#yyds干货盘点#Linux应用开发-LCD显示BMP图片

1. 前言

BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式，是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。BMP格式的图片存放的就是原始的RGB数据，一般没有做压缩，也就是图片的画质是最原始的，也导致BMP图片占用的内存非常大。现在常用的jpg、jpeg格式都是压缩格式，保存的时候通过算法编码压缩，显示的时候再解压成RGB数据渲染显示。

BMP格式在嵌入式设备里用的还是较多的，BMP虽然占用内存大，优点是显示速度快，因为不需要解码，在性能一般，不是很强的设备上使用BMP显示效率较高。

为了解BMP格式，这篇文章就采用Linux开发板作为实验平台，在LCD屏上读取BMP图片，完成绘制，不需要借助任何第三方库，全部由纯C语言代码一行一行敲出来，深入理解Linux下帧缓冲编程框架、BMP图片的存储结构原理。

一般BMP图片由以下4个部分组成：
1：文件头
2：图像参数
3：调色板
4：位图数据

现在一般采用的图片都是RGB888，24位真彩色，就没有调色板，只有3个部分组成。

其中文件头存放图片的属性，位图数据偏移量。图像参数存放图片的宽高、像素位数等信息。位图数据就是存储的原始RGB数据，可以直接在LCD屏上显示。

下面列出BMP图片的结构：

位图数据存储规则：

（1）每行的字节数必须是4的倍数，如果不是，则需要用0补齐。
（2）BMP位图数据的存放是从下到上，从左到右的。先读最后一行，读完后在读倒数第二行。

按照上面的介绍，就可以定义一个BMP解码专用的结构体，对应文件里每个字节数据，结构体成员变量必须按照上面截图里的说明定义。整个结构体还需要进行强制1个字节对齐，不然每个编译器对结构体的空间开辟规则有差异，会导致数据错位。

#pragma pack(1) //强制1个字节对齐
//BMP的文件头
struct _BMP_HEAD
{
    char type[2]; //图片的类型 "BM"
    unsigned int size; //文件大小
    unsigned short  r1; //保留1
    unsigned short  r2; //保留2
    unsigned int seek; //数据偏移字节(真实像素点数据)
};

//BMP的参数信息
struct _BMP_INFO
{
    unsigned int size; //当前结构体大小
    unsigned int w; //宽度
    unsigned int h; //高度
    unsigned short flag; //固定为1
    unsigned short bit; //像素点的位数
    unsigned int r1; //压缩方式  0
    unsigned int r2; //水平分辨率
    unsigned int r3; //垂直分辨率
    unsigned int r4; //垂直分辨率
    unsigned int r5; //引用色彩
    unsigned int r6; //关键色彩
};

2. 实现代码

要在LCD屏上完成BMP图片的显示，编写代码需要分几步完成，先编写LCD屏的基本显示代码，封装画点函数，LCD屏测试没有问题之后，再编写BMP解码代码，完成图片的渲染显示。

2.1 封装LCD屏画点函数

#include <stdio.h>
#include <linux/fb.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
unsigned char *fb_mem;
struct fb_var_screeninfo var;//可变参数
struct fb_fix_screeninfo fix;//固定参数

/*画点*/
void show_pixel(int x,int y,int color)
{
    unsigned long  *show32 = NULL;
    /* 定位到LCD屏上的位置*/
    show32=(unsigned long*)(fb_mem+y*var.xres*var.bits_per_pixel/8 + x*var.bits_per_pixel/8); 
  *show32 =color;  /*向指向的LCD地址赋数据*/
}

int main(int argc,char**argv)
{

     int fb;
     fb=open("/dev/fb0",2);
     if(fb<0)
        {
           printf("fb0打开失败!\n");
           return -1;   
        }

     /*1. 获取可变参数*/
     ioctl(fb,FBIOGET_VSCREENINFO,&var);
     printf("x=%d\n",var.xres);
     printf("y=%d\n",var.yres);
     printf("bit=%d\n",var.bits_per_pixel);

     /*2. 获取固定参数*/
     ioctl(fb,FBIOGET_FSCREENINFO,&fix);
     printf("line_byte=%d\n",fix.line_length);
     printf("smem_len=%d\n",fix.smem_len);

