cube sdio fatfs 初始化sd卡_【正点原子FPGA连载】第四十一章 SD卡图片显示实验-摘自【正点原子】开拓者 FPGA 开发指南...

1）实验平台：正点原子开拓者FPGA 开发板

2）摘自《开拓者FPGA开发指南》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子

3）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/index.html

http://weixin.qq.com/r/hEhUTLbEdesKrfIv9x2W (二维码自动识别)

第四十一章 SD卡图片显示实验（LCD显示）

我们在“SD卡图片显示实验（VGA显示）”中使用FPGA开发板实现从SD卡中读取两张图片，

并通过VGA接口在显示器上循环切换显示两张图片的功能。本章我们将学习如何将SD卡中存储

的图片循环切换显示在RGB TFT-LCD液晶屏上。

本章包括以下几个部分：

41.1 SD卡-LCD图片显示简介

41.2 实验任务

41.3 硬件设计

41.4 程序设计

41.5 下载验证

SD卡-LCD图片显示简介

我们在“SD卡图片显示实验（VGA显示）”中对SD卡中的图片通过VGA显示的方法作了详细

的介绍，本次实验与之类似，只是显示设备不同，因此这部分内容大家可以参考“SD卡图片显

示实验（VGA显示）”。

实验任务

本节实验任务是使用FPGA开发板循环读取SD卡中存储的两张图片（bin格式图片，分辨率

为800*480），然后将图片存储在SDRAM中并通过RGB TFTLCD接口在ATK-7’RGBLCD液晶屏上循

环切换显示。

硬件设计

SD卡接口部分的硬件设计请参考“SD卡读写测试实验”中的硬件设计部分。

由于SDRAM、SD卡接口和LCD接口的引脚数目较多且在前面相应的章节中已经给出它们的管

脚列表，这里不再列出管脚分配。

程序设计

图 41.4.1是根据本章实验任务画出的系统框图。PLL时钟模块为其它各模块提供驱动时

钟；SD卡读取图片控制模块控制SD卡控制器的读接口；SD卡控制器从SD卡中读出图像数据，并

将读出的数据写入SDRAM控制器；最后LCD驱动模块通过SDRAM控制器读取SDRAM中存储的图片数

据并通过RGB TFT-LCD接口显示在LCD液晶屏上。

图 41.4.1 SD卡图片显示实验（LCD显示）系统框图

顶层模块的原理图如下图所示：

图 41.4.2 顶层模块原理图

FPGA顶层模块（top_sd_photo_lcd）例化了以下五个模块：PLL时钟模块（pll_clk）、SD

卡读取图片控制模块（sd_read_photo）、SD卡控制器模块（sd_ctrl_top）、SDRAM控制器模

块（sdram_top）和LCD驱动模块（lcd_driver）。

顶层模块（top_sd_photo_vga）：顶层模块主要完成对其余各模块的例化，实现各模块之

间的数据交互。需要注意的是，系统初始化完成是在SD卡以及SDRAM都初始化完成后才开始拉

高的，该信号控制着SD卡读取图片控制模块的复位信号，因此SD卡读取图片控制模块是在系统

初始化完成后才工作的，防止因SD卡或者SDRAM初始化未完成导致数据错误。

PLL时钟模块（pll_clk）：PLL时钟模块通过调用锁相环（PLL）IP核实现，总共输出五个

时钟，频率分别为100Mhz、100Mhz（相位偏移-75度）、50Mhz、50Mhz（相位偏移180度）和33.3Mhz。

两个100Mhz的时钟用于为SDRAM控制器模块提供驱动时钟；两个50Mhz的时钟用于为SD卡控制器

模块提供驱动时钟，其中50mhz为SD卡读取图片控制模块提供驱动时钟；33.3Mhz用于为LCD驱

动模块提供驱动时钟。

SD卡读取图片控制模块（sd_read_photo）：SD卡读取图片控制模块通过控制SD卡控制器

的读接口，从SD卡中读取图像数据，并在读完一张图片后延时一段时间，再去读取另一张图片

数据，实现两张图片的循环切换读取。

SD卡控制器模块（sd_ctrl_top）：SD卡控制器模块负责驱动SD卡，该模块将SD卡的SPI读

写操作封装成方便用户使用的接口。有关该模块的详细介绍请大家参考“SD卡读写测试实验”

章节。

SDRAM读写控制模块（sdram_top）：SDRAM读写控制器模块负责驱动SDRAM片外存储器，缓

存图像传感器输出的图像数据。该模块将SDRAM复杂的读写操作封装成类似FIFO的用户接口，

非常方便用户的使用。

LCD驱动模块（lcd_driver）：LCD驱动模输出数据请求信号用于读取SDRAM中的图片数据，

并将图片通过RGB TFT-LCD接口显示在液晶屏上。有关该模块的详细介绍请大家参考“RGB TFT

LCD彩条显示实验”。

SD卡读取图片控制模块的代码如下：

1

module

sd_read_photo

(

2

input

clk

,

//时钟信号

3

input

rst_n

,

//复位信号,低电平有效

4

5

input

rd_busy

,

//SD卡读忙信号

6

output reg

rd_start_en

,

//开始写SD卡数据信号

7

output reg [

31

: ]

rd_sec_addr //读数据扇区地址

8

);

