02内存映射与bmp解码

一、mmap 内存映射        

        内存映射的作用是把硬件设备的地址，映射到应用层的内存空间，这样用户就可以跨越系统层访问linux的硬件设备。

1、man 2 mmap 查看映射函数接口

NAME
       mmap, munmap - map or unmap    files or devices into memory
                      映射   解除映射  文件  或 设备     到   内存                       
SYNOPSIS
       #include <sys/mman.h>

       void *mmap(void *addr,  //内存首地址,NULL 系统自动选择 
               size_t length,  //映射空间的大小，必须大于0
                    int prot,  //👉 PROT_READ | PROT_WRITE
                   int flags,  // MAP_SHARED 其他进程可见     MAP_PRIVATE  其他进程不可见
                      int fd,  // 文件描述符 
                off_t offset); // 偏移量 ，默认为  0 即可 
        
          返回值: 成功   映射地址,void *万能指针,用于后续用户强制转换类型！ 
                 失败    MAP_FAILED        
                                      
prot操作权限:
PROT_EXEC  可执行

PROT_READ  可读

PROT_WRITE 可写

PROT_NONE  没有权限                
     
⭐映射LCD设备 
void *mmap(NULL,800*480*4,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED ,lcd_fd,0)      
                                   
                                                                                                                                                       
//解除映射                     
int munmap(void *addr, size_t length);
addr:映射地址 
length:映射内存的大小

2、内存映射demo

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{

    int lcd_fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (lcd_fd < 0)
    {
        printf("LCD设备打开失败\n");
        return -1;
    }

    // 映射LCD设备
    void *p = mmap(NULL, 800 * 480 * 4, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, lcd_fd, 0);
    if (p == MAP_FAILED)
    {
        printf("映射失败\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("映射成功\n");
    }
}

3、映射地址与LCD关系

#if ONE
    // 把映射地址强制转换
    int *lcd = p;
    while (1)
    {
        // 一个一个像素点赋值到LCD设备中
        for (int x = 0; x < 800 * 480; x++)
        {
            lcd[x] = 0x0000ff;
        }
        sleep(1);
        for (int x = 0; x < 800 * 480; x++)
        {
            lcd[x] = 0x00ff00;
        }
        sleep(1);
    }
#endif

#if TWO
    // 把映射地址强制转换
    int(*lcd)[800] = p;

    for (int y = 0; y < 480; y++)
    {
        for (int x = 0; x < 800; x++)
        {
            lcd[y][x] = 0xff00ff;
        }
    }

#endif

二、lcd显示bmp图片

1、计算机常见的图片格式

JPG（JPEG）、PNG和BMP是常见的图像文件格式，它们各有特点和适用场景：
JPG（JPEG）
压缩方式：JPEG使用有损压缩，这意味着在压缩过程中会丢失一些图像数据，尤其是当压缩比率较高时。
适用场景：由于有损压缩，JPEG文件通常比PNG和BMP文件小，适合网络传输和存储空间有限的情况。它非常适合照片和复杂图像，因为这些图像的微小失真通常人眼难以察觉。
颜色深度：JPEG支持最高为24位的颜色深度。
透明度：JPEG不支持透明背景。
PNG（Portable Network Graphics）
压缩方式：PNG使用无损压缩，它可以在不损失任何图像数据的情况下压缩图像。
适用场景：PNG非常适合网页设计、图标和其他需要高保真度图像的场合。它的文件大小通常比JPEG大，但比BMP小。
颜色深度：PNG支持最高达48位的真彩色，并且支持灰度图像、索引颜色图像。
透明度：PNG支持透明背景和半透明效果，这是它的一大优势。
BMP（Bitmap）
压缩方式：BMP通常不使用压缩，它直接存储每个像素的颜色信息，因此文件大小通常很大。
适用场景：BMP格式因其简单和直接性在某些特定场合（如Windows系统中的图标）被使用，但由于文件体积大，不适合网络传输。
颜色深度：BMP支持多种颜色深度，包括24位和32位真彩色。
透明度：标准的BMP格式不支持透明度，但Windows位图可以包含alpha通道来支持透明度。
总结来说，选择哪种格式取决于图像的使用场景和对图像质量的要求。如果需要小文件体积且可以接受一定的质量损失，JPEG是不错的选择；如果需要高保真度和透明度支持，PNG是更好的选择；而BMP由于文件体积大，通常只在特定场合使用。

2、BMP 图片格式

通过上述方法调整图片的格式。

bmp文件头

//bmp文件头结构体-》占用14个字节
struct bitmap_header
{
    int16_t type;
    int32_t size; // 图像文件大小
    int16_t reserved1;
    int16_t reserved2;
    int32_t offbits; // bmp图像数据偏移量
}__attribute__((packed));

//bmp位图信息头结构体 -》占用40个字节
struct bitmap_info
{
    int32_t size;   // 本结构大小    
    int32_t width;  // 图像宽
    int32_t height; // 图像高
    int16_t planes;
    int16_t bit_count; // 色深
    int32_t compression;
    int32_t size_img; // bmp数据大小，必须是4的整数倍
    int32_t X_pel;
    int32_t Y_pel;
    int32_t clrused;
    int32_t clrImportant;
}__attribute__((packed));

