操作系统嵌入式图片显示课程设计.docx

1、操作系统嵌入式图片显示课程设计 操作系统课程设计报告课 题:_嵌入式系统文件显示_ 组 长: 罗平 学 号: 20151703021_ 同组姓名: 刘照、杜威、周玉辉、胡玉珍 专业班级: 网工15102 _ 指导教师: 丁德红_ 设计时间: 2017-06-12_ 评阅意见：评定成绩： 指导老师签名： 年 月 日1.前言本课程设计是学生学习完计算机操作系统课程后，进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及实现方法，加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。随着嵌入式技术的迅猛发展，人机交互界面也越来越显示出它的重要性。本次课程设计主要以TFTLC

2、D的LCD显示模块，完整的实现了图片的循环显示。TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。其英文全称为：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。目前，显示技术和显示工业的发展迅速。显示技术是传递视觉的信息技术。液晶显示器件LCD是当今最有发展前途的一种平板显示器件，它具有很多独到的优异特性。它具有显示信息多、易于多彩化、体积小、重量轻、功

3、耗低、寿命长、价格低、无辐射、无污染、接口控制方便等优点。2.课程设计内容2.1课程要求1、开发环境：Keilc5.0 ，阿波罗开发板2、开机的时候先检测字库，然后检测SD卡是否存在，如果SD卡存在，则开始查找SD卡根目录下的PICTURE文件夹，如果找到则显示该文件夹下面的图片文件（支持bmp、jpg、jpeg或gif格式），循环显示，通过按KEY0和KEY2可以快速浏览下一张和上一张，KEY_UP按键用于暂停/继续播放，DS1用于指示当前是否处于暂停状态。如果未找到PICTURE文件夹/任何图片文件，则提示错误。同样我们也是用DS0来指示程序正在运行。整体效果就是一个精简版的数码相框。3、

4、界面上有自己的学校、班级、姓名字样。2.2组员任务分工罗 平（18）：代码修改、关键算法和主要函数实现的理解杜 威（02）：PPT的制作、代码运行试验、相关知识简介胡玉珍（05）：代码理解、组员任务分工、实现功能及操作简介刘 照（16）：代码运行试验、实验结果及结果分析周玉辉（36）：word文档制作、代码运行试验、相关知识简介3.背景 3.1图片格式简介图片有一般图片格式有许多种，一般常用的有四种，JEPG(或者说JPG),BMP格式的，这三种是静态图片，以及GIF格式的动态格式图。 下面简单介绍一下这三种图片格式。3.1.1BMP 图片格式BMP（全称 Bitmap）是 Window 操作

5、系统中的标准图像文件格式，文件后缀名为“ .bmp”， 使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此， BMP 文件所占用的空间很大，但是没有失真。BMP 文件的图像深度可选 lbit、 4bit、 8bit、 16bit、 24bit 及 32bit。 BMP 文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。典型的 BMP 图像文件由四部分组成： 1、位图头文件数据结构，它包含 BMP 图像文件的类型、显示内容等信息；2、位图信息数据结构，它包含有 BMP 图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息；3、调色板，这个部分是可选的，有些位图需要调

6、色板，有些位图，比如真彩色图（ 24位的 BMP）就不需要调色板； 4、位图数据，这部分的内容根据 BMP 位图使用的位数不同而不同，在 24 位图中直接使用 RGB，而其他的小于 24 位的使用调色板中颜色索引值。3.1.2JPEG文件格式JPEG 是 Joint Photographic Experts Group(联合图像专家组)的缩写，文件后辍名为 “ jpg”或“ jpeg”，是最常用的图像文件格式，由一个软件开发联合会组织制定， 同 BMP 格式不同， JPEG 是一种有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，图像中重复或不重要的资料会被丢失，因此容易造成图像数据的损伤（ BM

7、P 不会，但是 BMP 占用空间大）。比如可以把 1 37Mb 的 BMP 位图文件压缩至 20 3KB。当然也可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。 JPEG 格式压缩的主要是高频信息，对色彩的信息保留较好，适合应用于互联网，可减少图像的传输时间，可以支持 24bit 真彩色，也普遍应用于需要连续色调的图像。JPEG/JPG 的解码过程可以简单的概述为如下几个部分：1、从文件头读出文件的相关信息。JPEG 文件数据分为文件头和图像数据两大部分，其中文件头记录了图像的版本、长宽、采样因子、量化表、哈夫曼表等重要信息。所以解码前必须将文件头信息读出，以备图像数据解码过程之用。2、从图像数据流读

