【ZYNQ实验】第一篇、ZYNQ驱动HDMI显示图片

news2024/10/5 21:21:30

目录

第一部分、实验说明

1、点名过来看

2、实验说明

2.1、涉及到的知识

2.2、使用的硬件

3、测试效果

3.1、实验一效果

3.2、实验二效果

4、写在前面

5、参考文献

第二部分、硬件搭建

第三部分、实现方法

1、实验一

1.1、实验一原理图

1.2、MATLAB图片转换代码

1.2、C代码

1.3、vivado工程链接 

2、实验二

2.1、实验二原理图

2.2、C代码

2.3、vivado工程链接 

第四部分、总结

第一部分、实验说明

1、点名过来看

        之前写过一篇VGA接口驱动的博客【FPGA入门】第七篇、FPGA实现VGA接口驱动

，然后有位道友在下面评论这个问题。然后我就研究了一下HDMI，现在研究明白了，请这位道友记得过来学习。🤪🤪🤪

2、实验说明

        本次实验有两个

        实验一、无需SD卡，将小数据量的图片通过HDMI显示在显示器上；

        实验二、借助SD卡，通过读取SD卡内部的BMP图片数据（图片分辨率1920*1080），再借助HDMI将图片显示在显示器上。

2.1、涉及到的知识

（1）、HDMI发送模块的设计原理，参考博客：

【ZYNQ入门】第四篇、HDMI发送端的构成原理-CSDN博客

（2）、ZYNQ内部AXI HP高速接口的读时序以及使用方法，参考博客：

【ZYNQ入门】第五篇、AXI HP口读写数据原理-CSDN博客

（3）、ZYNQ使用SD卡实现读取文本数据和BMP图片数据的原理，参考博客：

【ZYNQ入门】第六篇、ZYNQ驱动SD卡读取TXT文本和BMP图片-CSDN博客

（4）、跨时钟域数据传输的问题、ZYNQ内部数据缓存一致性原理；

一起写在了第五篇博客的第一节【ZYNQ入门】第五篇、AXI HP口读写数据原理-CSDN博客

（6）、MATLAB读取24bit真彩图像方式。直接参考本篇博客第三节。

2.2、使用的硬件

（1）、FPGA开发板： ZYNQ-7020 ，详细型号：xc7z020clg400-1；

（2）、vivado版本：2018.2；

（3）、HDMI接口显示器分辨率：1920*1080@60Hz；

3、测试效果

3.1、实验一效果

        这里选了三张分辨率为1000*1000的鲲图，然后三张循环播放，循环间隔3s，实际效果如下

        （写博客视频居中的办法：新建一个1*1居中的表格，把视频放入这个表格。）

HDMI显示小数据量图片

3.2、实验二效果

        这里选了三张科迈罗汽车的照片，每张照片的分辨率都为1920*1080的高清图片。首先将照片存入到SD卡中，然后让FPGA去读取SD卡内的图片数据，每个1s显示一张照片，循环显示三张科迈罗的高清图片。

HDMI显示大数据量图片

4、写在前面

        再次申明一下，首先，我写博客是为了记录自己的学习过程，同时巩固记忆，因此内容中肯定有差错，还望见谅。

        其次，很多老铁看我文章都是为了救急一些课程程设计或者毕业设计，这些我觉得挺好的，但是你不要连博客都不看，直接下载源码，然后出了问题，直接私信我：“博主，我把你的工程编译好之后，烧录了，没有反应，你知道是什么问题吗？”。我感觉你像个铁憨憨🤭🤭🤭。

        正常情况下我提供的都是思路，不是结果！不是结果！不是结果！所以我希望家人们要多花点时间调试，想获取结果得弄懂，没弄懂，出了结果你也不知道为什么。我更希望大家问我的问题是：“为什么这里要这么搞？”这种问题我一定会回复，但是你问我：“你的结果为什么出不来？”，我一般不会回复的。

