[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA_SDK高级篇连载-05读取SD卡图片方案(VDMA/HDMI)

​ 软件版本：VIVADO2021.1
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA
实验平台：米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板
板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/
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1概述

本文的FPGA硬件工程部分和前文一样，本文的demo实现从SD卡读取图片在液晶屏上的显示。

本文实验目的：

1:掌握基于VDMA IP的图像显示系统的搭建方法

2:掌握VDMA Parked模式的简单应用

4:掌握HDMI显示器、7寸液晶屏的使用

5:掌握从SD卡读取bmp格式图片，并通过显示器显示

2系统框图
如下图所示，该方案中 PS 部分的 CPU 读取 SD 卡中的图片到 DDR 中，VDMA 从 PS DDR 中读取图片数据，发送给 AXI4-Stream to Video Out IP(简称 VID OUT),VID OUT IP 把 Stream 流数据转为 RGB 时序给 HDMI 输出 IP,这样就能驱动 HDMI 显示器了。
这里还用到了 Video Timing Controller IP(简称 VTC),该 IP 产生 RGB 视频时序，和 VID OUT IP 配合实现 AXIStream 视频数据流转为 RGB 视频数据。
​

如果是米联客 7 寸液晶屏，可以支持 LVDS(必须修改 BANK 电压支持 LVDS 通信，如果有不清楚请咨询米联 客技术支持)接口或者 RGB 接口，比如 LVDS 接口的系统框图中也是把 RGB 时序转为 LVDS 驱动液晶屏。

​

如果是使用RGB接口可以直接用RGB时序驱动液晶屏.

​
3硬件电路分析

硬件接口和子卡模块请阅读“附录1”

配套工程的FPGA PIN脚定义路径为soc_prj/uisrc/04_pin/ fpga_pin.xdc。

4搭建SOC系统工程

请阅读“04视频图形显示方案(VDMA)”一文中“5.4搭建SOC系统工程”这一章节

5搭建Vitis-sdk工程

创建soc_base sdk platform和APP工程的过程不再重复，如果不清楚请参考本章节第一个demo。

5.1创建SDK Platform工程
​

勾选对于FAT格式文件系统的支持

​
5.2创建sd_img_read测试工程

Sd_img_read APP使用到了parked模式，使用parked对缓存切换控制可以防止图片的撕裂

​
6程序分析
6.1sd_img_test.c主程序

1. /********************MILIANKE**************************
   
2. *Company : MiLianKe Electronic Technology Co., Ltd.
   
3. *WebSite:https://www.milianke.com
   
4. *TechWeb:https://www.uisrc.com
   
5. *tmall-shop:https://milianke.tmall.com
   
6. *jd-shop:https://milianke.jd.com
   
7. *taobao-shop1: https://milianke.taobao.com
   
8. *Create Date: 2021/10/15
   
9. *File Name: vdma_out_test.c
   
10. *Description:
    
11. *Declaration:
    
12. *The reference demo provided by Milianke is only used for learning.
    
13. *We cannot ensure that the demo itself is free of bugs, so users
    
14. *should be responsible for the technical problems and consequences
    
15. *caused by the use of their own products.
    
16. *Copyright: Copyright (c) MiLianKe
    
17. *All rights reserved.
    
18. *Revision: 1.0
    
19. ****************************************************/
    
20. #include "xil_exception.h"
    
21. #include "xil_printf.h"
    
22. #include "xil_cache.h"
    
23. #include "vdma_pl.h"
    
24. #include "sleep.h"
    
25. #include "xsHDMIs.h"
    
26. #include "ff.h"
    
27. extern XAxiVdma VDMA;
    
28. extern XAxiVdma_DmaSetup WriteCfg;
    
29. extern XAxiVdma_DmaSetup ReadCfg;
    
30. #define BUF_SIZE 1280*720*3 //图像大小
    
31. u32 GFrame[3][BUFFERSIZE] __attribute__ ((__aligned__(256)));
    
