activiti高亮顯示圖檔_【正點原子FPGA連載】第二十章SD卡讀BMP圖檔HDMI顯示實驗領航者 ZYNQ 之嵌入式開發指南...

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第二十章SD卡讀BMP圖檔HDMI顯示實驗

我們在“SD卡讀BMP圖檔LCD顯示實驗”中，成功地将SD卡中的BMP圖檔讀出，并将其顯示在了LCD屏上。本章我們将學習如何SD卡中的BMP圖檔顯示在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硬體設計

20.4軟體設計

20.5下載下傳驗證

20.1簡介

在“SD卡讀BMP圖檔LCD顯示實驗”的簡介部分，我們詳細介紹了BMP圖檔的資料格式；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内容不熟悉的話，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開發闆讀取SD卡中存放的BMP格式圖檔，分辨率為1920*1080，并将其顯示在HDMI顯示器上。

20.3硬體設計

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圖檔LCD顯示實驗”中的系統框圖基本相同，隻是将驅動LCD顯示的rgb2lcd子產品替換成了本次實驗中的DVI Transmitter，用于驅動HDMI接口；另外還删除了用于讀取LCD ID資訊的AXI GPIO子產品。是以本次實驗的硬體設計部分在“SD卡讀BMP圖檔LCD顯示實驗”的基礎上稍作修改即可。

首先要删除《SD卡讀BMP圖檔LCD顯示實驗》工程中的rgb to lcd和AXI GPIO兩個子產品，以及LCD相關的接口。如圖 20.3.2所示，我們要删除圖中橙色高亮的兩個子產品和3個接口：

圖 20.3.2 删除LCD相關子產品

接下來添加DVI Transmitter IP核。該IP核位于工程目錄下的ip_repo檔案夾中，名為“DVI_TX”。我們需要将其添加到工程的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”。添加完成後，我們要在Block Design中連接配接DVI Transmitter子產品的接口信号，并引出外部端口，具體的連接配接方式如圖 20.3.3所示：

圖 20.3.3 添加并連接配接DVI_Transmitter IP核

至此本次實驗的硬體框圖已經搭建好了。需要說明的是，本次實驗的硬體框圖是基于《SD卡讀BMP圖檔LCD顯示實驗》搭建的，VDMA的AXI Stream格式資料流和Memory Map格式資料流的時鐘頻率設定的較低，為100Mhz，是以VDMA和DDR3的資料互動速率會受到限制，即支援的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顯示器支援1080P（1920x1080）的分辨率，我們需要對底層搭建的硬體環境做修改，才能支援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，如果每次都為了相容1080P分辨率而修改底層硬體環境比較麻煩，是以本手冊僅本章實驗的底層硬體環境支援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。

底層硬體修改的方法是将VDMA的AXI Stream格式資料流和Memory Map格式資料流的時鐘頻率改為150Mhz，而VDMA的配置端口不需要太高的頻率，可以仍然保持100Mhz。

首先輕按兩下打開“ZYNQ7 Processing System”框圖，點選“Clock Configuration”，在“PL Fabric Clocks”一欄下勾選FCLK_CLK1，時鐘頻率設定為150Mhz。設定完成後，點選“OK”按鈕，如下圖所示：

圖 20.3.4 添加“FCLK_CLK1”時鐘

修改完成後，可以發現“ZYNQ7 Processing System”框圖多了一個FCLK_CLK1端口。接下來删除FCLK_CLK0連線，首先選中FCLK_CLK0的連線使其高亮，然後按下鍵盤的“Delete”進行删除，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 删除FCLK_CLK0連線

然後删除框圖中的AXI Interconnect IP核（ps7_0_axi_periph）、AXI SmartConnect IP核（axi_smc）和Processor System Reset IP核（rst_ps7_0_100M），框圖删除後，如下圖所示。

