DPI ઈન્ટરફેસ અને FPGA બોર્ડ દ્વારા રાસ્પબેરી Pi3 માટે બીજું HDMI મોનિટર

આ વિડિયો બતાવે છે: રાસ્પબેરી Pi3 બોર્ડ, GPIO કનેક્ટર દ્વારા તેની સાથે જોડાયેલ FPGA બોર્ડ Mars Rover2rpi (સાયક્લોન IV) છે, જેની સાથે HDMI મોનિટર જોડાયેલ છે. બીજું મોનિટર રાસ્પબેરી Pi3 ના પ્રમાણભૂત HDMI કનેક્ટર દ્વારા જોડાયેલ છે. ડ્યુઅલ મોનિટર સિસ્ટમની જેમ બધું એકસાથે કામ કરે છે.

આગળ હું તમને કહીશ કે આ કેવી રીતે અમલમાં આવે છે.

લોકપ્રિય રાસ્પબેરી Pi3 બોર્ડમાં GPIO કનેક્ટર છે જેના દ્વારા તમે વિવિધ વિસ્તરણ કાર્ડ્સને કનેક્ટ કરી શકો છો: સેન્સર, LEDs, સ્ટેપર મોટર ડ્રાઇવર્સ અને ઘણું બધું. કનેક્ટર પર દરેક પિનનું ચોક્કસ કાર્ય પોર્ટ રૂપરેખાંકન પર આધારિત છે. GPIO ALT2 રૂપરેખાંકન તમને કનેક્ટરને DPI ઇન્ટરફેસ મોડ, ડિસ્પ્લે સમાંતર ઇન્ટરફેસ પર સ્વિચ કરવાની મંજૂરી આપે છે. VGA મોનિટરને DPI મારફતે કનેક્ટ કરવા માટે વિસ્તરણ કાર્ડ છે. જો કે, પ્રથમ, VGA મોનિટર્સ હવે HDMI જેટલા સામાન્ય નથી અને બીજું, ડિજિટલ ઈન્ટરફેસ એનાલોગ કરતા વધુને વધુ સારું છે. તદુપરાંત, આવા VGA વિસ્તરણ બોર્ડ પર DAC સામાન્ય રીતે R-2-R સાંકળોના સ્વરૂપમાં બનાવવામાં આવે છે અને ઘણીવાર તે રંગ દીઠ 6 બિટ્સ કરતાં વધુ હોતું નથી.

ALT2 મોડમાં, GPIO કનેક્ટર પિનનો નીચેનો અર્થ છે:

અહીં મેં કનેક્ટરની RGB પિન અનુક્રમે લાલ, લીલા અને વાદળી રંગની કરી છે. અન્ય મહત્વપૂર્ણ સંકેતો V-SYNC અને H-SYNC સંકેતો તેમજ CLK છે. CLK ઘડિયાળની આવર્તન એ આવર્તન છે કે જેના પર પિક્સેલ મૂલ્યો કનેક્ટરમાં આઉટપુટ થાય છે; તે પસંદ કરેલ વિડિઓ મોડ પર આધારિત છે.

ડિજિટલ HDMI મોનિટરને કનેક્ટ કરવા માટે, તમારે ઈન્ટરફેસના DPI સિગ્નલોને કેપ્ચર કરવાની અને તેમને HDMI સિગ્નલોમાં કન્વર્ટ કરવાની જરૂર છે. આ કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, અમુક પ્રકારના FPGA બોર્ડનો ઉપયોગ કરીને. જેમ જેમ તે બહાર આવ્યું છે, માર્સ રોવર2આરપીઆઈ બોર્ડ આ હેતુઓ માટે યોગ્ય છે. હકીકતમાં, આ બોર્ડને વિશિષ્ટ એડેપ્ટર દ્વારા કનેક્ટ કરવાનો મુખ્ય વિકલ્પ આના જેવો દેખાય છે:

આ બોર્ડનો ઉપયોગ GPIO પોર્ટની સંખ્યા વધારવા અને વધુ પેરિફેરલ ઉપકરણોને રાસ્પબેરી સાથે જોડવા માટે થાય છે. તે જ સમયે, આ કનેક્શન સાથેના 4 GPIO સિગ્નલોનો ઉપયોગ JTAG સિગ્નલો માટે થાય છે, જેથી રાસ્પબેરીનો પ્રોગ્રામ FPGA ફર્મવેરને FPGA માં લોડ કરી શકે. આ કારણે, આ પ્રમાણભૂત કનેક્શન મને અનુકૂળ નથી; 4 DPI સિગ્નલ ડ્રોપ આઉટ. સદભાગ્યે, બોર્ડ પરના વધારાના કોમ્બ્સમાં રાસ્પબેરી-સુસંગત પિનઆઉટ છે. તેથી હું બોર્ડને 90 ડિગ્રી ફેરવી શકું છું અને હજી પણ તેને મારા રાસ્પબેરી સાથે જોડી શકું છું:

અલબત્ત, તમારે બાહ્ય JTAG પ્રોગ્રામરનો ઉપયોગ કરવો પડશે, પરંતુ આ કોઈ સમસ્યા નથી.

હજી એક નાની સમસ્યા છે. દરેક FPGA પિનનો ઉપયોગ ઘડિયાળના ઇનપુટ તરીકે કરી શકાતો નથી. ત્યાં માત્ર થોડા સમર્પિત પિન છે જેનો ઉપયોગ આ હેતુઓ માટે કરી શકાય છે. તેથી તે અહીં બહાર આવ્યું કે GPIO_0 CLK સિગ્નલ FPGA ઇનપુટ સુધી પહોંચતું નથી, જેનો ઉપયોગ FPGA ઘડિયાળ ઇનપુટ તરીકે થઈ શકે છે. તેથી મારે હજુ પણ સ્કાર્ફ પર એક વાયર મૂકવાનો હતો. હું GPIO_0 અને બોર્ડના KEY[1] સિગ્નલને કનેક્ટ કરું છું:

હવે હું તમને FPGA પ્રોજેક્ટ વિશે થોડું કહીશ. HDMI સિગ્નલ જનરેટ કરવામાં મુખ્ય મુશ્કેલી ખૂબ ઊંચી ફ્રીક્વન્સીઝ છે. જો તમે HDMI કનેક્ટર પિનઆઉટ જુઓ છો, તો તમે જોઈ શકો છો કે RGB સિગ્નલો હવે સીરીયલ ડિફરન્સિયલ સિગ્નલો છે:

વિભેદક સિગ્નલનો ઉપયોગ તમને ટ્રાન્સમિશન લાઇન પર સામાન્ય મોડની દખલ સામે લડવા માટે પરવાનગી આપે છે. આ કિસ્સામાં, દરેક રંગ સિગ્નલનો મૂળ આઠ-બીટ કોડ 10-બીટ TMDS (ટ્રાન્ઝીશન-મિનિમાઇઝ્ડ ડિફરન્સિયલ સિગ્નલિંગ) માં રૂપાંતરિત થાય છે. સિગ્નલમાંથી DC ઘટકને દૂર કરવા અને વિભેદક રેખામાં સિગ્નલ સ્વિચિંગને ઘટાડવા માટે આ એક વિશિષ્ટ કોડિંગ પદ્ધતિ છે. 10 બિટ્સ હવે રંગના એક બાઇટ માટે સીરીયલ લાઇન પર પ્રસારિત કરવાની જરૂર હોવાથી, તે તારણ આપે છે કે સીરીયલાઇઝરની ઘડિયાળની ઝડપ પિક્સેલ ઘડિયાળની ઝડપ કરતાં 10 ગણી વધારે હોવી જોઈએ. જો આપણે ઉદાહરણ તરીકે વિડિયો મોડ 1280x720 60Hz લઈએ, તો આ મોડની પિક્સેલ ફ્રીક્વન્સી 74,25 MHz છે. સીરીયલાઇઝર 742,5 MHz હોવું જોઈએ.