32. static FATFS SD_Dev; // File System instance
    
33. char *SD_Path = "0:/";  //  string pointer to the logical drive number
    
34. u8 RD_Buf[3][BUF_SIZE] __attribute__ ((aligned(32))); //分配3个缓存保持图像
    
35. //把图像数据读出后，改成4字节对齐后再写入到内存中
    
36. void show_img( unsigned char * addr,u32 * vdma_pbuf,u32 size_x, u32 size_y)
    
37. {
    
38.         u32 x=0;
    
39.         u32 y=0;
    
40.         u32 r,g,b;
    
41.         for(y=size_y;y>0;y--)
    
42.         {
    
43.                 for(x=0;x<size_x;x++)
    
44.                 {
    
45.                         b = *(addr++);
    
46.                         g = *(addr++);
    
47.                         r = *(addr++);
    
48.                         Xil_Out32((vdma_pbuf+(((y-1)*size_x)+x)),((r<<16)|(g<<8)|(b<<0)));//write image data to ddr
    
49.                 }
    
50.         }
    
51.         // flush all dcache data to ddr
    
52.         Xil_DCacheFlushRange((u32)(vdma_pbuf), 1280*720*4);
    
53. }
    
54. //Initialize SD
    
55. int SD_init()
    
56. {
    
57.         FRESULT result;
    
58.         //-----------------------mount dev-----------------------------------------------
    
59.         result = f_mount(&SD_Dev,SD_Path, 0);
    
60.         if (result != 0) {
    
61.                 return XST_FAILURE;
    
62.         }
    
63.         return XST_SUCCESS;
    
64. }
    
65. int main()
    
66. {
    
67.         u8 mode_s =0;
    
68.         u32 vcnt,hcnt;
    
69.         u32* img_ptr;
    
70.         SD_init();
    
71.         //sleep(1);
    
72.         //read image from sd card to ddr buffer
    
73.         BMP_Picture((u8 *)"0001.bmp" , &RD_Buf[0],BUF_SIZE); //读取第1张图片
    
74.         BMP_Picture((u8 *)"0002.bmp" , &RD_Buf[1],BUF_SIZE); //读取第2张图片
    
75.         BMP_Picture((u8 *)"0003.bmp" , &RD_Buf[2],BUF_SIZE); //读取第三张图片
    
76.         //set mm2s read channel address
    
77.         ReadCfg.FrameStoreStartAddr[0] = (UINTPTR)(&GFrame[0]); //VDMA第1个缓存地址
    
78.         ReadCfg.FrameStoreStartAddr[1] = (UINTPTR)(&GFrame[1]); //VDMA第2个缓存地址
    
79.         ReadCfg.FrameStoreStartAddr[2] = (UINTPTR)(&GFrame[2]); //VDMA第3个缓存地址
    
80.         //setup mm2s read channel
    
81.         MM2S_ReadSetup(XPAR_AXIVDMA_0_DEVICE_ID, &VDMA, ReadCfg); //设置VDMA的读通道
    
82.         xil_printf("VDMA Generic Video start! \r\n");
    
83.         //read image from sd to ddr buffer
    
84.         show_img(&RD_Buf[0],&GFrame[0],1280,720); //第1张图片刷入到DDR
    
85.         show_img(&RD_Buf[1],&GFrame[1],1280,720); //第2张图片刷入到DDR
    
86.         show_img(&RD_Buf[2],&GFrame[2],1280,720); //第3张图片刷入到DDR
    
87.     while(1)
    
88.     {
    
89.             //parking ddr buffer to screen
    
90.             XAxiVdma_StartParking(&VDMA, mode_s,XAXIVDMA_READ); //通过Park模式，每间隔1S更新一张图片
    
91.             sleep(1);
    
92.             if(mode_s >=2 ) mode_s = 0;
    
93.             else mode_s ++;
    
94.     }
    
95.     return XST_SUCCESS;
    
96. }

复制代码

以上函数中主要2个知识点：1、读取SD卡中的bmp格式图片到DDR内存中；2、把DDR内存中的图片通过VDMA的Park模式输出到显示器上。

读bmp格式图片

​

由于bmp格式图片读出来是rgb888(24bit)对齐，所以还用使用以下函数把rgb888改为rgbx888(32bits)