9

10 //parameter define

11

parameter

PHOTO_SECTION_ADDR0

=

32'd8256

;

//第一张图片扇区起始地址

12

parameter

PHOTO_SECTION_ADDR1

=

32'd9792

;

//第二张图片扇区起始地址

13 //800*480/256 = 1500

14

parameter

RD_SECTION_NUM

=

11'd1500

;

//单张图片总共读出的次数

15

16 //reg define

17

reg [

1

: ]

rd_flow_cnt

;

//读数据流程控制计数器

18

reg [

10

: ]

rd_sec_cnt

;

//读扇区次数计数器

19

reg

rd_addr_sw

;

//读两张图片切换

20

reg [

25

: ]

delay_cnt

;

//延时切换图片计数器

21

22

reg

rd_busy_d0

;

//读忙信号打拍，用来采下降沿

23

reg

rd_busy_d1

;

24

25 //wire define

26

wire

neg_rd_busy

;

//SD卡读忙信号下降沿

27

28 //*****************************************************

29 //** main code

30 //*****************************************************

31

32

assign

neg_rd_busy

=

rd_busy_d1

& (~

rd_busy_d0

);

33

34 //对rd_busy信号进行延时打拍,用于采rd_busy信号的下降沿

35

always @(posedge

clk

or negedge

rst_n

) begin

36

if(

rst_n

==

1'b0

) begin

37 rd_busy_d0

<=

1'b0

;

38 rd_busy_d1

<=

1'b0

;

39

end

40

else begin

41 rd_busy_d0

<=

rd_busy

;

42 rd_busy_d1

<=

rd_busy_d0

;

43

end

44

end

45

46 //循环读取SD卡中的两张图片（读完之后延时1s再读下一个）

47

always @(posedge

clk

or negedge

rst_n

) begin

48

if(!

rst_n

) begin

49 rd_flow_cnt

<=

2'd0

;

50 rd_addr_sw

<=

1'b0

;

51 rd_sec_cnt

<=

11'd0

;

52 rd_start_en

<=

1'b0

;

53 rd_sec_addr

<=

32'd0

;

54

end

55

else begin

56 rd_start_en

<=

1'b0

;

57

case(

rd_flow_cnt

)

58 2'd0

: begin

59 //开始读取SD卡数据

60 rd_flow_cnt

<=

rd_flow_cnt

+

2'd1

;

61 rd_start_en

<=

1'b1

;

62 rd_addr_sw

<= ~

rd_addr_sw

;

//读数据地址切换

63

if(

rd_addr_sw

==

1'b0

)

64 rd_sec_addr

<=

PHOTO_SECTION_ADDR0

;

65

else

66 rd_sec_addr

<=

PHOTO_SECTION_ADDR1

;

67

end

68 2'd1

: begin

69 //读忙信号的下降沿代表读完一个扇区,开始读取下一扇区地址数据

70

if(

neg_rd_busy

) begin

71 rd_sec_cnt

<=

rd_sec_cnt

+

11'd1

;

72 rd_sec_addr

<=

rd_sec_addr

+

32'd1

;

73 //单张图片读完

74

if(

rd_sec_cnt

==

RD_SECTION_NUM

-

11'b1

) begin

75 rd_sec_cnt

<=

11'd0

;

76 rd_flow_cnt

<=

rd_flow_cnt

+

2'd1

;

77

end

78

else

79 rd_start_en

<=

1'b1

;

80

end

81

end

82 2'd2

: begin

83 delay_cnt

<=

delay_cnt

+

26'd1

;

//单张图片读完后延时1秒

84

if(

delay_cnt

==

26'd50_000_000

-

26'd1

) begin

//50_000_000*20ns = 1s

85 delay_cnt

<=

26'd0

;

86 rd_flow_cnt

<=

2'd0

;

87

end

88

end

89

default : ;

