標準圖像文件格式，文件后綴名為“.bmp”，使用非常廣。它采用位映射存儲格式，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，但是沒有失真。BMP文件的圖像深度可選lbit、4bit、8bit、16bit、24bit及32bit。BMP文件存儲數據時，圖像的掃描方式是按從下到上、從左到右的順序。
典型的BMP圖像文件由四部分組成：　　
1、BMP文件頭，它包含BMP圖像文件的類型、大小等信息；
2、BMP信息頭，它包含有BMP圖像的寬、高、壓縮方法，以及定義顏色等信息；
3、調色板，這個部分是可選的，如果使用索引來表示圖像，調色板就是索引與其對應顏色的映射表；　　
4、位圖數據，即圖像數據，在位深度為24位時直接使用RGB格式，而小于24位時使用調色板中顏色的索引值。
各個部分的大小如下圖所示：

圖 19.1.1 BMP文件各部分及其大小

我們一般見到的圖像以24位圖像為主，即R、G、B三種顏色各用8個bit來表示，這樣的圖像我們稱之為真彩色。在這種情況下是不需要調色板的，位圖信息頭后面緊跟的就是位圖數據了。也就是說，位圖文件從文件頭開始偏移54個字節就是圖像數據了。在這里我們就以一幅24位BMP圖片為例，如圖 19.1.2所示，詳細介紹其文件結構。

圖 19.1.2 示例圖片：24位BMP圖片

首先我們來看一下該圖片在Window中的屬性信息，如下圖所示：

圖 19.1.3 示例圖片屬性

圖 19.1.3中包括BMP圖片的文件屬性以及其圖像屬性，文件大小為1.09MB，圖像分辨率為800*480，每個像素點的顏色使用24位表示。
接下來，我們使用Notepad++以十六進制格式打開該BMP文件，如下圖所示：

圖 19.1.4 示例圖片16進制數據

圖 19.1.4中紅色矩形區域為BMP文件頭，共14字節；藍色區域為BMP信息頭，共40字節；剩余部分為圖像數據。左下角紅色橢圓區域表明整個BMP文件共1152054個字節，除去文件頭和信息頭所占的54個字節，圖像數據為1152000字節。由于示例圖片每個像素點使用3個字節表示顏色，因此我們可以計算出圖像數據的大小為800*480*3 = 1152000字節，與Notepad++中計算得到的結果一致。
首先來了解一下BMP文件頭的數據結構，如下表所示：

表 19.1.1 BMP文件頭數據結構

我們將表 19.1.1中橙色區域與下圖矩形區域中的數據一一對應：

圖 19.1.5 BMP文件頭

對比后可得到如下結果：
1、bf_Size：位圖文件的大小為0x119436，即1152054字節(1.09MB)，與示例圖片屬性一致。需要注意的是，在BMP文件中，如果一個數據需要用幾個字節來表示的話，那么該數據的低字節存放在低地址，高字節存放在高地址；
2、bfOffBits：文件頭到圖像數據之間的偏移量為0x36，即54字節。這個偏移量非常有用，我們可以利用它快速定位BMP文件中的圖像數據的位置。
接下來是BMP信息頭的數據結構，如下表所示：

表 19.1.2 BMP信息頭數據結構

同樣，將中橙色區域與下圖矩形區域中的數據一一對應：

圖 19.1.6 BMP信息頭

對比后可得到如下結果：
1、biWidth：圖像的寬度為0x320，即800像素；
2、biHeight：圖像的高度為0x1e0，即480像素；
3、biBitCount：像素的位深度為0x18，即24位；
4、biSizeImage：圖像的大小為0x119400，即1152000字節。
19.2實驗任務
本章的實驗任務是使用領航者ZYNQ開發板讀取SD卡中存放的BMP格式圖片，分辨率為800*480，并將其顯示在LCD上。
19.3硬件設計
根據實驗任務我們可以畫出本次實驗的系統框圖，如下圖所示：

圖 19.3.1 系統框圖

圖 19.3.1與“PS通過VDMA驅動LCD顯示實驗”中的系統框圖基本相同，其中各個模塊的功能介紹請大家參考相應的章節。唯一不同的地方是，在“PS通過VDMA驅動LCD顯示實驗”中我們顯示在LCD上的是CPU在DDR3內存中繪制的彩條圖案。而在本次實驗中，我們需要從SD卡中讀取BMP圖片，并將其寫到DDR3相應的內存空間，用于LCD顯示。
本次實驗的硬件環境可以在“PS通過VDMA驅動LCD顯示實驗”的基礎上搭建。由于需要讀SD卡的功能，因此在配置ZYNQ7 PS模塊時，需要使能SD卡控制器外設，具體方法請參考“SD卡讀寫TXT文本實驗”中的硬件設計部分。
19.4軟件設計
為了能夠在軟件中讀取SD卡中的文件，我們需要設置BSP工程，添加并設置FATFS庫。具體的方法請參考“SD卡讀寫TXT文本實驗”軟件設計部分。
接下來修改main.c文件中的代碼，修改完成后代碼的主體部分如下所示：