8、取一个最小编码单元(MCU) ，并提取出里边的各个颜色分量单元。3、将颜色分量单元从数据流恢复成矩阵数据。使用文件头给出的哈夫曼表，对分割出来的颜色分量单元进行解码，把其恢复成 88 的数据矩阵。4、 88 的数据矩阵进一步解码。此部分解码工作以 88 的数据矩阵为单位， 其中包括相邻矩阵的直流系数差分解码、 使用文件头给出的量化表反量化数据、反 Zig- zag 编码、隔行正负纠正、反向离散余弦变换等 5 个步骤， 最终输出仍然是一个 88 的数据矩阵。5、颜色系统 YCrCb 向 RGB 转换。将一个MCU 的各个颜色分量单元解码结果整合起来，将图像颜色系统从YCrCb 向RGB 转换。6

9、、排列整合各个 MCU 的解码数据。不断读取数据流中的 MCU 并对其解码，直至读完所有 MCU 为止，将各 MCU 解码后的数据正确排列成完整的图像。本课程设计程采用 TjpgDec 作为 JPG/JPEG 的解码库。BMP 和 JPEG 这两种图片格式均不支持动态效果，而 GIF 则是可以支持动态效果。3.1.3GIF 图片格式GIF(Graphics Interchange Format)是 CompuServe 公司开发的图像文件存储格式， 1987年开发的 GIF 文件格式版本号是 GIF87a，1989 年进行了扩充，扩充后的版本号定义为 GIF89a。GIF 图像文件以数据块(b

10、lock)为单位来存储图像的相关信息。一个 GIF 文件由表示图形图像的数据块、数据子块以及显示图形图像的控制信息块组成，称为 GIF 数据流(DataStream)。数据流中的所有控制信息块和数据块都必须在文件头(Header)和文件结束块(Trailer)之间。GIF 文件格式采用了 LZW(Lempel-Ziv Walch)压缩算法来存储图像数据，定义了允许用户为图像设置背景的透明(transparency)属性。如果在 GIF 文件中存放有多幅图，它们可以像演幻灯片那样显示或者像动画那样演示。一个 GIF 文件的结构可分为文件头(File Header)、 GIF 数据流(GIF Da

11、ta Stream)和文件终结器(Trailer)三个部分。文件头包含 GIF 文件署名(Signature)和版本号(Version)； GIF 数据流由控制标识符、图象块(Image Block)和其他的一些扩展块组成；文件终结器只有一个值为0x3B 的字符（ ;）表示文件结束。4.流程设计4.1系统的结构框 STM324.1 系统结构框图4.2程序流程图设计图4.2 程序流程图5.硬件设计5.1硬件介绍开机的时候先检测字库，然后检测 SD 卡是否存在，如果 SD 卡存在，则开始查找 SD 卡根目录下的 PICTURE 文件夹，如果找到则显示该文件夹下面的图片文件（ 支持 bmp、 jpg

12、、 jpeg 或 gif 格式） ，循环显示，通过按 KEY0 和 KEY2 可以快速浏览下一张和上一张， KEY_UP 按键用于暂停/继续播放， DS1 用于指示当前是否处于暂停状态。如果未找到 PICTURE 文件夹/任何图片文件，则提示错误。同样我们也是用 DS0 来指示程序正在运行。所要用到的硬件资源如下：1） 指示灯 DS0 和 DS12） KEY0、 KEY2 和 KEY_UP 三个按键3） 串口4） LCD 模块5） SD 卡6） SPI FLASH这几部分，在之前的实例中都介绍过了，我们在此就不介绍了。需要注意的是，我们在SD 卡根目录下要建一个 PICTURE 的文件夹，用来

13、存放 JPEG、 JPG、 BMP 或 GIF 等图片。5.2 芯片介绍STM32开发板主要采用STM32F103RBT6作为MCU，STM32F103的型号众多，我们选择这款的原因是看重其性价比，作为一款低端开发板，选择STM32F103RBT6是最佳的选择。128K FLASH、20K SRAM、2个SPI、3个串口、1个USB、1个CAN、2个12位的ADC、RTC、51个可用IO脚，这样的配置无论放到哪里都是很不错的了，更重要的是其价格，不到13元的批量价，足以秒杀很多其他芯片了，所以我们选择了它作为我们的主芯片。6.算法实现6.1功能函数首先在 HARDWARE 文件夹所在的文件夹下

