1. 系统概述
本设计采用NIOS2 32位处理器，通过SPI接口将SD/TF卡中的BMP图片数据读取到内存中，SD/TF卡的文件系统为FAT32，NIOS2软件实现BMP解码后，启动framereader和Clocked Video Output模块，最终在VGA显示器上显示BMP图像，系统框图如下：
2. BMP格式
BMP(Bitmap)是Windows操作系统中的标准图像文件格式，采用位映射存储格式，没有采用任何压缩技术。图像深度可为1、4、8和24bit，图像的扫描方式是按照从左到右、从下到上的顺序。
BMP图像文件由四部分组成：
位图头文件数据结构
位图信息数据结构
调色板(可选)
位图数据
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//位图文件头
typedef
struct
tagBITMAPFILEHEADER
{
WORD
bfType;
//位图文件的类型，必须为BM-0x424d(1-2字节）
DWORD
bfSize;
//位图文件的大小，以字节为单位（3-6字节，低位在前）
WORD
bfReserved1;
//位图文件保留字，必须为0(7-8字节）
WORD
bfReserved2;
//位图文件保留字，必须为0(9-10字节）
DWORD
bfOffBits;
//位图数据的起始位置，以相对于位图（11-14字节，低位在前）
//文件头的偏移量表示，以字节为单位
}BITMAPFILEHEADER;
//位图信息头
typedef
struct
tagBITMAPINFOHEADER{
DWORD
biSize;
//本结构所占用字节数（15-18字节）
LONG
biWidth;
//位图的宽度，以像素为单位（19-22字节）
LONG
biHeight;
//位图的高度，以像素为单位（23-26字节）
WORD
biPlanes;
//目标设备的级别，必须为1(27-28字节）
WORD
biBitCount;
//每个像素所需的位数，必须是1（双色），（29-30字节）
//4(16色），8(256色）16(高彩色)或24（真彩色）之一
DWORD
biCompression;
//位图压缩类型，必须是0（不压缩），（31-34字节）
//1(BI_RLE8压缩类型）或2(BI_RLE4压缩类型）之一
DWORD
biSizeImage;
//位图的大小(其中包含了为了补齐行数是4的倍数而添加的空字节)，以字节为单位（35-38字节）
LONG
biXPelsPerMeter;
//位图水平分辨率，每米像素数（39-42字节）
LONG
biYPelsPerMeter;
//位图垂直分辨率，每米像素数（43-46字节)
DWORD
biClrUsed;
//位图实际使用的颜色表中的颜色数（47-50字节）
DWORD
biClrImportant;
//位图显示过程中重要的颜色数（51-54字节）
}BITMAPINFOHEADER;
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3. 搭建Qsys
在博文NIOS2随笔——FAT32文件系统的基础上，在Qsys平台上添加framereader和Clocked Video Output组件，设置分辨率为640*480，VGA相关内容可以参考博文FPGA设计——VGA (Altera)。
搭好的Qsys平台如下图：
4. NIOS2软件设计
往SD卡中保存一幅分辨率为640*480的24位BMP格式图片，图片名为：friend.bmp,电脑中打卡如下图：
在博文NIOS2随笔——FAT32文件系统的软件基础上，编写软件代码。
由于图像是24位图，没有调色板信息，所以软件只要按照BMP格式偏移54个字节后，读取的便是第一个图像字节数据。VGA显示部分，要对framereader组件初始化，然后存放在数组中的图像数据便会不停地被读取到Clocked Video Output模块，最后数据会被送到VGA编码芯片显示。软件代码设计如下：
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//filename: main.c
//author: shugen.yin
//date: 2016.12.29
//function: BMP decode and VGA show
#include <stdio.h>
#include <system.h>
#include <string.h>
#include <io.h>
#include "unistd.h"
#include "sd_spi.h"
#include "ff.h"
#include "altera_avalon_pio_regs.h"
#define FRAME_ADDR (framebuf0 + 0x00000000)
#define FRAME_WIDTH 640
#define FRAME_HEIGHT 480
#define FRAME_SIZE (FRAME_WIDTH*FRAME_HEIGHT)
unsigned
int
framebuf0[FRAME_SIZE];
void
FrameRd_init(){
IOWR(ALT_VIP_VFR_0_BASE, 3, 0);
// Frame Select
IOWR(ALT_VIP_VFR_0_BASE, 4, framebuf0);
// Frame 0 Base Address
IOWR(ALT_VIP_VFR_0_BASE, 5, FRAME_SIZE/8);
// Frame 0 Words => 640*480
IOWR(ALT_VIP_VFR_0_BASE, 6, FRAME_SIZE);
// Frame 0 Single Cycle Color Patterns
IOWR(ALT_VIP_VFR_0_BASE, 7, 0);
// Frame 0 Reserved Bit
IOWR(ALT_VIP_VFR_0_BASE, 8, FRAME_WIDTH);
// Frame 0 Width
IOWR(ALT_VIP_VFR_0_BASE, 9, FRAME_HEIGHT);
// Frame 0 Height
IOWR(ALT_VIP_VFR_0_BASE, 10, 3);
// Frame 0 Interlaced => 3 = 0011 bedeutet progressive output
IOWR(ALT_VIP_VFR_0_BASE, 0, 1);
// start Frame Reader
}
void
frame_init(){
BYTE
pic_buf[FRAME_SIZE*3+54];
UINT
i;
UINT
j=0;
f_mount(&fs,
""
,0);
res=f_open(&fdst,
"0:/friend.bmp"
, FA_READ);
if
(res==FR_OK)
{
res = f_read(&fdst,pic_buf,FRAME_SIZE*3+54,&br);
f_close(&fdst);
}
printf
(
"file read success!\n"
);
for
(i=54;i<FRAME_SIZE*3+54;i=i+3)
{
j++;
framebuf0[FRAME_SIZE-j] = pic_buf[i]+(pic_buf[i+1])*256+(pic_buf[i+2])*65536;
}
printf
(
"image processed done!\n"
);
}
int
main (
void
)
{
frame_init();
FrameRd_init();
while
(1);
return
0;
}
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5. 编译运行
编译成功后，以Hardware方式运行，终端打印：file read success! image processed done!
6. 最终结果
图片正常显示，和电脑上打开的friend.bmp一致。
本文转自 shugenyin 51CTO博客，原文链接:http://blog.51cto.com/shugenyin/1887551