        最后，我认为调试是一个漫长的过程，只有静下心来慢慢搞，实现了才会有成就感。特别是借助别人的代码基础实现自己想要的功能，这真的会有很多的成就感呢！共勉！

5、参考文献

        米联客_XILINX ZYNQ裸机篇2019版

        正点原子_领航者ZYNQSDK开发指南

        V3学院FPGA视频课程 

第二部分、硬件搭建

        整个系统的连接如下，主要是两个模块，一个hdmi数据发送模块，一个AXI HP接口读模块。

        两个实验的硬件都是一样的，不需要修改。

第三部分、实现方法

 1、实验一

        第一个实验，可用于小数据量的图片显示。前期通过MATLAB将图片转换为RGB888格式的真彩数据；然后，将数据放入一个数组；最后再将数组内的数据写入DDR。

        缺点：MATLAB生成的数据复制到SDK内部时，SDK软件非常的卡顿，因为数据量太大了。所以小数据量的照片可以用这种办法，如果分辨率接近1920*1080的图片，想用这种方法，那么SDK软件应该会直接卡住动都动不了。 

1.1、实验一原理图

        如下图为实验1的原理图。

        这里的的ZYNQ一般是CPU0，我通过定义数组的方式来存储小数据量的图片。而这个数组它最终还是映射还是DDR3上面（只不过这是cpu0的私有ram，只能cpu0访问），其地址范围可以通过lscript.ld来修改。按道理来说如果数组真的很大，那么是会引起栈溢出的。

1.2、MATLAB图片转换代码

        下面这段代码主要是将彩色图片的三通道数据转化为24位的整型数据，其中最高八位为R通道数据，中间八位为G通道数据，低八位为B通道数据。格式为RGB888。

        转换好的数据以txt文本的方式保存在MATLAB对应的脚本文件夹下，打开文本，复制数据到提前建立好的数组内部就可以了。

%********************************************************************%
% 程序说明：将三维彩色图片处理成RGB888的格式（R在高八位）
%********************************************************************%   
clc;
clear all;
rgbimage=imread('test.jpg/test.bmp');%读取rgb图像，支持多格式图片
[ROW,COL,D]=size(rgbimage);  %图片行，列，维度

% RGB通道分离
R=rgbimage(:,:,1);           %提取图片中的红色分量
G=rgbimage(:,:,2);           %提取图片中的绿色分量
B=rgbimage(:,:,3);           %提取图片中的蓝色分量

%存储图片数据（需要强制类型转换为32位，防止溢出）
 imgdata=uint32(zeros(1,ROW*COL));%定义一个初值为0的数组，用来存储转换后的图片数据

%转化为RGB888格式
for r=1:ROW
    for c=1:COL
        imgdata((r-1)*COL+c) = bitshift(uint32(R(r,c)),16) + bitshift(uint32(G(r,c)),8)+ uint32(B(r,c));%移位之前需要对R，G，B的数据类型进行转换，防止溢出
    end
end
%打开或生成txt文件，将格式转换完成的数据写入txt文件
fidc=fopen('picture.txt','w+');
%直接输出数组格式的数据{};
for i=1:ROW*COL
    if(i == 1)
        fprintf(fidc,'{ %d ',imgdata(i));
    elseif(i == ROW*COL)
        fprintf(fidc,',%d };',imgdata(i));  
    else
        fprintf(fidc,',%d ',imgdata(i));%给了空格
    end
end

fclose(fidc);

1.2、C代码

        图片数据存储在picture.h文件中，这里应该只用关闭Dcache就可以，关于缓存一致性问题，可参考这篇文章的第一部分内容《【ZYNQ入门】第五篇、AXI HP口读写数据原理-CSDN博客》。

        其它没有什么细节要注意了。

/*
 * main.c
 *
 *  Created on: 2023年12月30日
 *      Author: dpt
 */

#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xil_cache.h"//需要关闭cache
#include "sleep.h"
#include "xil_printf.h"
#include "picture.h"//pic data

#define GPIO_DEV_ID XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID
#define RST 54
//图像大小，MATLAB的ROW和COL相反
#define ROW 1000
#define COL 1000

static XGpioPs GpioPs;
static XGpioPs_Config * GpioCnfPtr;

int initGpio();
void wirte_color_band(u32 *srcAddr,u8 count);

int main()
{
	u32 *srcAddr = 0x2000000;
	u8 count = 0;
	//disable cache
	Xil_DCacheDisable();//关闭dcache，直接往ddr写
//	Xil_ICacheDisable();
	initGpio();