1 #include
2 #include
3 #include
4 #include "xil_types.h"
5 #include "xil_cache.h"
6 #include "xparameters.h"
7 #include "xgpio.h"
8 #include "xaxivdma.h"
9 #include "xaxivdma_i.h"
10 #include "display_ctrl/display_ctrl.h"
11 #include "vdma_api/vdma_api.h"
12 #include "ff.h"
13
14 //宏定義
15 #define BYTES_PIXEL 3 //像素字節數，RGB888占3個字節
16 #define DYNCLK_BASEADDR XPAR_AXI_DYNCLK_0_BASEADDR //動態時鐘基地址
17 #define VDMA_ID XPAR_AXIVDMA_0_DEVICE_ID //VDMA器件ID
18 #define DISP_VTC_ID XPAR_VTC_0_DEVICE_ID //VTC器件ID
19 #define AXI_GPIO_0_ID XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID //PL端 AXI GPIO 0(lcd_id)器件ID
20 #define AXI_GPIO_0_CHANEL 1 //PL按鍵使用AXI GPIO(lcd_id)通道1
21
22 //函數聲明
23 void load_sd_bmp(u8 *frame);
24
25 //全局變量
26 XAxiVdma vdma;
27 DisplayCtrl dispCtrl;
28 XGpio axi_gpio_inst; //PL端 AXI GPIO 驅動實例
29 VideoMode vd_mode;
30 //frame buffer的起始地址
31 unsigned int const frame_buffer_addr = (XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR + 0x1000000);
32 unsigned int lcd_id=0; //LCD ID
33
34 int main(void)
35 {
36 //獲取LCD的ID
37 XGpio_Initialize(&axi_gpio_inst,AXI_GPIO_0_ID);
38 lcd_id = LTDC_PanelID_Read(&axi_gpio_inst,AXI_GPIO_0_CHANEL);
39 xil_printf("LCD ID: %x",lcd_id);
40
41 //根據獲取的LCD的ID號來進行video參數的選擇
42 switch(lcd_id){
43 case 0x4342 : vd_mode = VMODE_480x272; break; //4.3寸屏,480*272分辨率
44 case 0x4384 : vd_mode = VMODE_800x480; break; //4.3寸屏,800*480分辨率
45 case 0x7084 : vd_mode = VMODE_800x480; break; //7寸屏,800*480分辨率
46 case 0x7016 : vd_mode = VMODE_1024x600; break; //7寸屏,1024*600分辨率
47 case 0x1018 : vd_mode = VMODE_1280x800; break; //10.1寸屏,1280*800分辨率
48 default : vd_mode = VMODE_800x480; break;
49 }
50
51 //配置VDMA
52 run_vdma_frame_buffer(&vdma, VDMA_ID, vd_mode.width, vd_mode.height,
53 frame_buffer_addr,0, 0,ONLY_READ);
54
55 //初始化Display controller
56 DisplayInitialize(&dispCtrl, DISP_VTC_ID, DYNCLK_BASEADDR);
57 //設置VideoMode
58 DisplaySetMode(&dispCtrl, &vd_mode);
59 DisplayStart(&dispCtrl);
60
61 //讀取SD卡圖片并顯示
62 load_sd_bmp((u8*)frame_buffer_addr);
63
64 return 0;
65 }
66

主函數的代碼與“PS通過VDMA驅動LCD顯示實驗”幾乎完全相同，我們只需要將其中寫彩條的函數修改為函數load_sd_bmp(u8 *frame)即可，如程序第23行和第62行所示。另外，由于對SD卡進行操作用到了FAT文件系統相關的函數，因此在程序的第12行還包含了ff.h頭文件。
有關這部分代碼更詳細的介紹，請大家參考“PS通過VDMA驅動LCD顯示實驗”軟件設計部分。
load_sd_bmp(u8 *frame)函數負責從SD卡中讀取BMP格式的圖片，并將其寫入圖片顯存所對應的地址空間中，其代碼如下所示：

67 //從SD卡中讀取BMP圖片
68 void load_sd_bmp(u8 *frame)
69 {
70 static FATFS fatfs;
71 FIL fil;
72 u8 bmp_head[54];
73 UINT *bmp_width,*bmp_height,*bmp_size;
74 UINT br;
75 int i;
76
77 //掛載文件系統
78 f_mount(&fatfs,"",1);
79
80 //打開文件
81 f_open(&fil,"fengjing.bmp",FA_READ);
82
83 //移動文件讀寫指針到文件開頭
84 f_lseek(&fil,0);
85
86 //讀取BMP文件頭
87 f_read(&fil,bmp_head,54,&br);
88 xil_printf("fengjing.bmp head: ");
89 for(i=0;i<54;i++)
90 xil_printf(" %x",bmp_head);
91
92 //打印BMP圖片分辨率和大小
93 bmp_width = (UINT *)(bmp_head + 0x12);
94 bmp_height = (UINT *)(bmp_head + 0x16);
95 bmp_size = (UINT *)(bmp_head + 0x22);
96 xil_printf(" width = %d, height = %d, size = %d bytes ",
97 *bmp_width,*bmp_height,*bmp_size);
98
99 //讀出圖片，寫入DDR
100 for(i=*bmp_height-1;i>=0;i--){
101 f_read(&fil,frame+i*(*bmp_width)*3,(*bmp_width)*3,&br);
102 }
103
104 //關閉文件
105 f_close(&fil);
106
107 Xil_DCacheFlush(); //刷新Cache，數據更新至DDR3中
108 xil_printf("show bmp");
109 }
110

