闲庭信步使用SV搭建图像测试平台：第一课——图片的读写
（如需要该系列的工程文件请关注知识星球：成工fpga，https://t.zsxq.com/DMeqH，关注即送200GB学习资料，链接已置顶！）
一个FPGA开发人员，不管是工作需要还是个人爱好，现在要对数字图像进行处理，尴尬的是手头没有FPGA硬件平台，也不会用或者不想用matlab，opencv，python等软件对图像进行处理。总而言之，目前就一个modelsim仿真软件，能不能对图像进行处理呢？
成工可以明确的说，仅仅使用modelsim软件是可以对图像进行处理的，但是不能只使用verilog，而是要使用system verilog语言。说到verilog和system verilog，成工不仅想到了大学学习c和c++语言的时候，大家说的最多的就是c++是面向对象编程的，而system verilog与verilog最大的不同也是一样，system verilog支持面向对象的编程，也就是可以使用class。
本系列是基于system verilog，使用modelsim来搭建图像的测试平台，所以重点不是学习system verilog语言，而是使用system verilog来搭建仿真测试平台，非必要成工不会对system verilog的语法进行专门的讲解，语法相关的东西，用多了自然就会了。
语言和软件确定了，要选用什么格式的图片呢？图像的格式有很多种，比如jpg，png，bmp，tif，gif等等，看似很多，但是等让我们简单上手的只有bmp图片，因为bmp图片包含的图像信息很丰富，几乎不进行压缩，当然占用磁盘空间也比较大。而jpg，png等格式的图片都进行了压缩，处理前还要进行图像恢复的操作，不容易上手。大家可能会问，我要处理的图片不是bmp格式的怎么办呢？成工只能默默的告诉你，先转成bmp的图片再进行处理，而且转的过程中，一定选择24位的位图，否则后续处理起来非常的麻烦。
下面我们来看看bmp图片的格式，分成文件头，信息头，色彩表和数据阵列字节四部分。
其中图像文件头和图像信息头共54字节，需要注意的是，上面成工说的bmp一定要保存24位的位图，就是对应001Ch的Bits Per Pixel，24bit真彩色位图，也就是说图像的每个像素点都是24bit，分别是r，g，b三个分量，此时图片是没有进行任何压缩的，而且色彩表的成员尺寸大小是0，也就是说24bit真彩色位图就是由54字节的头和数据阵列组成。
语言，软件，图片都准备好了，那就开干。由于使用system verilog开发，那应该新建*.sv文件而不是.*v文件，这儿成工新建的是tb_image_sim.sv文件。
首先成工介绍一下每个仿真测试工程的内容，刚开始是包括五个文件见，doc用来存放说明文档，img用来保存要处理和处理后的图片，sim里面是仿真文件列表filelist，自动化脚本run.do和window下可执行文件top_tb.bat，只需要双击top_tb.bat就可以完成整个测试仿真；src用来存放可综合的rtl代码，第一期全是测试仿真，所以src文件夹下全部都是空的，第二期是rtl代码的仿真和测试平台的仿真对比，这时候就会有文件放进去；tb用来存放仿真测试的sv文件，tb_image_sim.sv就在该文件夹下。
下面我们开始讲解tb_image_sim模块。第25到27行定义了图像头、图像宽度和图像的高度的大小，之所以现在800x480图像，是因为成工手头开发板的LCD屏是800x480分辨率的。28行计算了图像的大小，乘3是因为一个像素点有rgb三个分量，54+800*480*3=1152054，我们查看一下图片的大小，确实是1152054。
30行到32行定义了integer变量，用来指示输入图片，输入图片和输出txt文本。第34行到38行定义了几个图像头的变量，用来测试一下从头部读出来的值是否和期望值一致。40行定义了一个reg类型的二维数组，用来存储图像的数据，数组长度是整个图片的大小。41行定义了一个32bit（一个word）的变量，图片的存储必须按照word为单位进行存储。
经典问题，把大象装入冰箱需要几个步骤，答案很简单，三个步骤：打开冰箱门，把大象装入冰箱，关闭冰箱。同理，不管是图片的读写，还是文本的读写，不管使用c，c++还是python，应该都是三个步骤，那就是打开文件，对文件进行读写，关闭文件，system verilog也不能免俗，对图片和文本的读写也是这三个步骤。
43行到75行定义了initial块，完成图像数据的读写。其中图像的读操作是先打开图片（45行$fopen）,将图片数据保存到数组（49行$fread），最后关闭图像（50行$fclose）。
将图像数据保存到txt文档中也是差不多，先打开txt文档（47行$fopen）,将图片数组中的数据保存到txt文件中（64行$fwrite），最后关闭txt文档（65行$fclose）。
将图像数据再保存到图像，就是图像的写操作，步骤是先打开图片（46行$fopen）,将图片数组中的数据保存到图片中（71行$fwrite），最后关闭图像（73行$fclose）。需要注意的是保存到图片的数据必须是word，69到72行实现了该功能。
53行到57行解析了图想head的一下信息，通过$display打印出来。
图像的读写就是这么简单，双击sim文件夹下的top_tb.bat文件，自动打开modelsim完成仿真，打印信息如下，可见期望的数据和获取的数据是一致的。
打开img文件夹，可以看到新生成了图像文件out.bmp和文本文件out.txt。
我们查看一下out.bmp文件的大小，发现是1152056，比原始图像大了2个字节。
网上有人说过这个问题，成工也试过用ps将jpg图片转称bmp文件，也会增加2个字节。我们用UE将两幅图片打开，发现新保存的图片最后多了两个字节的0。其实原因也很简单，原图像大小1152054/4=288013.5，不能被4整除，而我们又是按照word（4字节）进行存储，最后两个字节自动补零，所以图片大小就变成了1152056。
