基于Cortex-M3的SD卡圖片瀏覽器

2 軟件設(shè)計(jì)
為使整個(gè)系統(tǒng)正常讀取SD卡的數(shù)據(jù)文件和目錄，需再創(chuàng)建一個(gè)可被Windows操作系統(tǒng)認(rèn)知的文件系統(tǒng)?？紤]到兼容性和方便性，本設(shè)計(jì)在μC／OS-II操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上移植了一種小型嵌入式文件系統(tǒng)FatFs。該文件系統(tǒng)具有支持多種操作系統(tǒng)、易于移植和存儲(chǔ)速度快的特點(diǎn)。
2．1 SD卡驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
SD卡驅(qū)動(dòng)不但需要完成SD卡控制器中相應(yīng)寄存器的設(shè)置和向SD卡發(fā)送命令，還要實(shí)現(xiàn)SD卡的初始化、讀寫等操作。目的是為其上層提供相應(yīng)的功能函數(shù)，屏蔽直接對(duì)硬件的具體操作。SD卡的驅(qū)動(dòng)使用了ZLG／SD的MMC／SD的軟件包。軟件包中提供一些常用的API函數(shù)，只需調(diào)用相關(guān)的API函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SD卡的訪問，其中包括SD_Initialize(初始化SD卡)、SD_ReadBloek(讀SD卡的一個(gè)塊)、SD_WriteBlock(寫SD卡的一個(gè)塊)、SD_EraseBlock(擦除SD卡的多個(gè)塊)等。
2．2 FatFs文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
FatFs是一個(gè)開源的文件管理系統(tǒng)，常用于小型嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)，支持FAT12、FAT16、FAT32，遵循ANSI C標(biāo)準(zhǔn)，不依賴于硬件平臺(tái)。對(duì)FatFs的移植，首先需要定義數(shù)據(jù)類型并與CPU．H的數(shù)據(jù)類型匹配；其次，使FatFs中的底層函數(shù)直接調(diào)用ZLG／SD軟件包的函數(shù)。例如：

由于篇幅有限，底層函數(shù)調(diào)用SD軟件包的函數(shù)不一一列出。通過這些操作就可以調(diào)用f_open、f_read、f_write等函數(shù)來進(jìn)行文件的創(chuàng)建、讀寫等操作。

3 圖片解碼分析
3．1 JPG格式的分析
JPEG專家組開發(fā)了2種基本的壓縮算法、2種數(shù)據(jù)編碼方法和4種編碼模式。在實(shí)際應(yīng)用中，絕大多數(shù)JPG圖像使用的是DCT(離散余弦變換)、Huffman(哈夫曼)編碼、順序模式。JPG編碼過程主要包括顏色轉(zhuǎn)換、DCT變換、量化、熵編碼及Huffman編碼等部分。
軟件實(shí)現(xiàn)圖像解碼的過程就是圖像編碼的逆過程，程序編程步驟如下：
①初始化FatFs文件系統(tǒng)，并利用f_open函數(shù)打開jpg格式的文件，用f_read從JPG格式文件中讀取圖片編碼的相關(guān)信息，如圖像大小、量化表、Huffman表等。
②讀取最小編碼單元數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行熵解碼、反量化、反離散余弦變換、YCrCb模式向RGB模式轉(zhuǎn)換等，并將最后的解碼數(shù)據(jù)保存至Buffer或直接輸出至顯示。
③不斷重復(fù)第②步過程，直至整張圖片解碼完畢。
3．2 BMP格式的分析
BMP(Bitmap，位圖)是Windows采用的圖像文件格式。位圖文件由4個(gè)部分組成：位圖文件頭(bitmap-fileheader)、位圖信息頭(bitmap-information header)、彩色表(color table)和定義位圖的字節(jié)陣列。BMP圖像的色深，常見有1、4、8、16、24和32位，分別對(duì)應(yīng)單色、16色、256色、16位高彩色、24位真彩色和32位增強(qiáng)型真彩色。這就需要建立相應(yīng)的彩色表實(shí)現(xiàn)位圖的顯示。編程實(shí)現(xiàn)位圖顯示的步驟如下；
①初始化FatFs文件系統(tǒng)，并BMP格式文件中讀取圖片編碼的相關(guān)信息，如圖像像素?cái)?shù)據(jù)、圖像位數(shù)、RGB值等。
②根據(jù)像素索引定位相應(yīng)顏色在彩色表中的位置。文件定位到相應(yīng)彩色項(xiàng)，取出索引對(duì)應(yīng)的顏色。
③從文件讀取的RGB數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為TFT支持的格式(本系統(tǒng)選用的TFT支持RGB565格式)。在液晶上畫出該像素，直到畫完整個(gè)圖像為止。
3．3 GIF格式的分析
一個(gè)GIF文件的結(jié)構(gòu)可分為文件頭(file header)、GIF數(shù)據(jù)流(GIF data stream)和文件終結(jié)器(trailer)3個(gè)部分。GIF文件格式采用了可變長(zhǎng)度的LZW壓縮編碼。LZW壓縮有3個(gè)重要的對(duì)象：數(shù)據(jù)流(CharStream)、編碼流(CodeStream)和編譯表(String Table)。在編碼時(shí)，數(shù)
據(jù)流是輸入對(duì)象(圖像的光柵數(shù)據(jù)序列)，編碼流就是輸出對(duì)象(存儲(chǔ)在GIF文件的圖像數(shù)據(jù))。在解碼軟件實(shí)現(xiàn)上流程與JPG、BMP相類似，都是先調(diào)用GIF格式文件再創(chuàng)建進(jìn)行GIF_LZW解碼，最后在TFT上顯示出來。需要注意的是，在解碼過程中，編碼流則是輸入對(duì)象，數(shù)據(jù)流是輸出對(duì)象。編譯表是在編碼和解碼時(shí)都須要借助的對(duì)象。

4 模塊化測(cè)試
整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)，利用μC／OS-II操作系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)管理。以任務(wù)Task_BMP為例，對(duì)24位真彩色BMP位圖的顯示進(jìn)行測(cè)試，程序如下：