【紫光同创国产FPGA教程】【第十四章】SD卡读取BMP图片显示例程

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1. 实验简介

在前面的实验中我们练习了SD卡读写，HDMI视频显示等例程，本实验将SD卡里的BMP图片读出，写入到外部存储器，再通过HDMI、LCD等显示。

本实验如果通过液晶屏显示，需要有液晶屏模块。

2. 实验原理

在前面的实验中我们在HDMI、LCD上显示的是彩条，是FPGA内部产生的数据，本实验将彩条替换为SD内的BMP图片数据，但是SD卡读取速度远远不能满足显示速度的要求，只能先写入外部高速RAM，再读出后给视频时序模块显示。

BMP图片格式

本实验直接在SD卡中搜索BMP文件，假设每个文件都是从SD的某个扇区第一个字节开始，根据BMP文件头的特征找到BMP。

BMP（全称Bitmap）是Windows操作系统中的标准图像文件格式，可以分成两类：设备相关位图（DDB）和设备无关位图（DIB），使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选1bit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。由于BMP文件格式是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。

对于程序设计来说最重要的是找到BMP文件头，BMP图像文件头格式如下：

1）1-2：(这里的数字代表的是字节，下同）图像文件头。0x4d42=’BM’，表示是Windows支持的BMP格式。(注意：查ascii表B 0x42,M 0x4d,bfType 为两个字节，B为low字节，M为high字节所以bfType=0x4D42，而不是0x424D，请注意)

2）3-6：整个文件大小。4690 0000，为00009046h=36934。

3）7-8：保留，必须设置为0。

4）9-10：保留，必须设置为0。

5）11-14：从文件开始到位图数据之间的偏移量(14+40+4*（2^biBitCount）)(在有颜色板的情况下)。4600 0000，为00000046h=70，上面的文件头就是35字=70字节。

位图信息头

6）15-18：位图图信息头长度。

7) 19-22：位图宽度，以像素为单位。8000 0000，为00000080h=128。

8）23-26：位图高度，以像素为单位。9000 0000，为00000090h=144。

9）27-28：位图的位面数，该值总是1。0100，为0001h=1。

10）29-30：每个像素的位数。有1（单色），4（16色），8（256色），16（64K色，高彩色），24（16M色，真彩色），32（4096M色，增强型真彩色）。1000为0010h=16。

11）31-34：压缩说明：有0（不压缩），1（RLE 8，8位RLE压缩），2（RLE 4，4位RLE压缩，3（Bitfields，位域存放）。

12）35-38：用字节数表示的位图数据的大小，该数必须是4的倍数，数值上等于:一行所占的字节数×位图高度。0090 0000为00009000h=80×90×2h=36864。假设位图是24位,宽为41，高为30，则数值= (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为0000 0FA0h=4000。

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

15）47-50：位图使用的颜色索引数。设为0的话，则说明使用所有调色板项。

16）51-54：对图象显示有重要影响的颜色索引的数目。如果是0，表示都重要。

本实验使用不压缩，24（16M色，真彩色）的BMP图片，文件头大小是54个字节，前两个字节为“BM”，紧接着4个字节是文件大小，19-22字节为图片宽度，这些信息是程序设计中要使用的重要信息。

3. 程序设计

由于SD卡读写实验，HDMI、LCD显示实验种我们已经练习过SD卡和视频相关知识，这里不再讲解。

本实验的重点模块是BMP图片读取模块bmp_read，bmp_read模块完成SD卡中读取一个扇区的数据，然后和BMP的文件头对比，如果前2个字节等于“BM”，然后再找到19-22字节，对比图片的宽度和输入要求的宽度是否一致，如果一致就认为找到一张BMP图片，读取出来，去掉前面54字节的文件头，写入外部存储器。

bmp_read状态机如下所示，有搜索命令以后，进入搜索状态“S_FIND”,开始不断地读取SD卡，找到符合要求的BMP图片，找到以后进入“S_READ_WAIT”，判断FIFO空间大小，如果FIFO空间足够大，进入“S_READ”状态。

bmp_read模块状态机

信号名称	方向	说明
clk	in	时钟输入
rst	in	异步复位输入，高复位
ready	out	空闲状态指示
find	in	搜索播放请求
sd_init_done	in	sd卡初始化完成
state_code	out	状态码0，表示sd还在初始化1，sd卡初始化完成，等待按键按下2，正在搜索BMP文件3，找到BMP文件，正在读取
bmp_width	in	搜索BMP图片的宽度
write_req	out	写外部存储器请求
write_req_ack	in	写外部存储器请求应答
sd_sec_read	out	sd卡读请求
sd_sec_read_addr	out	sd卡读请求扇区地址
sd_sec_read_data	in	sd卡读到的数据
sd_sec_read_data_valid	in	sd卡读数据有效
sd_sec_read_end	in	sd卡读请求完成
bmp_data_wr_en	out	bmp文件写使能
bmp_data	out	bmp文件的音频数据

bmp_read模块端口

video_timing_data模块完成视频时序到FIFO读取的信号的转换，主要原理就是把视频时序中的“DE”做为FIFO的读信号，但是读出的数据会有延时，所以做了相应的对齐处理。

4. 实验现象

1）格式化sd卡（fat32格式），sd卡必须是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图片数据存储是倒序，所以先用图片处理工具上下颠倒一下。根据显示输出不同的分辨率，放置不同分辨率的图片，HDMI输出采用1024x768分辨率，7寸液晶屏模块AN070分辨率是800x480,4.3寸液晶屏模块AN430分辨率是480x272。

3）将准备好的sd卡注入开发板的sd卡槽（sd卡不能带电插拔），上电，下载实验程序，等待LED1变亮时，按下KEY2，这个时候LED2会变亮，表示正在搜索BMP文件，如果找到BMP图片LED1、LED2会显示会同时亮，这时候显示器（或者液晶屏模块，根据实验工程选择，连接方法在《HDMI测试实验教程》中已讲述）就会显示相应的图片。如果sd卡内有多张BMP，可以再次按按键KEY2，会显示下一张图片。

开发板

显示效果