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[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)

文档创建者：FPGA课程
浏览次数：93
最后更新：2024-09-30
文档课程分类-AMD-ZYNQ
AMD-ZYNQ: ZYNQ-SOC » 1_SDK应用方案(仅旗舰型号) » 2-SDK高级应用方案
本帖最后由 FPGA课程 于 2024-9-30 11:20 编辑

​ 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/
登录“米联客”FPGA社区 http://www.uisrc.com 视频课程、答疑解惑！


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。
652f8f4d72374a95b420434faa38cb56.jpg ​

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。
c9d0f2466a81434f8f1f2299f12ff73b.jpg ​
如果是使用RGB接口可以直接用RGB时序驱动液晶屏.
bc7b3e6771494153ac42b82f0ae954df.jpg ​
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
274959bebe644dd8a1443361477acab3.jpg ​
勾选对于FAT格式文件系统的支持
f1c5ea16db2a41b3b0abbc2beb38d927.jpg ​
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
50a3682f81cf49b388c2000030659570.jpg ​
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
0719ea92857f4948b53a690945ae4c86.jpg ​
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)
49a163c85eab4ec3a10f9a0db4e3e277.jpg ​
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。
817ce5560680430daad59af46e620c23.jpg ​
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)
c446768667084d04a3c031a8dfd04ff3.jpg ​
7.2实验结果
4ba5768ef0a0498aa8d94c819b956639.jpg ​
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。
83fd629e224a4612baacdf20dab0e822.jpg ​
液晶屏，模式开关1脚切到OFF
bd1de29eb01d40678c592930eac2d37b.jpg ​
本实验需要用到 TF 卡方测试图片
4f187a319758473ba5da6321ca07d603.jpg ​
8.2实验结果
7f5f7bdf9a1345a08ada8f608f3ab6f7.jpg ​

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