     /*3. 映射LCD地址*/
     fb_mem=mmap(NULL,fix.smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fb,0);

     int i,j;
     for(i=0;i<var.xres;i++)
     {
          for(j=0;j<var.yres;j++)
          {
               show_pixel(i,j,0xFF3333);
          } 
     }
     return 0;  
}

2.2 显示BMP图片

在工程目录下准备几张测试的BMP图片，程序运行时，在命令行上传入要显示的图片文件地址接口。

#include <linux/fb.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>

#pragma pack(push) /* 将当前pack设置压栈保存 */
#pragma pack(1)    /* 必须在结构体定义之前使用,这是为了让结构体中各成员按1字节对齐 */

/* 1、需要文件信息头:14个字节 */
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { /* bmfh */
    unsigned short bfType;      //保存图片类似。 'BM'
    unsigned long  bfSize;      //图片的大小
    unsigned short bfReserved1;
    unsigned short bfReserved2; 
    unsigned long  bfOffBits;  //RGB数据偏移地址
}BITMAPFILEHEADER;

/* 位图信息头 */
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER { /* bmih */
    unsigned long  biSize;      //结构体大小
    unsigned long  biWidth;     //宽度
    unsigned long  biHeight;    //高度
    unsigned short biPlanes;
    unsigned short biBitCount;  //颜色位数
    unsigned long  biCompression;
    unsigned long  biSizeImage;
    unsigned long  biXPelsPerMeter;
    unsigned long  biYPelsPerMeter;
    unsigned long  biClrUsed;
    unsigned long  biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER;
#pragma pack(pop) /* 恢复先前的pack设置 */

unsigned char *fbmem=NULL;
struct fb_var_screeninfo var;
struct fb_fix_screeninfo fix;
static int iFileSize = 0;

void show_pixel(int x,int y,int color)
{
    unsigned char *show8=NULL;
    unsigned short *show16=NULL;
    unsigned long *show32 = NULL;
    int red;
    int green;
    int blue;
    /* 定位到LCD屏上的位置 */
    show8 = fbmem + y*var.xres*var.bits_per_pixel/8 + x*var.bits_per_pixel/8;
    show16 = (unsigned short *)show8;
    show32 = (unsigned long *)show8;
    switch(var.bits_per_pixel)
    {
        case 8:

        {
            *show8 = color;
            break;
        }
        case 16:
        {
            /* RGB:565 */
            red = (color >> 16)&0xff;
            green = (color >> 8)&0xff;
            blue  = color&0xff;
            color = ((red>>3)<<11) | ((green>>2)<<6) |(blue>>3);
            *show16 = color;
            break;
        }
        case 32:
        {
            *show32 = color;
            break;
        }
        default:break;
    }

}

/*映射图片地址*/
static unsigned char *getbmpadd(char *name)
{
    unsigned char *bmpmem = NULL;
    FILE* filp;
    int fd;
    struct stat t_stat;
    /* 以r+可读可写方式打开name */
    filp = fopen(name,"r+");
    if(filp == NULL)
    {
        printf("can't open %s\n",name);
        return NULL;
    }
    /* 把文件指针转化为文件描述符 */
    fd = fileno(filp);
    /* 获取文件大小 */
    fstat(fd, &t_stat);
    iFileSize = t_stat.st_size;
    /* 映射 */
    bmpmem = mmap(NULL,iFileSize,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd, 0);
    if(bmpmem == (unsigned char *)-1)
    {
        printf("can't mmap..\n");
        return NULL;
    }
    return bmpmem;
}
void bmp_destroy(unsigned char *bmpmem)
{
    munmap(bmpmem,iFileSize);
}

void Convert_One_Line(unsigned char *src,unsigned char *dst,int iWidth)
{
    unsigned char *show8=NULL;
    unsigned short *show16=NULL;
    unsigned long *show32 = NULL;
    unsigned char *buf = src;
    int red;
    int green;
    int blue;
    int i;
    /* 定位到LCD屏上的位置 */
    show8 = dst;
    show16 = (unsigned short *)show8;
    show32 = (unsigned long *)show8;

    for(i=0;i<iWidth;i++)
    {
        blue    = *buf++;
        green   = *buf++;
        red     = *buf++;
        switch(var.bits_per_pixel)
        {
            case 16:
            {
                /* RGB:565 */
                *show16 = ((red>>3)<<11) | ((green>>2)<<6) |(blue>>3);
                show16++;
                break;
            }
            case 32:
            {
                *show32 = (red<<16)|(green<<8)|blue;
                show32++; // 4个字节
                break;
            }
            default:break;
        }
    }
}