在上面的程序中，主要是通過調用FATFS庫函數來讀取SD卡中的BMP圖片文件。本章的簡介部分詳細介紹了BMP圖片的數據格式，我們首先要讀取BMP文件前面54個字節的數據，如程序第87行所示，其中包含了BMP圖片的分辨率等信息。然后在程序的92至97行，我們根據BMP信息頭中各數據的偏移地址，找到并打印出圖像的分辨率和大小等信息。
在讀取BMP文件之前，我們先通過調用f_lseek(&fil,0)函數將文件的讀寫指針移動到文件開頭。然后在讀取54個字節的數據之后，讀寫指針便移動到了BMP文件中圖像數據的起始位置。接下來就可以通過f_read()函數繼續讀取下面的圖像數據。
我們需要注意的是程序的第99至102行。由于BMP文件存儲數據時，圖像的掃描方式是按從下到上、從左到右的順序，因此如果我們直接將一整幅圖片存入DDR顯存，那么最終顯示出來的將是一個上下顛倒的圖片。在這里我們通過一個for循環來讀取一整幅BMP圖片，從上到下每次讀取一行，然后把先讀出來的數據放到了圖片顯存后面的位置。也就是說，讀出來的第一行數據實際上是BMP圖片的最后一行圖像，因此要把它放在顯存的最后一行。通過這個for循環，我們就可以將上下顛倒的圖像給反過來。
最后通過調用Xil_DCacheFlush( )函數將緩存在DataCache中的數據刷新到DDR3中，供PL中的模塊讀取并在LCD上顯示。
到這里本次實驗的軟件設計就介紹完了，如果大家對FATFS庫函數的使用方法不熟悉的話，請參考“SD卡讀寫TXT文本實驗”中的軟件設計部分。
19.5下載驗證
首先我們將下載器與領航者底板上的JTAG接口連接，下載器另外一端與電腦連接。然后使用Mini USB連接線將開發板左側的USB_UART接口與電腦連接，用于串口通信。
接下來使用FPC排線將正點原子的RGB LCD屏幕連接到領航者底板上的LCD接口。然后把本章簡介部分所給出的示例圖片重命名為“fengjing.bmp”，并拷貝到SD卡的根目錄下。最后將Micro SD卡插入領航者底板背面的卡槽中。
需要注意的是，拷貝到Micro SD卡中的BMP圖片分辨率應與開發板所連接的LCD屏幕分辨率保持一致。我們在工程目錄下新建了一個名為“風景圖片”的文件夾，里面有四種不同分辨率的圖片，如下圖所示：

圖 19.5.1 不同分辨率的BMP圖片

比如本次實驗使用的LCD屏幕分辨率為800*480，那么就將上圖中名為“fengjing_800x480.bmp”的圖片拷貝到Micro SD卡根目錄下。在拷貝完成后，千萬不要忘記將Micro SD中圖片的名稱修改為“fengjing.bmp”。
另外本次實驗要求使用的Micro SD卡為FAT32格式，如果不是，那么在使用前需要將其格式化為FAT32格式。
準備工作完成之后，接下來連接開發板的電源，并打開電源開關。
在SDK軟件下方的SDK Terminal窗口中點擊右上角的加號來設置并連接串口。然后下載本次實驗硬件設計過程中所生成的BIT文件，來對PL進行配置。最后下載軟件程序，下載完成后，在下方的SDK Terminal中可以看到應用程序打印的信息，如下圖所示：

圖 19.5.2 串口打印信息

圖 19.5.2中打印出了BMP圖片的文件頭和信息頭等信息，與圖 19.1.4中的數據保持一致。同時從數據中計算出BMP圖片的寬度為800，高度為480。另外根據讀出的LCD屏幕ID看出，所使用的LCD屏幕分辨率為800*480，與Micro SD卡中的BMP圖片分辨率一致。如果不一致，那么屏幕上就無法正常顯示圖片。
LCD屏幕上顯示的圖片如下圖所示，說明本次實驗在領航者ZYNQ開發板上面下載驗證成功。

圖 19.5.3 下載驗證

總結

以上是生活随笔為你收集整理的bmp文件头_「正点原子FPGA连载」第十九章SD卡读BMP图片LCD显示的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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