用户在读取像素数据之前，应该把上述的54个字节先读取出来，再读取像素数据！ 
__attribute__((packed)); 把结构体压实，不进行任何的字节对齐方式！
bmp头数据处理demo
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> //在该头文件中定义了  int16_t  int32_t
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

// bmp文件头结构体-》占用14个字节
struct bitmap_header
{
    int16_t type;
    int32_t size; // 图像文件大小
    int16_t reserved1;
    int16_t reserved2;
    int32_t offbits; // bmp图像数据偏移量
} __attribute__((packed));

// bmp位图信息头结构体 -》占用40个字节
struct bitmap_info
{
    int32_t size;   // 本结构大小
    int32_t width;  // 图像宽
    int32_t height; // 图像高
    int16_t planes;
    int16_t bit_count; // 色深
    int32_t compression;
    int32_t size_img; // bmp数据大小，必须是4的整数倍
    int32_t X_pel;
    int32_t Y_pel;
    int32_t clrused;
    int32_t clrImportant;
} __attribute__((packed));

int main()
{
    printf("sizeof(struct bitmap_header)=%ld\n", sizeof(struct bitmap_header)); // 12
    printf("sizeof(struct bitmap_info)=%ld\n", sizeof(struct bitmap_info));     // 40

    // 1.打开图片文件
    int bmp_fd = open("tm.bmp", O_RDWR);
    if (bmp_fd < 0)
    {
        printf("打开图片失败\n");
        return -1;
    }

    // 2.读取14个字节头数据
    struct bitmap_header head;
    read(bmp_fd, &head, 14);

    struct bitmap_info info;
    read(bmp_fd, &info, 40);

    int widht = info.width;
    int height = info.height;
    int bbp = info.bit_count;

    printf("大小 %d 宽度 %d 高度 %d 色深 %d\n", head.size, widht, height, bbp);
}

3、bmp 像素数据处理

// 像素缓存区
char rgb[widht * 3 * height];
read(bmp_fd, rgb, sizeof(rgb));

// 把rgb的数据转换为argb数据
char argb[800 * 4 * 480];
for (int i = 0; i < 800 * 480; i++)
{
    argb[0 + i * 4] = rgb[0 + i * 3];
    argb[1 + i * 4] = rgb[1 + i * 3];
    argb[2 + i * 4] = rgb[2 + i * 3];
    argb[3 + i * 4] = 0;
}

4、LCD 映射显示argb数据

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

// bmp文件头结构体-》占用14个字节
struct bitmap_header
{
    int16_t type;
    int32_t size; // 图像文件大小
    int16_t reserved1;
    int16_t reserved2;
    int32_t offbits; // bmp图像数据偏移量
} __attribute__((packed));

// bmp位图信息头结构体 -》占用40个字节
struct bitmap_info
{
    int32_t size;   // 本结构大小
    int32_t width;  // 图像宽
    int32_t height; // 图像高
    int16_t planes;
    int16_t bit_count; // 色深
    int32_t compression;
    int32_t size_img; // bmp数据大小，必须是4的整数倍
    int32_t X_pel;
    int32_t Y_pel;
    int32_t clrused;
    int32_t clrImportant;
} __attribute__((packed));

int main()
{

    int lcd_fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (lcd_fd < 0)
    {
        printf("LCD设备打开失败\n");
        return -1;
    }

    // 映射LCD设备
    void *p = mmap(NULL, 800 * 480 * 4, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, lcd_fd, 0);
    if (p == MAP_FAILED)
    {
        printf("映射失败\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("映射成功\n");
    }

    // 1.打开图片文件
    int bmp_fd = open("tm.bmp", O_RDWR);
    if (bmp_fd < 0)
    {
        printf("打开图片失败\n");
        return -1;
    }

    // 2.读取14个字节头数据
    struct bitmap_header head;
    read(bmp_fd, &head, 14);

    struct bitmap_info info;
    read(bmp_fd, &info, 40);

    int widht = info.width;
    int height = info.height;
    int bbp = info.bit_count;

    printf("大小 %d 宽度 %d 高度 %d 色深 %d\n", head.size, widht, height, bbp);

    // 像素缓存区
    char rgb[widht * 3 * height];
    read(bmp_fd, rgb, sizeof(rgb));

    // 把rgb的数据转换为argb数据
    char argb[800 * 4 * 480];
    for (int i = 0; i < 800 * 480; i++)
    {
        argb[0 + i * 4] = rgb[0 + i * 3];
        argb[1 + i * 4] = rgb[1 + i * 3];
        argb[2 + i * 4] = rgb[2 + i * 3];
        argb[3 + i * 4] = 0;
    }

    // 转换映射地址
    char *lcd = p;
    for (int i = 0; i < 800 * 4 * 480; i++)
    {
        lcd[i] = argb[i]; // 把argb这些数据放入LCD映射地址
    }

    // 关闭图片
    close(bmp_fd);
    close(lcd_fd);
    // 解除映射
    munmap(lcd, 800 * 4 * 480);
}

至此，希望看完这篇文章的你有所收获，我是Bardb，译音八分贝，道友，下期见！

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