/* 获取颜色阵列数据 */
int getbmpandshow(unsigned char *bmpmem)
{
    /* 定义文件信息头 */
    BITMAPFILEHEADER *bithead;
    /* 定义文件参数信息 */
    BITMAPINFOHEADER *bitinfo;

    unsigned char *src=NULL;
    unsigned char *dst=NULL;
    int iWidth;
    int iHeight;
    int iBpp;
    int iLineWidth;
    int iRealLineWidth;
    int iFbLineWidth;
    int i=0;

    /* 获取文件信息头起始地址 */
    bithead =(BITMAPFILEHEADER *)bmpmem;
    /* 获取位图信息头起始地址 */
    bitinfo = (BITMAPINFOHEADER *)(bmpmem + sizeof(BITMAPFILEHEADER));

    iWidth  = bitinfo->biWidth;
    iHeight = bitinfo->biHeight;
    iBpp    = bitinfo->biBitCount;
    printf("iWidth = %d\n",iWidth);
    printf("iHeight = %d\n",iHeight);
    printf("iBpp = %d\n",iBpp);

    /* 找到颜色阵列，RGB数据的起始地址 */
    src = bmpmem + bithead->bfOffBits;

    /* 得到图片一行字节数 */
    iLineWidth = iWidth*iBpp/8; 

    /* 向4取整，保证一行必须是4的倍数 */ 
    iRealLineWidth = (iLineWidth+3)&~0x3;  //  iLineWidth % 4  =0

    /* src指向图片RGB数据最后一行的首地址*/
    src += iRealLineWidth*(iHeight-1);

    /* LCD屏一行的总字节数  */
    iFbLineWidth = var.xres * var.bits_per_pixel/8;

    /*dst指向LCD的首地址*/
    dst = fbmem;

    for(i=0;i<iHeight;i++)
    {
        Convert_One_Line(src,dst,iWidth);
        src -= iRealLineWidth;
        dst += iFbLineWidth;
    }
    return 0;
}

int lcd_init(char *name)
{
    /* 1、打开/dev/fb0 */
    int fd;
    fd = open(name,2);
    if(fd <= 0)
    {
        printf("open is error!!\n");
        return -1;
    }
    /* 2、获取可变参数，固定参数 */
    /* 2.2、FBIOGET_VSCREENINFO获取可变参数:x,y,bpp */
    ioctl(fd,FBIOGET_VSCREENINFO,&var);
    printf("x=%d\n",var.xres);
    printf("y=%d\n",var.yres);
    printf("bpp=%d\n",var.bits_per_pixel);
    printf("oursize=%d\n",var.xres*var.yres*var.bits_per_pixel/8);
    /* 2.2、FBIOGET_FSCREENINFO获取固定参数:显存大小 */
    ioctl(fd,FBIOGET_FSCREENINFO,&fix);
    printf("size=%d\n",fix.smem_len);

    /* 3、获取显存虚拟起始地址 */
    /*
     * start:虚拟起始地址 null 自动分配
     * length: 映射的大小
     * prot :权限 PROT_READ | PROT_WRITE
     * flags : MAP_SHARED
     * fd:文件描述符
     */
    fbmem =(unsigned char *)mmap(NULL,fix.smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd, 0);
    if(fbmem == (unsigned char *)-1)
    {
        printf("mmap error!!!\n");
        munmap(fbmem,fix.smem_len);
        return -1;
    }
    return 0;
}

int main(int argc,char **argv)
{
    unsigned char *bmpmem;
    if(argc!=3)
    {
        printf("Usage :\n");
        printf("%s <display_car> <bmp_name>\n",argv[0]);
        return -1;
    }
    lcd_init(argv[1]);

    /* 4、清屏 */
    memset(fbmem,0x0,fix.smem_len);

    /* 4.1、显示图片-映射图片地址 */
    bmpmem = getbmpadd(argv[2]); 
    if(NULL == bmpmem)
    {
        printf("can't get bmp address!!\n");
        return -1;
    }
    getbmpandshow(bmpmem); // 显示图片
    bmp_destroy(bmpmem); //释放映射的空间
    return 0;
}