​

这样三副图片会保存到GFrame[0]、GFrame[1]、GFrame[2]内存地址中。

6.2bmp.c程序

1. #include "bmp.h"
   
2. #include "ff.h"
   
3. /****************************************************************************
   
4. * Function Name  : BMP_ReadHeader
   
5. * Description    : 将读取到的数组函数转换位BPM文件信息结构体类型。由于在内存
   
6. *                * 上面数组的存储方式与结构体不同，所以要转换，而且SD读取到的
   
7. *                * 文件信息是小端模式。高位是低字节，低位是高字节，跟我们常用
   
8. *                * 的正好相反所以将数据转换过来。
   
9. * Input          : header：要转换的数组
   
10. *                * bmp：转换成的结构体
    
11. * Output         : None
    
12. * Return         : None
    
13. ****************************************************************************/
    
14. void BMP_ReadHeader(uint8_t *header, BMP_HeaderTypeDef *bmp)
    
15. {
    
16.         bmp->fileHeader.bfType = ((*header) << 8) | (*(header + 1));
    
17.         header += 2;
    
18.         bmp->fileHeader.bfSize = ((*(header + 3)) << 24) | ((*(header + 2)) << 16) |
    
19.                                  ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
20.         header += 8;
    
21.         bmp->fileHeader.bfOffBits = ((*(header + 3)) << 24) | ((*(header + 2)) << 16) |
    
22.                                     ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
23.         header += 4;
    
24.         bmp->infoHeader.bitSize = ((*(header + 3)) << 24) | ((*(header + 2)) << 16) |
    
25.                                   ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
26.         header += 4;
    
27.         bmp->infoHeader.biWidth = ((*(header + 3)) << 24) | ((*(header + 2)) << 16) |
    
28.                                   ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
29.         header += 4;
    
30.         bmp->infoHeader.biHeight = ((*(header + 3)) << 24) | ((*(header + 2)) << 16) |
    
31.                                    ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
32.         header += 6;
    
33.         bmp->infoHeader.biBitCount = ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
34.                                  
    
35.         header += 2;
    
36.         bmp->infoHeader.biCompression = ((*(header + 3)) << 24) | ((*(header + 2)) << 16) |
    
37.                                         ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
38.         header += 4;
    
39.         bmp->infoHeader.biSizeImage = ((*(header + 3)) << 24) | ((*(header + 2)) << 16) |
    
40.                                       ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
41.         header += 4;
    
42.         bmp->infoHeader.biXPelsPerMeter = ((*(header + 3)) << 24) | ((*(header + 2)) << 16) |
    
43.                                           ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
44.         header += 4;
    
45.         bmp->infoHeader.biYPelsPerMeter = ((*(header + 3)) << 24) | ((*(header + 2)) << 16) |
    
46.                                           ((*(header + 1)) << 8) | (*header);
    
47. }
    
48. /****************************************************************************
    
49. * Function Name  : BMP_Picture
    
50. * Description    : 显示BMP格式的图片
    
51. * Input          : dir：要显示的图片路径和名字
    
52. * Output         : None
    
53. * Return         : None
    
54. ****************************************************************************/
    
55. void BMP_Picture(uint8_t *dir , uint8_t  * buf ,uint32_t len)
    
56. {
    
57.                 FRESULT res;
    
58.                 FIL fsrc;
    
59.                 UINT  br;
    
60.                 UINT  a;
    
61.                 uint8_t buffer[1024];
    
62.                 BMP_HeaderTypeDef bmpHeader;
    
63.                
    