14、新建一个 PICTURE 的文件夹。在该文件夹里面新建 bmp.c、 bmp.h、 tjpgd.c、 tjpgd.h、 integer.h、 gif.c、 gif.h、 piclib.c和 piclib.h 等 9 个文件。并将 PICTURE 文件夹加入头文件包含路径。其中 bmp.c 和 bmp.h 用于实现对 bmp 文件的解码；tjpgd.c 和 tjpgd.h 用于实现对 jpeg/jpg文件的解码； gif.c 和 gif.h 用于实现对 gif 文件的解码；这几个代码太长了，所以我们在这里不贴出来，请大家参考光盘本例程的源码piclib.c代码如下：_pic_info picin

15、fo; /图片信息_pic_phy pic_phy; /图片显示物理接口/lcd.h 没有提供划横线函数,需要自己实现void piclib_draw_hline(u16 x0,u16 y0,u16 len,u16 color)if(len=0)|(x0lcddev.width)|(y0lcddev.height)return;LCD_Fill(x0,y0,x0+len-1,y0,color);/填充颜色/x,y:起始坐标/width， height：宽度和高度。/*color：颜色数组void piclib_fill_color(u16 x,u16 y,u16 width,u16 heigh

16、t,u16 *color)u16 i,j;if(lcdltdc.pwidth!=0&lcddev.dir=0)/RGB 屏,且竖屏,则填充函数不可直接用for(i=0;iheight;i+)for(j=0;jwidth;j+)*(u16*)(u32)ltdc_framebuflcdltdc.activelayer+lcdltdc.pixsize*(lcdltdc.pwidth*(lcdltdc.pheight-x-j-1)+y+i)=colori*width+j;else LCD_Color_Fill(x,y,x+width-1,y+height-1,color);/其他情况,直接填充/画图初

17、始化,在画图之前,必须先调用此函数/指定画点/读点void piclib_init(void)pic_phy.read_point=LCD_ReadPoint; /读点函数实现,仅 BMP 需要pic_phy.draw_point=LCD_Fast_DrawPoint; /画点函数实现pic_phy.fill=LCD_Fill; /填充函数实现,仅 GIF 需要pic_phy.draw_hline=piclib_draw_hline; /画线函数实现,仅 GIF 需要pic_phy.fillcolor=piclib_fill_color; /颜色填充函数实现,仅 TJPGD 需要picinfo

18、.lcdwidth=lcddev.width; /得到 LCD 的宽度像素picinfo.lcdheight=lcddev.height; /得到 LCD 的高度像素picinfo.ImgWidth=0; /初始化宽度为 0picinfo.ImgHeight=0; /初始化高度为 0picinfo.Div_Fac=0; /初始化缩放系数为 0picinfo.S_Height=0; /初始化设定的高度为 0picinfo.S_Width=0; /初始化设定的宽度为 0picinfo.S_XOFF=0; /初始化 x 轴的偏移量为 0picinfo.S_YOFF=0; /初始化 y 轴的偏移量为

19、0picinfo.staticx=0; /初始化当前显示到的 x 坐标为 0picinfo.staticy=0; /初始化当前显示到的 y 坐标为 0/快速 ALPHA BLENDING 算法./src:源颜色/dst:目标颜色/alpha:透明程度(032)/返回值:混合后的颜色.u16 piclib_alpha_blend(u16 src,u16 dst,u8 alpha)u32 src2;u32 dst2;/Convert to 32bit |-GGGGGG-RRRRR-BBBBB|src2=(src16)|src)&0x07E0F81F;dst2=(dst5)+src2)&0x07E0

20、F81F;return (dst216)|dst2;/初始化智能画点/内部调用void ai_draw_init(void)float temp,temp1; temp=(float)picinfo.S_Width/picinfo.ImgWidth;temp1=(float)picinfo.S_Height/picinfo.ImgHeight;ALIENTEK 阿波罗 STM32F429 开发板教程673STM32F429 开发指南(寄存器版)if(temp1)temp1=1; /使图片处于所给区域的中间picinfo.S_XOFF+=(picinfo.S_Width-temp1*picinf

21、o.ImgWidth)/2;picinfo.S_YOFF+=(picinfo.S_Height-temp1*picinfo.ImgHeight)/2;temp1*=8192;/扩大 8192 倍picinfo.Div_Fac=temp1;picinfo.staticx=0xffff;picinfo.staticy=0xffff;/放到一个不可能的值上面/判断这个像素是否可以显示/(x,y) :像素原始坐标/chg :功能变量./返回值:0,不需要显示.1,需要显示u8 is_element_ok(u16 x,u16 y,u8 chg) if(x!=picinfo.staticx|y!=pici

