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第二十章SD卡讀BMP圖片HDMI顯示實驗
我們在“SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗”中，成功地將SD卡中的BMP圖片讀出，并將其顯示在了LCD屏上。本章我們將學習如何SD卡中的BMP圖片顯示在HDMI顯示器上。
本章包括以下幾個部分：
2020.1簡介
20.2實驗任務
20.3硬件設計
20.4軟件設計
20.5下載驗證
20.1簡介
在“SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗”的簡介部分，我們詳細介紹了BMP圖片的數據格式；另外在《領航者FPGA開發指南》中的“HDMI彩條顯示實驗”一章，我們介紹了HDMI接口。如果大家對這兩部分的內容不熟悉的話，可以參考相應的章節，此處就不再贅述了。
20.2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1920*1080，并將其顯示在HDMI顯示器上。
20.3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 20.3.1 系統框圖

圖 5.3.1與“SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗”中的系統框圖基本相同，只是將驅動LCD顯示的rgb2lcd模塊替換成了本次實驗中的DVI Transmitter，用于驅動HDMI接口；另外還刪除了用于讀取LCD ID信息的AXI GPIO模塊。因此本次實驗的硬件設計部分在“SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗”的基礎上稍作修改即可。
首先要刪除《SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗》工程中的rgb to lcd和AXI GPIO兩個模塊，以及LCD相關的接口。如圖 20.3.2所示，我們要刪除圖中橙色高亮的兩個模塊和3個接口：

圖 20.3.2 刪除LCD相關模塊

接下來添加DVI Transmitter IP核。該IP核位于工程目錄下的ip_repo文件夾中，名為“DVI_TX”。我們需要將其添加到工程的IP庫中，添加IP核的方法請大家參考“自定義IP核-呼吸燈實驗”。添加完成后，我們要在Block Design中連接DVI Transmitter模塊的接口信號，并引出外部端口，具體的連接方式如圖 20.3.3所示：

圖 20.3.3 添加并連接DVI_Transmitter IP核

至此本次實驗的硬件框圖已經搭建好了。需要說明的是，本次實驗的硬件框圖是基于《SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗》搭建的，VDMA的AXI Stream格式數據流和Memory Map格式數據流的時鐘頻率設置的較低，為100Mhz，因此VDMA和DDR3的數據交互速率會受到限制，即支持的HDMI顯示分辨率無法達到很高，實測最大能達到的分辨率為1280x800。
對于LCD屏的顯示實驗來說，達到1280x800的分辨率已經夠用了，但是考慮到目前大多數的HDMI顯示器支持1080P（1920x1080）的分辨率，我們需要對底層搭建的硬件環境做修改，才能支持1080P分辨率。考慮到本手冊HDMI顯示相關的例程不需要1080P分辨率，且大多數HDMI顯示例程是基于LCD例程修改而來，如果每次都為了兼容1080P分辨率而修改底層硬件環境比較麻煩，因此本手冊僅本章實驗的底層硬件環境支持1080P分辨率，其它HDMI實驗大家如果有1080P分辨率的顯示需求，可以按照本章實驗進行修改。
底層硬件修改的方法是將VDMA的AXI Stream格式數據流和Memory Map格式數據流的時鐘頻率改為150Mhz，而VDMA的配置端口不需要太高的頻率，可以仍然保持100Mhz。
首先雙擊打開“ZYNQ7 Processing System”框圖，點擊“Clock Configuration”，在“PL Fabric Clocks”一欄下勾選FCLK_CLK1，時鐘頻率設置為150Mhz。設置完成后，點擊“OK”按鈕，如下圖所示：

圖 20.3.4 添加“FCLK_CLK1”時鐘

修改完成后，可以發現“ZYNQ7 Processing System”框圖多了一個FCLK_CLK1端口。接下來刪除FCLK_CLK0連線，首先選中FCLK_CLK0的連線使其高亮，然后按下鍵盤的“Delete”進行刪除，如圖 20.3.5和圖 20.3.6所示：