નિયમિત FPGAs, કમનસીબે, આ માટે સક્ષમ નથી. જો કે, સદનસીબે અમારા માટે, FPGA માં બિલ્ટ-ઇન DDIO પિન છે. આ એવા તારણો છે જે પહેલાથી જ છે, જેમ કે તે હતા, 2-થી-1 સીરીયલાઇઝર્સ. એટલે કે, તેઓ ઘડિયાળની આવર્તનની વધતી અને પડતી કિનારીઓ પર ક્રમિક રીતે બે બિટ્સ આઉટપુટ કરી શકે છે. આનો અર્થ એ છે કે FPGA પ્રોજેક્ટમાં તમે 740 MHz નહિ, પરંતુ 370 MHz નો ઉપયોગ કરી શકો છો, પરંતુ તમારે FPGA માં DDIO આઉટપુટ તત્વોનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે. હવે 370 MHz પહેલેથી જ સંપૂર્ણપણે પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી આવર્તન છે. કમનસીબે, 1280x720 મોડ એ મર્યાદા છે. માર્સ રોવર2આરપીઆઈ બોર્ડ પર સ્થાપિત અમારા ચક્રવાત IV FPGA માં ઉચ્ચ રિઝોલ્યુશન પ્રાપ્ત કરી શકાતું નથી.

તેથી, ડિઝાઇનમાં, ઇનપુટ પિક્સેલ આવર્તન CLK PLL પર જાય છે, જ્યાં તેને 5 વડે ગુણાકાર કરવામાં આવે છે. આ આવર્તન પર, R, G, B બાઇટ્સ બીટ જોડીમાં રૂપાંતરિત થાય છે. આ તે છે જે TMDS એન્કોડર કરે છે. વેરિલોગ એચડીએલમાં સ્ત્રોત કોડ આના જેવો દેખાય છે:

module hdmi(
	input wire pixclk,		// 74MHz
	input wire clk_TMDS2,	// 370MHz
	input wire hsync,
	input wire vsync,
	input wire active,
	input wire [7:0]red,
	input wire [7:0]green,
	input wire [7:0]blue,
	output wire TMDS_bh,
	output wire TMDS_bl,
	output wire TMDS_gh,
	output wire TMDS_gl,
	output wire TMDS_rh,
	output wire TMDS_rl
);

wire [9:0] TMDS_red, TMDS_green, TMDS_blue;
TMDS_encoder encode_R(.clk(pixclk), .VD(red  ), .CD({vsync,hsync}), .VDE(active), .TMDS(TMDS_red));
TMDS_encoder encode_G(.clk(pixclk), .VD(green), .CD({vsync,hsync}), .VDE(active), .TMDS(TMDS_green));
TMDS_encoder encode_B(.clk(pixclk), .VD(blue ), .CD({vsync,hsync}), .VDE(active), .TMDS(TMDS_blue));

reg [2:0] TMDS_mod5=0;  // modulus 5 counter
reg [4:0] TMDS_shift_bh=0, TMDS_shift_bl=0;
reg [4:0] TMDS_shift_gh=0, TMDS_shift_gl=0;
reg [4:0] TMDS_shift_rh=0, TMDS_shift_rl=0;

wire [4:0] TMDS_blue_l  = {TMDS_blue[9],TMDS_blue[7],TMDS_blue[5],TMDS_blue[3],TMDS_blue[1]};
wire [4:0] TMDS_blue_h  = {TMDS_blue[8],TMDS_blue[6],TMDS_blue[4],TMDS_blue[2],TMDS_blue[0]};
wire [4:0] TMDS_green_l = {TMDS_green[9],TMDS_green[7],TMDS_green[5],TMDS_green[3],TMDS_green[1]};
wire [4:0] TMDS_green_h = {TMDS_green[8],TMDS_green[6],TMDS_green[4],TMDS_green[2],TMDS_green[0]};
wire [4:0] TMDS_red_l   = {TMDS_red[9],TMDS_red[7],TMDS_red[5],TMDS_red[3],TMDS_red[1]};
wire [4:0] TMDS_red_h   = {TMDS_red[8],TMDS_red[6],TMDS_red[4],TMDS_red[2],TMDS_red[0]};