90

endcase

91

end

92

end

93

94

endmodule

相比于SD卡的VGA图片显示的sd_read_photo模块，SD卡的LCD图片显示的sd_read_photo模

块仅仅是修改了第11行至第14行定义的三个参数值。三个参数分别为PHOTO_SECTION_ADDR0（第

一张图片扇区起始地址）、PHOTO_SECTION_ADDR1（第二张图片扇区起始地址）和RD_SECTION_NUM

（单张图片总共读出的次数）。其中PHOTO_SECTION_ADDR0和PHOTO_SECTION_ADDR1是由WinHex

软件查看得到的两张图片的扇区起始地址，具体查看的方法我们在下载验证部分再详细讲解。

RD_SECTION_NUM是读取单张图片总共需要读取的次数，即扇区数。单张图片的分辨率为800*480，

位宽为16位，读取一个扇区的字节数为512个字节，共256个16bit，所以单张图片需要读取的

扇区数为800*480/256=1500。

下载验证

首先我们打开SD卡图片显示实验（LCD显示）工程，在工程所在的路径下打开

top_sd_photo_lcd/par文件夹，在里面找到“top_sd_photo_lcd.qpf”并双击打开。注意工程

所在的路径名只能由字母、数字以及下划线组成，不能出现中文、空格以及特殊字符等。工程

打开后如图 41.5.1所示：

图 41.5.1 SD卡图片显示实验（LCD显示）工程

在打开下载界面之前，我们还需要先做一些准备工作，也就是向SD卡中导入bin格式的图

片。首先来介绍一下如何利用工具“Img2Lcd”将图片转成bin文件，该工具位于开发板所随附

的资料“6_软件资料/1_软件/Img2Lcd”目录下找到“Img2Lcd.exe”并双击打开，软件打开后

界面如图 41.5.2所示。

在菜单栏中点击“打开”，然后在弹出的界面中选择一幅分辨率为800*480的jpg格式图片。

图片加载进来之后，在工具界面左侧设置输出数据类型为“二进制(*.bin)”，输出灰度为“16

位真彩色”，最大宽度和高度分别为“800”和“480”，选中高位在前（MSB First）。设置

完成后在菜单栏中点击“保存”，并在弹出的界面中选择bin文件的保存路径并输入文件名。

图 41.5.2 Img2Lcd工具界面

到这里我们已经成功地将第一张图片转成了bin文件，因为我们实现的功能是两张图片循

环切换显示，因此需要通过上面的方法再生成一个bin文件。此时，两张bin格式的图片文件制

作完成。

SD卡在经过多次存放数据与删除数据之后，存入的文件有可能不是按照连续的扇区地址存

储的，为了避免图片显示错误，我们将bin文件导入SD卡之前，先把SD卡格式化，格式化的设

置如图 41.5.3所示，然后点击开始按钮完成格式化。

图 41.5.3 SD卡格式化界面

接下来我们将生成的两个bin文件拷贝到SD卡中，拷贝完成后如下图所示：

图 41.5.4 SD卡bin文件拷贝完成

文件拷贝完成后，接下来我们使用WinHex工具软件查看这两个文件的扇区起始地址，该工

具位于开发板所随附的资料中“6_软件资料/1_软件/WinHex”目录下，双击“WinHex.exe”或

者“WinHex64.exe”打开软件。软件打开后，在菜单栏中点击“工具”，然后点击“打开磁盘”，

如下图所示。

图 41.5.5 WinHex打开界面

图 41.5.6 WinHex磁盘打开界面

在“物理驱动器”下，我们看到箭头2所指的地方有RM2、SD/MMC（7.5GB，USB）的字样，

可知该物理驱动器对应的是SD卡，标号为RM2，我们找到标号RM2在逻辑驱动器中的位置，即箭

头1所指的地方，选中后点击“确定”按钮即可查看文件的起始扇区地址，打开后的界面如下图所示：

图 41.5.7 WinHex查看扇区起始地址界面

由 上图可知，两张 bin 格式图片的起始扇区地址分别为 8256 和 9792 ， 这和我们

sd_read_photo 模 块 定 义 的 PHOTO_SECTION_ADDR0 = 32'd8256 ， PHOTO_SECTION_ADDR1 =

32'd9792是一致的。如果查看的值不是上图中的值，需要将代码中定义的这两个参数值改成

WinHex查看的扇区地址，然后重新编译工程。

接下来我们将SD卡适配器（用于插入MicroSD卡）或者SD卡插入开发板的SD卡插槽，注意

带有金属引脚的一面朝上；然后用FPC排线将ATK-7’RGBLCD模块与开发板连接；接下来将下载

器一端连接电脑，另一端与开发板上对应端口连接，最后连接电源线并打开电源开关。

接下来我们下载程序，验证SD卡的LCD图片显示功能。工程打开后通过点击工具栏中的

“Programmer” 图 标 打 开 下 载 界 面 ， 通 过 “Add File” 按钮选择

top_sd_photo_lcd/par/output_files 目录下的“top_sd_photo_lcd.sof”文件。开发板电源

打开后，在程序下载界面点击“Hardware Setup”，在弹出的对话框中选择当前的硬件连接为

“USB-Blaster[USB-0]”。然后点击“Start”将工程编译完成后得到的sof文件下载到开发板

中，如图 41.5.所示：

图 41.5.8 程序下载完成界面

程序下载完成后，此时液晶屏上循环切换显示SD卡中的两张图片，说明SD卡图片显示实验

（LCD显示）下载验证成功。如图 41.5.和图 41.5.8所示：

图 41.5.9 LCD液晶屏显示第一张图片

图 41.5.8 LCD液晶屏显示第二张图片