圖 20.3.5 選中FCLK_CLK0連線

圖 20.3.6 刪除FCLK_CLK0連線

然后刪除框圖中的AXI Interconnect IP核（ps7_0_axi_periph）、AXI SmartConnect IP核（axi_smc）和Processor System Reset IP核（rst_ps7_0_100M），框圖刪除后，如下圖所示。

圖 20.3.7 刪除IP核

接下來連接FCLK_CLK1的時鐘，如下圖所示。

然后點擊“Run Connnection Automation”，下面列出了會自動連接的模塊及其接口，勾選“All Automation”，然后點擊“OK”按鈕。
此時系統會自動生成 AXI Interconnect 和 AXI Smartconnect。AXI Interconnect（ps7_0_axi_periph）用于橋接ZYNQ處理器M_AXI_GP0總線和外部低速外設的AXI_LITE總線；AXI Smartconnect（axi_smc）用于連接ZYNQ處理器的HP0接口和VDMA的M_AXI_MM2S總線。另外系統也自動生成了兩個 reset模塊（rst_ps7_0_100M和rst_ps7_0_150M），用于復位總線上的外設。
整體系統架構圖如下：

圖 20.3.8 整體系統架構連接圖

block design修改完成后保存，然后重新Generate Output Products和“Create HDL Wrapper”。接下來我們還要修改約束文件，為HDMI接口分配引腳。打開工程中名為“system_wrapper.xdc”的約束文件，并將原先LCD相關的約束語句刪除，替換成以下內容：
set_property -dict {PACKAGE_PIN G17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports tmds_oen_0]
set_property PACKAGE_PIN L16 [get_ports {TMDS_0_tmds_data_p[2]}]
set_property PACKAGE_PIN M14 [get_ports {TMDS_0_tmds_data_p[1]}]
set_property PACKAGE_PIN K19 [get_ports {TMDS_0_tmds_data_p[0]}]
set_property PACKAGE_PIN L14 [get_ports TMDS_0_tmds_clk_p]
保存約束文件，然后選擇“Generate Bitstream”重新生成BIT文件。
20.4軟件設計
本次實驗的軟件工程與“SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗”略有不同，如下圖所示：

圖 20.4.1 軟件工程

圖 20.4.1左側紅色方框中的文件夾名為“display_ctrl_hdmi”，它在前面實驗中“display_ctrl”的基礎上刪除了GPIO相關的函數及變量。在本次實驗中刪除了AXI GPIO模塊，因此要刪除這些函數和變量，否則會報錯。
本次實驗的代碼如下所示：

1 #include <stdio.h>

2 #include <stdlib.h>

3 #include <string.h>

4 #include "xil_types.h"

5 #include "xil_cache.h"

6 #include "xparameters.h"

7 #include "xaxivdma.h"

8 #include "xaxivdma_i.h"

9 #include "display_ctrl_hdmi/display_ctrl.h"

10 #include "vdma_api/vdma_api.h"

11 #include "ff.h"

12

13 //宏定義

14 #define BYTES_PIXEL 3 //像素字節數，RGB888占3個字節

15 #define DYNCLK_BASEADDR XPAR_AXI_DYNCLK_0_BASEADDR //動態時鐘基地址

16 #define VDMA_ID XPAR_AXIVDMA_0_DEVICE_ID //VDMA器件ID

17 #define DISP_VTC_ID XPAR_VTC_0_DEVICE_ID //VTC器件ID

18

19 //函數聲明

20 void load_sd_bmp(u8 *frame);

21

22 //全局變量

23 XAxiVdma vdma;

24 DisplayCtrl dispCtrl;

25 VideoMode vd_mode;

26 //frame buffer的起始地址

27 unsigned int const frame_buffer_addr = (XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR + 0x1000000);