always @(posedge clk_TMDS2)
begin
	TMDS_shift_bh <= TMDS_mod5[2] ? TMDS_blue_h  : TMDS_shift_bh  [4:1];
	TMDS_shift_bl <= TMDS_mod5[2] ? TMDS_blue_l  : TMDS_shift_bl  [4:1];
	TMDS_shift_gh <= TMDS_mod5[2] ? TMDS_green_h : TMDS_shift_gh  [4:1];
	TMDS_shift_gl <= TMDS_mod5[2] ? TMDS_green_l : TMDS_shift_gl  [4:1];
	TMDS_shift_rh <= TMDS_mod5[2] ? TMDS_red_h   : TMDS_shift_rh  [4:1];
	TMDS_shift_rl <= TMDS_mod5[2] ? TMDS_red_l   : TMDS_shift_rl  [4:1];
	TMDS_mod5 <= (TMDS_mod5[2]) ? 3'd0 : TMDS_mod5+3'd1;
end

assign TMDS_bh = TMDS_shift_bh[0];
assign TMDS_bl = TMDS_shift_bl[0];
assign TMDS_gh = TMDS_shift_gh[0];
assign TMDS_gl = TMDS_shift_gl[0];
assign TMDS_rh = TMDS_shift_rh[0];
assign TMDS_rl = TMDS_shift_rl[0];

endmodule

module TMDS_encoder(
	input clk,
	input [7:0] VD,	// video data (red, green or blue)
	input [1:0] CD,	// control data
	input VDE,  	// video data enable, to choose between CD (when VDE=0) and VD (when VDE=1)
	output reg [9:0] TMDS = 0
);

wire [3:0] Nb1s = VD[0] + VD[1] + VD[2] + VD[3] + VD[4] + VD[5] + VD[6] + VD[7];
wire XNOR = (Nb1s>4'd4) || (Nb1s==4'd4 && VD[0]==1'b0);
wire [8:0] q_m = {~XNOR, q_m[6:0] ^ VD[7:1] ^ {7{XNOR}}, VD[0]};

reg [3:0] balance_acc = 0;
wire [3:0] balance = q_m[0] + q_m[1] + q_m[2] + q_m[3] + q_m[4] + q_m[5] + q_m[6] + q_m[7] - 4'd4;
wire balance_sign_eq = (balance[3] == balance_acc[3]);
wire invert_q_m = (balance==0 || balance_acc==0) ? ~q_m[8] : balance_sign_eq;
wire [3:0] balance_acc_inc = balance - ({q_m[8] ^ ~balance_sign_eq} & ~(balance==0 || balance_acc==0));
wire [3:0] balance_acc_new = invert_q_m ? balance_acc-balance_acc_inc : balance_acc+balance_acc_inc;
wire [9:0] TMDS_data = {invert_q_m, q_m[8], q_m[7:0] ^ {8{invert_q_m}}};
wire [9:0] TMDS_code = CD[1] ? (CD[0] ? 10'b1010101011 : 10'b0101010100) : (CD[0] ? 10'b0010101011 : 10'b1101010100);

always @(posedge clk) TMDS <= VDE ? TMDS_data : TMDS_code;
always @(posedge clk) balance_acc <= VDE ? balance_acc_new : 4'h0;

endmodule

પછી આઉટપુટ જોડીઓને DDIO આઉટપુટમાં ખવડાવવામાં આવે છે, જે ક્રમિક રીતે વધતી અને પડતી કિનારીઓ પર એક-બીટ સિગ્નલ ઉત્પન્ન કરે છે.

