基于SOPC的SD卡图片VGA显示实验手册

小梅哥 2019-03-24

AC6102开发板的SD卡图片VGA显示实验,基于SOPC技术,实现了在AC6102开发板上,使用NIOS II 运行FAT32文件系统,并读取SD卡中存储的图片数据到DDR2存储器中,然后使用SGDMA实时读取图片数据送往VGA显示器上进行显示的功能。


参数指标和技术要点

  • 4位数据线SD卡驱动

  • SGDMA高性能DMA IP核应用

  • img2lcd软件生成图片bin文件

  • 1024*768@60FPS32位色图像实时显示

  • FAT32文件系统

系统介绍

硬件支持

AC6102开发板能够支持4bit SD卡读写,32bit DDR2高速存储,24位色VGA输出等功能。


1、4bit SD卡槽

AC6102开发板上,设计了一个4bit数据线的SD卡接槽,能够读取常见的Micro SD卡。

2、24位色VGA输出

AC6102开发板上,有一个通用显示扩展接口,可以用来插接开发板适配的显示输出模块,如RGB TFT显示屏,VGA输出模块

3、32bit DDR2存储器

       AC6102开发板上使用216位数据位宽,1Gbit存储容量的DDR2存储器,组成了硬件32bitDDR2模组,合理设计系统,最高可运行在166.7Mhz时钟频率。


系统框架

  本实验基于AC6102开发板,搭建了一个轮流显示图片的数码相框应用工程。在系统中,DDR2既作为NIOS II CPU的运行内存,同时共享为VGA显示器的显存。系统运行时,NIOS II CPU会运行FAT32文件系统,并将FAT32格式的SD卡挂载到文件系统中,然后从SD卡中读取出存储好的bin格式的图像文件到DDR2内存中。另外使用SGDMA实时从指定区域读取数据,送给VGA控制器,显示在VGA显示器上。下图为系统结构图:


数据流向图

  具体在显示某一幅图片内容时,图像数据从SD卡最终到VGA显示器上的数据流路径如下图所示:

 

  1. NIOS II CPU将某一幅图像” n.bin”数据从SD卡中读取出来,存入DDR2中动态分配的一块内存区域block A

  2. NIOS II CPUblock A中将图像数据读取并写入DDR2的另一块指定内存区域block Bblock B就是VGA控制器实时读取图像数据的位置。

  3. SGDMA直接从DDR2存储器的block B中实时读取数据并送往VGA控制器,由VGA控制器产生1024*768@60Hz的时序,驱动VGA显示器显示” n.bin”图像数据。

 

为了提高图片在刷新时的切换速度,在系统运行时,软件会首先将所有需要显示的图片全部读取到内存中,为每幅图片分配一片内存,然后即为每幅图片在DDR2中分配一个block,并将所有图片的数据先分别读取到各自的block中,然后再根据显示需求,从指定的某block中读取该幅图像的数据,写入block B中。

 

Demo演示步骤

       本实例在提供时已经生成好了烧写文件,可以直接烧写入AC6102开发板的EPCS中运行。下面简要介绍Demo的演示步骤。

准备SD

准备一张Micro SD卡,128M~16G都可以,格式化为FAT32文件系统。注意,本实例中NIOS II运行的文件系统仅支持FAT32格式的文件系统,因此需要SD卡的格式也为FAT32格式。

制作图像文件

打开资料盘中”03_配套软件-->Image2Lcd 2.9 “,如下图所示。输出数据类型选择“二进制”,扫描模式选择“水平扫描”,输出灰度选择“32位真彩色”,最大宽度和高度选择1024*768”,并勾选“包含图像头数据”选项。


点击“打开”按钮打开一张图片,这里可以任意选择图片。例如我们的实例工程目录下有一个名为素材的文件夹,里面提供了若干张图片。选择一张图片打开。

  点击保存图标,软件会自动将该图片解析并生成bin格式文件,选择一个临时路径例如桌面,将文件命名为1.bin并保存。

使用同样的方法生成另外6bin文件,共生成7bin文件,分别以n.bin命名。需要注意的是,生成图像文件时候,原始图像文件的长宽可以任意,输出时候。最大宽度和高度也可以任意设置,软件会自动对图片进行缩放。即不一定需要图片的尺寸刚好为1024*768

配置开发板硬件

将生成好的7bin文件拷贝到SD卡根目录。如下图所示:

从电脑上卸载SD卡,然后插入到AC6102开发的SD卡槽中,如下图所示:

注意,开发板上的卡槽为自锁式卡槽,当需要卸载SD卡时,只需将SD卡再次向内推,卡槽就会自动将SD卡弹出。

将套件中的VGA输出模块插接到开发板右侧的通用显示扩展接口上,使用VGA线连接VGA显示器。

补充说明:由于现在越来越多的人选择了使用笔记本来进行工作学习,台式机已经越来越少见了,因此这里有必要说明一下,本实验中,VGA线的一侧连接到开发板的VGA模块接口上,另一端是连接到常见的台式机使用的VGA显示器的接口上的,不是连接到笔记本电脑的VGA输出接口。笔记本电脑虽然有VGA接口,但那也是输出,和开发板的VGA接口角色是一样的,也是输出图像到VGA显示器或者投影仪用的,开发板是无法通过VGA的方式将图像显示到笔记本电脑上的。

连接电源,下载器,并使用Micro USB 数据线连接开发板上的USB转串口电路到电脑上,以支持使用串口打印启动信息。

烧写示例DEMO文件

打开开发板电源开关,然后烧写提供的实例工程目录下myoutput_files目录下的hs_combined.jic文件。

准备串口调试软件

在设备管理器中查看开发板的串口号,如下图1所示,然后打开串口调试工具,选择对应的端口号,设置波特率为115200波特率,ASCII接收,然后打开对应串口,如下图2所示。

运行DEMO

给开发板重新上电,然后可以看到,在串口助手中开始打印启动信息,启动信息包括检测sd卡、挂载sd卡到fat文件系统,列出sd卡中的所有文件名,依次读取7个图像文件的数据到ram中并报告图像文件的分辨率,开始显示图像等。在打印开始显示图像信息之前,VGA显示器会处于白屏状态,当打印开始显示图像的信息后,VGA显示器上开始以1秒的间隔轮训的播放这7幅图片。

Demo工程解读

  关于本工程详细的创建和软件编程思路,由于涉及知识点较多,内容量较大,暂时仅以视频讲解的方式提供。讲解视频文件名为“AC6102开发板上基于SOPC的数码相框.mp4”


Demo运行效果

下面附上几张图片轮播时的实拍照片,由于是32位真彩色显示,因此图像看起来视觉效果非常好。


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