22、nfo.staticy)if(chg=1) picinfo.staticx=x; picinfo.staticy=y; return 1;else return 0;/智能画图/FileName:要显示的图片文件 BMP/JPG/JPEG/GIF/x,y,width,height:坐标及显示区域尺寸/fast:使能 jpeg/jpg 小图片(图片尺寸小于等于液晶分辨率)快速解码,0,不使能;1,使能./图片在开始和结束的坐标点范围内显示u8 ai_load_picfile(const u8 *filename,u16 x,u16 y,u16 width,u16 height,u8 fast)u

23、8 res;/返回值u8 temp;if(x+width)picinfo.lcdwidth)return PIC_WINDOW_ERR; /x 坐标超范围了.if(y+height)picinfo.lcdheight)return PIC_WINDOW_ERR; /y 坐标超范围了./得到显示方框大小 if(width=0|height=0)return PIC_WINDOW_ERR; /窗口设定错误picinfo.S_Height=height;picinfo.S_Width=width;/显示区域无效if(picinfo.S_Height=0|picinfo.S_Width=0)picin

24、fo.S_Height=lcddev.height;picinfo.S_Width=lcddev.width;return FALSE;if(pic_phy.fillcolor=NULL)fast=0;/颜色填充函数未实现,不能快速显示/显示的开始坐标点picinfo.S_YOFF=y;picinfo.S_XOFF=x;/文件名传递temp=f_typetell(u8*)filename); /得到文件的类型switch(temp) case T_BMP:res=stdbmp_decode(filename); break; /解码 bmpcase T_JPG:case T_JPEG: res

25、=jpg_decode(filename,fast); break; /解码 JPG/JPEGcase T_GIF: res=gif_decode(filename,x,y,width,height); break; /解码 gifdefault: res=PIC_FORMAT_ERR; break; /非图片格式! return res;/动态分配内存void *pic_memalloc (u32 size)return (void*)mymalloc(SRAMIN,size);/释放内存void pic_memfree (void* mf)myfree(SRAMIN,mf);此段代码总共

26、9 个函数，其中， piclib_draw_hline 和 piclib_fill_color 函数因为 LCD 驱动，代码没有提供，所以在这里单独实现，如果 LCD 驱动代码有提供，则直接用 LCD 提供的即可。piclib_init 函数，该函数用于初始化图片解码的相关信息，其中_pic_phy 是我们在piclib.h 里面定义的一个结构体，用于管理底层 LCD 接口函数，这些函数必须由用户在外部实现。 _pic_info 则是另外一个结构体，用于图片缩放处理。piclib_alpha_blend 函数， 该函数用于实现半透明效果，在小格式（ 图片分辨率小于 LCD分辨率） bmp 解码

27、的时候，可能被用到。ai_draw_init 函数，该函数用于实现图片在显示区域的居中显示初始化，其实is_element_ok 函数，该函数用于判断一个点是不是应该显示出来，在图片缩放的时候该函数是必须用到的。ai_load_picfile 函数，该函数是整个图片显示的对外接口，外部程序，通过调用该函数，可以实现 bmp、 jpg/jpeg 和 gif 的显示，该函数根据输入文件的后缀名，判断文件格式，然后交给相应的解码程序（ bmp 解码/jpeg 解码/gif 解码），执行解码，完成图片显示。注意，这里我们用到一个 f_typetell 的函数，来判断文件的后缀名， f_typetell

28、 函数在 exfuns.c 里面实现，最后， pic_memalloc 和 pic_memfree 分别用于图片解码时需要用到的内存申请和释放，通过调用 mymalloc 和 myfreee 来实现。保存 piclib.c，然后在工程里面新建一个 PICTURE 的分组，将 bmp.c、 gif.c、 tjpgd.c 和piclib.c 等 4 个 c 文件加入到 PICTURE 分组下。然后打开 piclib.h，在该文件输入如下代码：#ifndef _PICLIB_H#define _PICLIB_H #include sys.h#include lcd.h#include malloc.

29、h#include ff.h#include exfuns.h#include bmp.h#include tjpgd.h#include gif.h#define PIC_FORMAT_ERR 0x27 /格式错误#define PIC_SIZE_ERR 0x28 /图片尺寸错误#define PIC_WINDOW_ERR 0x29 /窗口设定错误#define PIC_MEM_ERR 0x11 /内存错误#ifndef TRUE#define TRUE 1#endif#ifndef FALSE#define FALSE 0#endif/图片显示物理层接口/在移植的时候,必须由用户自己实现这几个函数typedef structu16(*read_point)(u16,u16);/u16 read_point(u16 x,u16 y)读点函数void(*draw_point)(u16,u16,u16);/void draw_point(u16 x,u16 y,u16 color)画点函数void(*fill)(u16,u16,u16,u16,u16);/void fill(u