28 unsigned int lcd_id=0; //LCD ID

29

30 int main(void)

31 {

32 xil_printf("HDMI Display 1920*1080 rn");

33

34 //設置video參數，分辨率：1920*1080

35 vd_mode = VMODE_1920x1080;

36

37 //配置VDMA

38 run_vdma_frame_buffer(&vdma, VDMA_ID, vd_mode.width, vd_mode.height,

39 frame_buffer_addr,0, 0,ONLY_READ);

40

41 //初始化Display controller

42 DisplayInitialize(&dispCtrl, DISP_VTC_ID, DYNCLK_BASEADDR);

43 //設置VideoMode

44 DisplaySetMode(&dispCtrl, &vd_mode);

45 DisplayStart(&dispCtrl);

46

47 //讀取SD卡圖片并顯示

48 load_sd_bmp((u8*)frame_buffer_addr);

49

50 return 0;

51 }

52

53 //從SD卡中讀取BMP圖片

54 void load_sd_bmp(u8 *frame)

55 {

56 static FATFS fatfs;

57 FIL fil;

58 u8 bmp_head[54];

59 UINT *bmp_width,*bmp_height,*bmp_size;

60 UINT br;

61 int i;

62

63 //掛載文件系統

64 f_mount(&fatfs,"",1);

65

66 //打開文件

67 f_open(&fil,"fengjing.bmp",FA_READ);

68

69 //移動文件讀寫指針到文件開頭

70 f_lseek(&fil,0);

71

72 //讀取BMP文件頭

73 f_read(&fil,bmp_head,54,&br);

74 xil_printf("fengjing.bmp head: nr");

75 for(i=0;i<54;i++)

76 xil_printf(" %x",bmp_head);

77

78 //打印BMP圖片分辨率和大小

79 bmp_width = (UINT *)(bmp_head + 0x12);

80 bmp_height = (UINT *)(bmp_head + 0x16);

81 bmp_size = (UINT *)(bmp_head + 0x22);

82 xil_printf("n width = %d, height = %d, size = %d bytes nr",

83 *bmp_width,*bmp_height,*bmp_size);

84

85 //讀出圖片，寫入DDR

86 for(i=*bmp_height-1;i>=0;i--){

87 f_read(&fil,frame+i*(*bmp_width)*3,(*bmp_width)*3,&br);

88 }

89

90 //關閉文件

91 f_close(&fil);

92

93 Xil_DCacheFlush(); //刷新Cache，數據更新至DDR3中

94 xil_printf("show bmpnr");

95 }

可以看出，本次實驗的程序與“SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗”非常相似，只是刪除了讀取LCD ID相關的內容。有關這部分代碼的詳細介紹請大家參考“SD卡讀BMP圖片LCD顯示實驗”，此處不再贅述。需要注意的是，本次實驗在SD卡中放置的圖片分辨率為1920*1080，因此在程序的第35行，視頻參數設置成VMODE_1920x1080。
20.5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。
我們在工程目錄下新建了一個名為“風景圖片”的文件夾，把其中名為“fengjing.bmp”的圖片拷貝到SD卡的根目錄下，然后將SD卡插入領航者底板背面的卡槽中。另外還需要使用HDMI連接線將HDMI顯示器連接到領航者底板上的HDMI接口。最后連接開發板的電源，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 20.5.1 串口打印信息

圖 20.5.1中打印出了BMP文件的文件頭和信息頭等信息，同時從數據中計算出BMP圖片的寬度為1920，高度為1080，與我們存入SD卡中的BMP圖片一致。
同時HDMI顯示器上顯示存入SD卡中的示例圖片，如圖 20.5.2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 20.5.2 下載驗證

總結

以上是生活随笔為你收集整理的activiti高亮显示图片_【正点原子FPGA连载】第二十章SD卡读BMP图片HDMI显示实验领航者 ZYNQ 之嵌入式开发指南...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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