圖 20.3.7 删除IP核

接下來連接配接FCLK_CLK1的時鐘，如下圖所示。

然後點選“Run Connnection Automation”，下面列出了會自動連接配接的子產品及其接口，勾選“All Automation”，然後點選“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）用于連接配接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子產品（rst_ps7_0_100M和rst_ps7_0_150M），用于複位總線上的外設。

整體系統架構圖如下：

圖 20.3.8 整體系統架構連接配接圖

block design修改完成後儲存，然後重新Generate Output Products和“Create HDL Wrapper”。接下來我們還要修改限制檔案，為HDMI接口配置設定引腳。打開工程中名為“system_wrapper.xdc”的限制檔案，并将原先LCD相關的限制語句删除，替換成以下内容：

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]

儲存限制檔案，然後選擇“Generate Bitstream”重新生成BIT檔案。

20.4軟體設計

本次實驗的軟體工程與“SD卡讀BMP圖檔LCD顯示實驗”略有不同，如下圖所示：

圖 20.4.1 軟體工程

圖 20.4.1左側紅色方框中的檔案夾名為“display_ctrl_hdmi”，它在前面實驗中“display_ctrl”的基礎上删除了GPIO相關的函數及變量。在本次實驗中删除了AXI GPIO子產品，是以要删除這些函數和變量，否則會報錯。

本次實驗的代碼如下所示：

1. 1 #include <stdio.h>
2. 2 #include <stdlib.h>
3. 3 #include <string.h>
4. 4 #include "xil_types.h"
5. 5 #include "xil_cache.h"
6. 6 #include "xparameters.h"
7. 7 #include "xaxivdma.h"
8. 8 #include "xaxivdma_i.h"
9. 9 #include "display_ctrl_hdmi/display_ctrl.h"
10. 10 #include "vdma_api/vdma_api.h"
11. 11 #include "ff.h"
12. 12
13. 13 //宏定義
14. 14 #define BYTES_PIXEL 3 //像素位元組數，RGB888占3個位元組
15. 15 #define DYNCLK_BASEADDR XPAR_AXI_DYNCLK_0_BASEADDR //動态時鐘基位址
16. 16 #define VDMA_ID XPAR_AXIVDMA_0_DEVICE_ID //VDMA器件ID
17. 17 #define DISP_VTC_ID XPAR_VTC_0_DEVICE_ID //VTC器件ID
18. 18
19. 19 //函數聲明
20. 20 void load_sd_bmp(u8 *frame);
21. 21
22. 22 //全局變量
23. 23 XAxiVdma vdma;
24. 24 DisplayCtrl dispCtrl;
25. 25 VideoMode vd_mode;
26. 26 //frame buffer的起始位址
27. 27 unsigned int const frame_buffer_addr = (XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR + 0x1000000);
28. 28 unsigned int lcd_id=0; //LCD ID
29. 29
30. 30 int main(void)
31. 31 {
32. 32 xil_printf("HDMI Display 1920*1080 rn");
33. 33
34. 34 //設定video參數，分辨率：1920*1080
35. 35 vd_mode = VMODE_1920x1080;
36. 36
37. 37 //配置VDMA
38. 38 run_vdma_frame_buffer(&vdma, VDMA_ID, vd_mode.width, vd_mode.height,
39. 39 frame_buffer_addr,0, 0,ONLY_READ);
40. 40
41. 41 //初始化Display controller
42. 42 DisplayInitialize(&dispCtrl, DISP_VTC_ID, DYNCLK_BASEADDR);
43. 43 //設定VideoMode
44. 44 DisplaySetMode(&dispCtrl, &vd_mode);
45. 45 DisplayStart(&dispCtrl);
46. 46
47. 47 //讀取SD卡圖檔并顯示
48. 48 load_sd_bmp((u8*)frame_buffer_addr);
49. 49
50. 50 return 0;
51. 51 }
52. 52
53. 53 //從SD卡中讀取BMP圖檔
54. 54 void load_sd_bmp(u8 *frame)
55. 55 {
56. 56 static FATFS fatfs;
57. 57 FIL fil;
58. 58 u8 bmp_head[54];
59. 59 UINT *bmp_width,*bmp_height,*bmp_size;
60. 60 UINT br;
61. 61 int i;
62. 62
63. 63 //挂載檔案系統
64. 64 f_mount(&fatfs,"",1);
65. 65
66. 66 //打開檔案
67. 67 f_open(&fil,"fengjing.bmp",FA_READ);
68. 68
69. 69 //移動檔案讀寫指針到檔案開頭
70. 70 f_lseek(&fil,0);
71. 71
72. 72 //讀取BMP檔案頭
73. 73 f_read(&fil,bmp_head,54,&br);
74. 74 xil_printf("fengjing.bmp head: nr");
75. 75 for(i=0;i<54;i++)
76. 76 xil_printf(" %x",bmp_head);
77. 77
78. 78 //列印BMP圖檔分辨率和大小
79. 79 bmp_width = (UINT *)(bmp_head + 0x12);
80. 80 bmp_height = (UINT *)(bmp_head + 0x16);
81. 81 bmp_size = (UINT *)(bmp_head + 0x22);
82. 82 xil_printf("n width = %d, height = %d, size = %d bytes nr",
83. 83 *bmp_width,*bmp_height,*bmp_size);
84. 84
85. 85 //讀出圖檔，寫入DDR
86. 86 for(i=*bmp_height-1;i>=0;i--){
87. 87 f_read(&fil,frame+i*(*bmp_width)*3,(*bmp_width)*3,&br);
88. 88 }
89. 89
90. 90 //關閉檔案
91. 91 f_close(&fil);
92. 92
93. 93 Xil_DCacheFlush(); //重新整理Cache，資料更新至DDR3中
94. 94 xil_printf("show bmpnr");
95. 95 }