DDIO ને નીચેના વેરિલોગ કોડ સાથે વર્ણવી શકાય છે:

module ddio(
	input wire d0,
	input wire d1,
	input wire clk,
	output wire out
	);

reg r_d0;
reg r_d1;
always @(posedge clk)
begin
	r_d0 <= d0;
	r_d1 <= d1;
end
assign out = clk ? r_d0 : r_d1;
endmodule

પરંતુ તે મોટે ભાગે તે રીતે કામ કરશે નહીં. DDIO આઉટપુટ તત્વોને વાસ્તવમાં સક્ષમ કરવા માટે તમારે Alter ના મેગાફંક્શન ALTDIO_OUT નો ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે. મારો પ્રોજેક્ટ ALTDIO_OUT લાઇબ્રેરી ઘટકનો ઉપયોગ કરે છે.

આ બધું થોડું મુશ્કેલ લાગે છે, પરંતુ તે કામ કરે છે.

તમે વેરિલોગ HDL માં લખેલા તમામ સ્રોત કોડ જોઈ શકો છો અહીં ગીથબ પર.

FPGA માટે કમ્પાઈલ કરેલ ફર્મવેરને Mars Rover2rpi બોર્ડ પર સ્થાપિત EPCS ચિપમાં ફ્લેશ કરવામાં આવે છે. આમ, જ્યારે એફપીજીએ બોર્ડ પર પાવર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે એફપીજીએ ફ્લેશ મેમરીમાંથી પ્રારંભ થશે અને શરૂ થશે.

હવે આપણે રાસ્પબેરીના રૂપરેખાંકન વિશે થોડી વાત કરવાની જરૂર છે.

હું ડેબિયન બસ્ટર, સંસ્કરણ: ઓગસ્ટ 32 પર આધારિત રાસ્પબેરી PI OS (2020 બીટ) પર પ્રયોગો કરી રહ્યો છું.
પ્રકાશન તારીખ: 2020-08-20, કર્નલ સંસ્કરણ: 5.4.

તમારે બે વસ્તુઓ કરવાની જરૂર છે:

• config.txt ફાઇલમાં ફેરફાર કરો;
• બે મોનિટર સાથે કામ કરવા માટે X સર્વર રૂપરેખાંકન બનાવો.

/boot/config.txt ફાઇલને સંપાદિત કરતી વખતે તમને જરૂર છે:

1. i2c, i2s, spi નો ઉપયોગ અક્ષમ કરો;
2. ઓવરલે dtoverlay=dpi24 નો ઉપયોગ કરીને DPI મોડને સક્ષમ કરો;
3. વિડિયો મોડ 1280×720 60Hz, DPI પર પિક્સેલ દીઠ 24 બિટ્સ ગોઠવો;
4. ફ્રેમબફર્સ 2 ની આવશ્યક સંખ્યાનો ઉલ્લેખ કરો (max_framebuffers=2, પછી જ બીજું ઉપકરણ /dev/fb1 દેખાશે)

config.txt ફાઇલનો સંપૂર્ણ ટેક્સ્ટ આના જેવો દેખાય છે.

# For more options and information see
# http://rpf.io/configtxt
# Some settings may impact device functionality. See link above for details

# uncomment if you get no picture on HDMI for a default "safe" mode
#hdmi_safe=1

# uncomment this if your display has a black border of unused pixels visible
# and your display can output without overscan
disable_overscan=1

# uncomment the following to adjust overscan. Use positive numbers if console
# goes off screen, and negative if there is too much border
#overscan_left=16
#overscan_right=16
#overscan_top=16
#overscan_bottom=16

# uncomment to force a console size. By default it will be display's size minus
# overscan.
#framebuffer_width=1280
#framebuffer_height=720

# uncomment if hdmi display is not detected and composite is being output
hdmi_force_hotplug=1

# uncomment to force a specific HDMI mode (this will force VGA)
#hdmi_group=1
#hdmi_mode=1

# uncomment to force a HDMI mode rather than DVI. This can make audio work in
# DMT (computer monitor) modes
#hdmi_drive=2

