SD卡读取BMP图片显示例程

在前面的实验中我们练习了SD卡读写，VGA视频显示等例程，本实验将SD卡里的BMP图片读出，写入到外部存储器，再通过VGA、LCD等显示。在前面的实验中我们在VGA上显示的是彩条，是FPGA内部产生的数据，本实验将彩条替换为SD内的BMP图片数据，但是SD卡读取速度远远不能满足显示速度的要求，只能先写入外部高速RAM，再读出后给视频时序模块显示。

我想对于初学者来说看了一个这么复杂的网络，最开始一定是处于比较懵逼的状态。但是身为一个FPGA工程师，我们一定要具备像工藤新一一样抽丝剥茧的能力，这么一想是不是很酷，每解决一个例程，是不是都会有成就感！

其实仔细琢磨一下，RTL视图出现的每个模块我们都似曾相识，下面我们来一一解析一下(这里应该来一个背景音乐，真実はいつもひとつ！)，接下来我们扮演的角色就是沉睡的毛利小五郎了。先来分析最简单的PLL，RTL中出现了两个PLL，一个是video_pll，另一个是sys_pll，我们来追根溯源，看看它到底是提供给哪个模块的时钟？

 通过连线我们可以清晰的发现video_pll中分频/倍频出的时钟c0是向video_timing_data这个模块提供clk(video_clk)，同时在frame_read_write这个模块中的read_clk也找到了这个c0的影子。身为名侦探的我们当然不能放过这条线索，接下来我们就来揭开它神秘的面纱:

SD卡→SDRAM 由于是两个不同的时钟，这里需要做一个跨时域处理。

SDRAM→VGA显示 又要做一个跨时域处理。

由于是多位信号，所以我们不能通过边沿检测，或者多级锁存处理，这里要用到FIFO，在之后我专门做一次跨时域处理的课程。言归正传，所以我们设计了frame_read_write这个模块，来进行跨时域的数据交互。

frame_read_write这个熟悉的朋友，我们又一次探索它，其实在前几次的交手中，我们已经很了解它了，这个模块就是一个进行跨时域的数据交互。通过连线可以看到read_clk是连线到afifo_16_256这个FIFO中的rdclk，我们可以通过两个FIFO时钟的连线(从中我们需要分析sys_pll的路径，与video_pll路径分析方法一致，就不多加赘述了)，确定进行数据交互的对象是哪些？afifo_16_256(read_buf)完成了由sdram_core到video_timing_data的数据交互，afifo_16_256(write_buf)完成了sd_card_bmp到sdram_core的数据交互。看我们根据了read_clk这一条线索就看出了frame_read_write这个模块的功能，但是对于frame_read_write这个模块最重要的几个信号是wrreq以及rdreq，这是能完成数据交互的关键，我们将在接下来的verilog中仔细分析，以及讲述设计缘由。

废话不多说，我们下面来讲述这个网络对我们来说的新设计，也就是我们之前没有接触过的。

sd_card_bmp，主要完成了对SD卡中BMP格式的文件进行检索，以及进行数据处理，输出RGB565(一个像素点)的数据。

关于网络中出现sdram_core这里就不用多说了吧，它主要完成了SDRAM控制器的功能。以及seg_scan和seg_decorder完成的数码管显示局部网络，video_timing_data主要负责将FIFO中的data按照VGA的时序输出，这些在前文中都有讲过，所以不多加赘述。

下面我们来着重讲述一下sd_card_bmp模块的逻辑设计，在这个项目中我们是通过按键去播放BMP格式的图片。所以按键就是一个触发，对检索文件的触发。

由于我们需要通过按键触发，所以在这里我们例化了ax_debounce.v，前文已讲过。

由于我么需要对SD卡中进行数据读取，所以我们这里例化了sd_card_top，前文已讲过。

既然需要显示BMP格式的图片，我们就需要设计一个检索该格式文件的模块。所以我们在这里例化了bmp_read，从模块名也能了解它大概的功能，下面我们就仔细讲一下设计流程，你就会发现它与之前的WAV文件检索如出一辙。

