操作系统嵌入式图片显示课程设计.docx
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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TFTLCD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：
ThinFilmTransistor-LiquidCrystalDisplay。
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、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JointPhotographicExpertsGroup（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（BMP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8×8的数据矩阵。
4、8×8的数据矩阵进一步解码。
此部分解码工作以8×8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8×8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、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（GraphicsInterchangeFormat）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（block）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-ZivWalch）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（FileHeader）、GIF数据流（GIFDataStream）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（ImageBlock）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
STM32
4.1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、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DS1
2）KEY0、KEY2和KEY_UP三个按键
3）串口
4）LCD模块
5）SD卡
6）SPIFLASH
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。
128KFLASH、20KSRAM、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_infopicinfo;//图片信息
_pic_phypic_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
voidpiclib_draw_hline（u16x0,u16y0,u16len,u16color）
{
if（（len==0）||（x0>lcddev.width）||（y0>lcddev.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
voidpiclib_fill_color（u16x,u16y,u16width,u16height,u16*color）
{
u16i,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;i{
for（j=0;j{
*（u16*）（（u32）ltdc_framebuf[lcdltdc.activelayer]+lcdltdc.pixsize*
（lcdltdc.pwidth*（lcdltdc.pheight-x-j-1）+y+i））=color[i*width+j];
}
}
}elseLCD_Color_Fill（x,y,x+width-1,y+height-1,color）;//其他情况,直接填充
}
//画图初始化,在画图之前,必须先调用此函数
//指定画点/读点
voidpiclib_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.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0
picinfo.ImgHeight=0;//初始化高度为0
picinfo.Div_Fac=0;//初始化缩放系数为0
picinfo.S_Height=0;//初始化设定的高度为0
picinfo.S_Width=0;//初始化设定的宽度为0
picinfo.S_XOFF=0;//初始化x轴的偏移量为0
picinfo.S_YOFF=0;//初始化y轴的偏移量为0
picinfo.staticx=0;//初始化当前显示到的x坐标为0
picinfo.staticy=0;//初始化当前显示到的y坐标为0
}
//快速ALPHABLENDING算法.
//src:
源颜色
//dst:
目标颜色
//alpha:
透明程度（0~32）
//返回值:
混合后的颜色.
u16piclib_alpha_blend（u16src,u16dst,u8alpha）
{
u32src2;
u32dst2;
//Convertto32bit|-----GGGGGG-----RRRRR------BBBBB|
src2=（（src<<16）|src）&0x07E0F81F;
dst2=（（dst<<16）|dst）&0x07E0F81F;
//PerformblendingR:
G:
Bwithalphainrange0..32
//Notethatthereasonthatalphamaynotexceed32isthatthereareonly
//5bitsofspacebetweeneachR:
G:
Bvalue,anyhighervaluewilloverflow
//intothenextcomponentanddeliveruglyresult.
dst2=（（（（dst2-src2）*alpha）>>5）+src2）&0x07E0F81F;
return（dst2>>16）|dst2;
}
//初始化智能画点
//内部调用
voidai_draw_init（void）
{
floattemp,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
673
STM32F429开发指南（寄存器版）
if（tempif（temp1>1）temp1=1;
//使图片处于所给区域的中间
picinfo.S_XOFF+=（picinfo.S_Width-temp1*picinfo.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
u8is_element_ok（u16x,u16y,u8chg）
{
if（x!
=picinfo.staticx||y!
=picinfo.staticy）
{
if（chg==1）{picinfo.staticx=x;picinfo.staticy=y;}
return1;
}elsereturn0;
}
//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
u8ai_load_picfile（constu8*filename,u16x,u16y,u16width,u16height,u8fast）
{
u8res;//返回值
u8temp;
if（（x+width）>picinfo.lcdwidth）returnPIC_WINDOW_ERR;//x坐标超范围了.
if（（y+height）>picinfo.lcdheight）returnPIC_WINDOW_ERR;//y坐标超范围了.
//得到显示方框大小
if（width==0||height==0）returnPIC_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）
{
picinfo.S_Height=lcddev.height;
picinfo.S_Width=lcddev.width;
returnFALSE;
}
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）
{
caseT_BMP:
res=stdbmp_decode（filename）;break;//解码bmp
caseT_JPG:
caseT_JPEG:
res=jpg_decode（filename,fast）;break;//解码JPG/JPEG
caseT_GIF:
res=gif_decode（filename,x,y,width,height）;break;//解码gif
default:
res=PIC_FORMAT_ERR;break;//非图片格式!
!
!
}
returnres;
}
//动态分配内存
void*pic_memalloc（u32size）
{
return（void*）mymalloc（SRAMIN,size）;
}
//释放内存
voidpic_memfree（void*mf）
{
myfree（SRAMIN,mf）;
}
此段代码总共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.h"
#include"ff.h"
#include"exfuns.h"
#include"bmp.h"
#include"tjpgd.h"
#include"gif.h"
#definePIC_FORMAT_ERR0x27//格式错误
#definePIC_SIZE_ERR0x28//图片尺寸错误
#definePIC_WINDOW_ERR0x29//窗口设定错误
#definePIC_MEM_ERR0x11//内存错误
#ifndefTRUE
#defineTRUE1
#endif
#ifndefFALSE
#defineFALSE0
#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
typedefstruct
{
u16（*read_point）（u16,u16）;
//u16read_point（u16x,u16y）读点函数
void（*draw_point）（u16,u16,u16）;
//voiddraw_point（u16x,u16y,u16color）画点函数
void（*fill）（u16,u16,u16,u16,u16）;
///voidfill（u
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