# uncomment to increase signal to HDMI, if you have interference, blanking, or
# no display
#config_hdmi_boost=4

# uncomment for composite PAL
#sdtv_mode=2

#uncomment to overclock the arm. 700 MHz is the default.
#arm_freq=800

# Uncomment some or all of these to enable the optional hardware interfaces
#dtparam=i2c_arm=on
#dtparam=i2s=on
#dtparam=spi=on

dtparam=i2c_arm=off
dtparam=spi=off
dtparam=i2s=off

dtoverlay=dpi24
overscan_left=0
overscan_right=0
overscan_top=0
overscan_bottom=0
framebuffer_width=1280
framebuffer_height=720
display_default_lcd=0
enable_dpi_lcd=1
dpi_group=2
dpi_mode=87
#dpi_group=1
#dpi_mode=4
dpi_output_format=0x6f027
dpi_timings=1280 1 110 40 220 720 1 5 5 20 0 0 0 60 0 74000000 3

# Uncomment this to enable infrared communication.
#dtoverlay=gpio-ir,gpio_pin=17
#dtoverlay=gpio-ir-tx,gpio_pin=18

# Additional overlays and parameters are documented /boot/overlays/README

# Enable audio (loads snd_bcm2835)
dtparam=audio=on

[pi4]
# Enable DRM VC4 V3D driver on top of the dispmanx display stack
#dtoverlay=vc4-fkms-v3d
max_framebuffers=2

[all]
#dtoverlay=vc4-fkms-v3d
max_framebuffers=2

આ પછી, તમારે બે ફ્રેમબફર /dev/fb0 અને /dev/fb1 પર બે મોનિટરનો ઉપયોગ કરવા માટે X સર્વર માટે રૂપરેખાંકન ફાઇલ બનાવવાની જરૂર છે:

મારી રૂપરેખાંકન ફાઇલ /usr/share/x11/xorg.conf.d/60-dualscreen.conf આના જેવી છે

Section "Device"
        Identifier      "LCD"
        Driver          "fbturbo"
        Option          "fbdev" "/dev/fb0"
        Option          "ShadowFB" "off"
        Option          "SwapbuffersWait" "true"
EndSection

Section "Device"
        Identifier      "HDMI"
        Driver          "fbturbo"
        Option          "fbdev" "/dev/fb1"
        Option          "ShadowFB" "off"
        Option          "SwapbuffersWait" "true"
EndSection

Section "Monitor"
        Identifier      "LCD-monitor"
        Option          "Primary" "true"
EndSection

Section "Monitor"
        Identifier      "HDMI-monitor"
        Option          "RightOf" "LCD-monitor"
EndSection

Section "Screen"
        Identifier      "screen0"
        Device          "LCD"
        Monitor         "LCD-monitor"
EndSection

Section "Screen"
        Identifier      "screen1"
        Device          "HDMI" 
	Monitor         "HDMI-monitor"
EndSection

Section "ServerLayout"
        Identifier      "default"
        Option          "Xinerama" "on"
        Option          "Clone" "off"
        Screen 0        "screen0"
        Screen 1        "screen1" RightOf "screen0"
EndSection

ઠીક છે, જો તે પહેલાથી ઇન્સ્ટોલ કરેલું નથી, તો તમારે Xinerama ઇન્સ્ટોલ કરવાની જરૂર છે. પછી ડેસ્કટોપ સ્પેસ સંપૂર્ણપણે બે મોનિટર સુધી વિસ્તૃત થશે, જેમ કે ઉપરના ડેમો વિડિયોમાં બતાવેલ છે.

કદાચ એટલું જ. હવે, Raspberry Pi3 માલિકો બે મોનિટરનો ઉપયોગ કરી શકશે.

માર્સ રોવર2આરપીઆઈ બોર્ડનું વર્ણન અને સર્કિટ ડાયાગ્રામ મળી શકે છે અહીં જુઓ.

સોર્સ: www.habr.com