	XGpioPs_WritePin(&GpioPs,RST,0x00); //RST SET 0
	XGpioPs_WritePin(&GpioPs,RST,0x01);//RST SET 1
	XGpioPs_WritePin(&GpioPs,RST,0x00); //RST SET 0

	while(1)
	{
		wirte_color_band(srcAddr,count++);
		sleep(3);
		if(count > 2) count = 0;
	}
    return 0;
}


//initial gpio func
int initGpio(){
	int status;
	GpioCnfPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEV_ID);
	status = XGpioPs_CfgInitialize(&GpioPs,GpioCnfPtr,GpioCnfPtr->BaseAddr);
	if(status != XST_SUCCESS){
		return	status;
	}
	XGpioPs_SetDirectionPin(&GpioPs,RST,0x01);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&GpioPs,RST,0x01);
	return	status;
}

//往DDR里面写入一个彩条
void wirte_color_band(u32 *srcAddr,u8 count)
{
	int k=0;
	int row_str = 960 - (ROW>>1);
	int row_end = 960 + (ROW>>1);
	int col_str = 540 - (COL>>1);
	int col_end = 540 + (COL>>1);
	for(int j = 0;j<1080;j++)
	{
		for(int i = 0;i<1920;i++)
		{
			if(i>=row_str && i<row_end && j>=col_str && j<col_end)
			{
				if(count == 0)
				{
					*srcAddr = ikun1[k++];
				}

				else if(count == 1)
				{
					*srcAddr = ikun2[k++];
				}

				else if(count == 2)
				{
					*srcAddr = ikun3[k++];
				}

			}
			else
			{
				*srcAddr = 0xffffff;//white
			}
			srcAddr ++;
		}
	}
}

 1.3、vivado工程链接 

        关于实验1的完整vivao工程链接如下：实验1工程及参考文件

        下载需要积分，没有积分的老铁留下在评论底下留下邮箱也可以🤪😁😉

2、实验二

2.1、实验二原理图

        相较于实验一，就多了SD卡模块。ZYNQ先去SD卡读取图片数据，然后再写入到DDR，再让AXI去DDR读取数据，再借助hdmi显示。

2.2、C代码

/*
 * sd_card.c
 *
 *  Created on: 2023年12月17日
 *      Author: dpt
 */
#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xil_cache.h"//需要关闭cache
#include "sleep.h"
#include "xsdps.h"
#include "xil_printf.h"
#include "ff.h"
#include "sd_card.h"
 
#define GPIO_DEV_ID XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID
#define frame_buffer_addr  0x2000000         //frame buffer的起始地址
 
#define RST 54
 
static XGpioPs GpioPs;
static XGpioPs_Config * GpioCnfPtr;
 
int initGpio();
 
int main()
{
	u8 cnt = 0;
	Xil_DCacheDisable();	//disable cache
//	Xil_ICacheDisable();
	initGpio();
	init_sd_card();
 
	XGpioPs_WritePin(&GpioPs,RST,0x00); //CMOS_RST SET 0
	XGpioPs_WritePin(&GpioPs,RST,0x01);//CMOS_RST SET 1
	XGpioPs_WritePin(&GpioPs,RST,0x00); //CMOS_RST SET 0
	while(1)
	{
		load_sd_bmp((u8 *)frame_buffer_addr,cnt++);//读取图片数据，并且写入到DDR当中
		if(cnt > 2) cnt = 0;
		sleep(1);
	}
    return 0;
}
 
 
//initial gpio func
int initGpio(){
	int status;
	GpioCnfPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEV_ID);
	status = XGpioPs_CfgInitialize(&GpioPs,GpioCnfPtr,GpioCnfPtr->BaseAddr);
	if(status != XST_SUCCESS){
		return	status;
	}
	XGpioPs_SetDirectionPin(&GpioPs,RST,0x01);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&GpioPs,RST,0x01);
	return	status;
}

2.3、vivado工程链接 

         关于实验2的完整vivao工程链接如下：实验2的工程和参考文件

        下载需要积分和上面一样，没有积分的老铁留下在评论底下留下邮箱即可😇😇😇      

第四部分、总结

        这两个实验其实差别不大，主要的核心还是HDMI发送端的结构和AXI HP接口驱动。其他的都比较好理解。

        我的工程代码仅供参考，最后，希望我的笔记对你的调试有帮助！🤓🤓🤓

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