64.                 /* 打开要读取的文件 */
    
65.                 res = f_open(&fsrc, (const TCHAR*)dir, FA_READ);
    
66.                 if(res == FR_OK)   //打开成功
    
67.             {
    
68.                         /* 读取BMP文件的文件信息 */
    
69.                 res = f_read(&fsrc, buffer, sizeof(buffer), &br);
    
70.                         /* 将数组里面的数据放入到结构数组中，并排序好 */
    
71.                         BMP_ReadHeader(buffer, &bmpHeader);
    
72.                         a = bmpHeader.fileHeader.bfOffBits;    //去掉文件信息才开始是像素数据
    
73.                         res=f_lseek(&fsrc, a);
    
74.                         if(res)
    
75.                         {
    
76.                                 return 0;
    
77.                         }
    
78.                         res = f_read(&fsrc, buf, len, &br);
    
79.             }
    
80.     f_close(&fsrc);  //不论是打开，还是新建文件，一定记得关闭
    
81. }

复制代码

Bmp.c函数中重要是需要对BMP图片格式的头部进行解析，并且获取图像数据的开始位置，然后用 f_lseek(&fsrc, a)函数，定位到图像数据的位置，之后再读出图像的数据。

1. #ifndef _bmp_H
   
2. #define _bmp_H
   
3. #include <stdio.h>
   
4. typedef struct
   
5. {
   
6.         uint16_t bfType;        //文件类型，BMP格式为字符串BM
   
7.         uint32_t bfSize;                //图片大小，单位为KB
   
8.         uint16_t bfReserved1;        //保留位
   
9.         uint16_t bfReserved2;        //保留位
   
10.         uint32_t bfOffBits;          //从文件头到实际图像数据之间的字节偏移量
    
11. } BMP_FileHeaderTypeDef;
    
12. typedef struct
    
13. {
    
14.         uint32_t bitSize;                 //BMP_InfoHeaderTypeDef结构体所需要的字节数
    
15.         uint32_t biWidth;                 //图片宽度，像素位单位
    
16.         int32_t  biHeight;                 //图片高度，像素为单位。正为倒立，负为正向。
    
17.         uint16_t biPlanes;                 //颜色平面数，总为1
    
18.         uint16_t biBitCount;         //比特数/像素。其值为：1、4、8、16、24或32
    
19.         uint32_t biCompression;  //数据压缩类型
    
20.         uint32_t biSizeImage;         //图像大小
    
21.         uint32_t biXPelsPerMeter;//水平分辨率
    
22.         uint32_t biYPelsPerMeter;//垂直分辨率
    
23.         uint32_t biClrUsed;                 //颜色索引数
    
24.         uint32_t biClrImportant; //重要颜色索引数
    
25.                
    
26. }BMP_InfoHeaderTypeDef;
    
27. typedef struct
    
28. {
    
29.         BMP_FileHeaderTypeDef fileHeader;
    
30.         BMP_InfoHeaderTypeDef infoHeader;
    
31.                
    
32. }BMP_HeaderTypeDef;
    
33. void BMP_ReadHeader(uint8_t *header, BMP_HeaderTypeDef *bmp);
    
34. void BMP_Picture(uint8_t *dir , uint8_t * buf ,uint32_t len);
    
35. #endif

复制代码

7HDMI方案演示

对于 MLK-H3-CZ08-7100FC 不支持从 SD 卡启动， 因此必须通过 JTAG 调试模式完成本实验

7.1硬件准备

复制路径soc_prj/uisrc/06_doc/testimage路径下的测试图片到SD卡，并且插入到开发中。

​

本实验需要用到 JTAG 下载器、USB 转串口外设，另外需要把核心板上的 2P 模式开关设置到 JTAG 模式，即 ON ON (注意新版本的 MLK-H3-CZ08-7100FC(米联客 7X 系列)，支持 JTAG 模式，对于老版本的核心板，JTAG 调试 的时候一定要拔掉 TF 卡，并且设置模式开关为 OFF OFF)

​
7.2实验结果
​
8液晶屏LVDS方案演示

对于 MLK-H3-CZ08-7100FC 不支持从 SD 卡启动， 因此必须通过 JTAG 调试模式完成本实验

8.1硬件准备

复制路径soc_prj/uisrc/06_doc/testimage路径下的测试图片到SD卡，并且插入到开发中。

​

液晶屏，模式开关1脚切到OFF

​

本实验需要用到 TF 卡方测试图片

​
8.2实验结果
​