由于我们要完成通过按键触发到文件检索，再到读取相关数据，这一连串的顺序操作，我们需要通过状态机完成，所以在这里我们设计了一个状态机。

SD卡初始化完成后，进入到IDLE状态。 

按键按下后，即find信号置1，系统进入检索文件状态，我们依然向之前那个项目中检索WAV文件一样，每4K空间寻找一次头文件，如果找到了，进入SD卡读取等待状态，也就是将sd_sec_read信号置1，同时将write_req置1，这里有人会好奇write_req到底是一个什么信号？我之前在前文中有讲过write_req和write_req_ack是一组反馈信号，write_req是frame_fifo_write模块中状态机的启动信号，有人估计又会问”我记得你讲过frame_fifo_write这个模块完成fifo到SDRAM数据的写入啊，那为什么会在SD卡的检索模块有一个控制信号给它呢？”我们要想我们整个系统就是一个并行工作的机器，我们所写的任何模块都是在并行工作的，当有按键按下，就是为我们这个系统发出了播放图片的命令，当系统中找到了命令中让它播放的图片格式时，它就要开始做好准备了，让它其中frame_fifo_write这个零部件去实时监测fifo中的数据够不够一次写入SDRAM的。我们在做任何设计的时候都要让自己成为一个顾大局的人，做好完全的准备，不能等麻烦(data)来了，手忙脚乱的

当frame_fifo_write这个模块做好准备后，系统进入到S_READ(也就是SD卡读取数据状态)，开始读取数据，每次读完一个扇区的数据，sd_sec_read_addr(扇区地址+1)，开始读下一个扇区的数据，直到读完整个文件的数据(bmp_len_cnt>=file_len)，系统进入S_END，否则继续读。

分析完整个状态机，大家应该会对具体的状态流程心里有数了，接下来我们对状态机里出现的信号继续分析。

found信号S_FIND这个状态中出现过，它是检索文件成功(找到头文件)的一个标志信号，下面我们来看它又是怎么被定义的呢。

我们默认头文件就是在扇区的头部，BMP文件的头文件的前两个字节就是’B’，’M’，在第3到6个字节是该文件的文件长度，在第19到22个字节是该文件的宽度。

这里我们根据文件头，以及文件宽度来判断是否为我们要找的文件。

rd_cnt是我们在检索文件过程中设计的计数器，它起到了对SD卡读取的数据排序作用。

这里应该都可以看懂吧，没什么说的。

bmp_len_cnt是我们进入S_READ状态中，对读取的数据计数，起到一个记录文件大小的作用。

bmp_data_valid是文件有效数据的标志信号，我们知道一个的组成是由头文件数据和有效数据组成的。这里就会同学产生疑问了:“既然已经进入了读取数据状态，不是就在读有效数据了吗？”答案可想而知，你太天真了，我们仔细看，在系统检索到文件后，进入读取状态的过程中，sd_sec_read_addr(扇区地址)并没有改变，在进入读状态后，系统依然在检索到头文件的扇区地址读取数据，所以读到的数据依然存在头文件数据。

bmp_len_cnt_tmp，其实通过注释我们就可已看出它的功能，这个注释言简意赅，RGB counter

就是RGB计数器，前文中我们有讲过一个像素点就是由RGB三原色组成的。这里我们通过bmp_len_cnt_tmp这个计数器，来记录读出来的数据到底是R还是G还是B，也就是对其标记。有人估计又会产生疑问了：“那么你又是如何确定每个原色的数据刚好是8位呢？”那么你该仔细看一下设计文档了，我清楚的写到本实验使用不压缩，24(16M色，真彩色)的BMP图片。那么刚好R ：8位，G： 8位，B：8位。

这段语句又是描述了一个怎样的功能？我之前有说过bmp_len_cnt_tmp起到了一个区分原色的功能，那么根据该计数器的标志信号，将对应的数据存放到bmp_data这个寄存器中相应的位置。在读取完一个像素点的所有数据后，将bmp_data_wr_en(也是连接在fifo的写使能上)置1。这里估计有同学又会产生疑问：“为什么不再一开始就将写使能置1，把数据直接写入到FIFO中？”我们在上一个实验中确实直接将有效数据写入到了FIFO中，但这次不一样，我们需要在写入前对数据进行整合，因为我们用的是RGB565，也就是16位数据描述一个像素点，而我们读取的是24位的数据，所以我们需要稍加处理，再送进FIFO中，真所谓好饭不怕晚！所以有了下面这段设计：

而write_data正是送入到FIFO中的数据。