可以看出，本次實驗的程式與“SD卡讀BMP圖檔LCD顯示實驗”非常相似，隻是删除了讀取LCD ID相關的内容。有關這部分代碼的詳細介紹請大家參考“SD卡讀BMP圖檔LCD顯示實驗”，此處不再贅述。需要注意的是，本次實驗在SD卡中放置的圖檔分辨率為1920*1080，是以在程式的第35行，視訊參數設定成VMODE_1920x1080。

20.5下載下傳驗證

首先我們将下載下傳器與領航者底闆上的JTAG接口連接配接，下載下傳器另外一端與電腦連接配接。然後使用Mini USB連接配接線将開發闆左側的USB_UART接口與電腦連接配接，用于序列槽通信。

我們在工程目錄下建立了一個名為“風景圖檔”的檔案夾，把其中名為“fengjing.bmp”的圖檔拷貝到SD卡的根目錄下，然後将SD卡插入領航者底闆背面的卡槽中。另外還需要使用HDMI連接配接線将HDMI顯示器連接配接到領航者底闆上的HDMI接口。最後連接配接開發闆的電源，并打開電源開關。

在SDK軟體下方的SDK Terminal視窗中點選右上角的加号來設定并連接配接序列槽。然後下載下傳本次實驗硬體設計過程中所生成的BIT檔案，來對PL進行配置。最後下載下傳軟體程式，下載下傳完成後，在下方的SDK Terminal中可以看到應用程式列印的資訊，如下圖所示：

圖 20.5.1 序列槽列印資訊

圖 20.5.1中列印出了BMP檔案的檔案頭和資訊頭等資訊，同時從資料中計算出BMP圖檔的寬度為1920，高度為1080，與我們存入SD卡中的BMP圖檔一緻。

同時HDMI顯示器上顯示存入SD卡中的示例圖檔，如圖 20.5.2所示，說明本次實驗在領航者ZYNQ開發闆上面下載下傳驗證成功。

圖 20.5.2 下載下傳驗證