วิดีโอนี้แสดง: บอร์ด Raspberry Pi3 ซึ่งเชื่อมต่อกับบอร์ด FPGA Mars Rover2rpi (Cyclone IV) ผ่านตัวเชื่อมต่อ GPIO ซึ่งเชื่อมต่อกับจอภาพ HDMI จอภาพที่สองเชื่อมต่อผ่านขั้วต่อ Raspberry Pi3 HDMI มาตรฐาน ทั้งหมดทำงานเหมือนระบบจอภาพคู่
ต่อไปฉันจะบอกคุณว่ามันใช้งานอย่างไร
บอร์ด Raspberry Pi3 ยอดนิยมมีตัวเชื่อมต่อ GPIO ซึ่งคุณสามารถเชื่อมต่อบอร์ดขยายต่างๆ ได้: เซ็นเซอร์, LED, ไดรเวอร์สเต็ปเปอร์มอเตอร์ และอื่นๆ อีกมากมาย ฟังก์ชันเฉพาะของแต่ละพินบนตัวเชื่อมต่อขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าพอร์ต การกำหนดค่า GPIO ALT2 ช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนตัวเชื่อมต่อเป็นโหมดอินเทอร์เฟซ DPI, Display Parallel Interface มีบอร์ดขยายสำหรับเชื่อมต่อจอภาพ VGA ผ่าน DPI อย่างไรก็ตาม อย่างแรก จอภาพ VGA ไม่เหมือน HDMI อีกต่อไป และประการที่สอง อินเทอร์เฟซดิจิทัลเริ่มดีขึ้นกว่าอะนาล็อก ยิ่งไปกว่านั้น DAC บนการ์ดขยาย VGA ดังกล่าวมักจะทำในรูปแบบของสายโซ่ R-2-R และมักจะไม่เกิน 6 บิตต่อสี
ในโหมด ALT2 ขาของตัวเชื่อมต่อ GPIO จะมีความหมายดังต่อไปนี้:
ที่นี่ ฉันระบายสีพิน RGB ของตัวเชื่อมต่อเป็นสีแดง เขียว และน้ำเงินตามลำดับ สัญญาณที่สำคัญอื่นๆ ได้แก่ สัญญาณซิงค์แบบกวาด V-SYNC และ H-SYNC รวมถึง CLK ความถี่สัญญาณนาฬิกา CLK คือความถี่ที่ค่าพิกเซลจะถูกส่งออกไปยังตัวเชื่อมต่อและขึ้นอยู่กับโหมดวิดีโอที่เลือก
ในการเชื่อมต่อจอภาพ Digital HDMI คุณต้องจับสัญญาณอินเทอร์เฟซ DPI และแปลงเป็นสัญญาณ HDMI ซึ่งสามารถทำได้ เช่น โดยใช้บอร์ด FPGA เมื่อปรากฎว่าบอร์ด Mars Rover2rpi เหมาะสำหรับจุดประสงค์นี้ ในความเป็นจริงตัวเลือกหลักสำหรับการเชื่อมต่อบอร์ดนี้ผ่านอะแดปเตอร์พิเศษมีลักษณะดังนี้:
บอร์ดนี้ใช้เพื่อเพิ่มจำนวนพอร์ต GPIO และเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงกับราสเบอร์รี่มากขึ้น ในเวลาเดียวกันสัญญาณ 4 GPIO พร้อมการเชื่อมต่อนี้ใช้สำหรับสัญญาณ JTAG เพื่อให้โปรแกรมจากการแจกจ่ายสามารถโหลดเฟิร์มแวร์ FPGA ลงใน FPGA ด้วยเหตุนี้ การเชื่อมต่อแบบปกติจึงไม่เหมาะกับฉัน สัญญาณ DPI 4 ตัวดร็อปเอาต์ โชคดีที่หวีเสริมบนบอร์ดมี pinout ที่เข้ากันได้กับ Raspberry เพื่อให้ฉันสามารถหมุนบอร์ดได้ 90 องศาและยังคงเชื่อมต่อกับราสเบอร์รี่ของฉัน:
แน่นอนคุณจะต้องใช้โปรแกรมเมอร์ JTAG ภายนอก แต่นี่ไม่ใช่ปัญหา
ยังมีปัญหาเล็กๆ ไม่สามารถใช้พิน FPGA ทุกตัวเป็นอินพุตนาฬิกาได้ มีพินเฉพาะบางอันเท่านั้นที่สามารถใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ได้ ดังนั้นปรากฎว่าสัญญาณ GPIO_0 CLK ไม่ได้รับอินพุต FPGA ซึ่งสามารถใช้เป็นอินพุตนาฬิกา FPGA เหมือนกัน ฉันต้องโยนหนึ่งโพสต์บนผ้าพันคอ ฉันเชื่อมต่อสัญญาณ GPIO_0 และ KEY[1] ของบอร์ด:
ตอนนี้ฉันจะบอกคุณเล็กน้อยเกี่ยวกับโครงการใน FPGA ปัญหาหลักในการสร้างสัญญาณ HDMI คือความถี่ที่สูงมาก เมื่อดูที่พินเอาท์ของขั้วต่อ HDMI คุณจะเห็นว่าตอนนี้สัญญาณ RGB เป็นสัญญาณซีเรียลดิฟเฟอเรนเชียล:
การใช้สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลช่วยให้คุณจัดการกับสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไปบนสายส่งได้ ในกรณีนี้ โค้ดแปดบิตดั้งเดิมของสัญญาณสีแต่ละสีจะถูกแปลงเป็น TMDS 10 บิต (Transition-minimized differential signaling) นี่เป็นวิธีการเข้ารหัสแบบพิเศษเพื่อลบส่วนประกอบ DC ออกจากสัญญาณและลดการสลับสัญญาณในสายดิฟเฟอเรนเชียล เนื่องจากขณะนี้มี 10 บิตในการส่งต่อไบต์ของสีบนสายซีเรียล ปรากฎว่าความถี่สัญญาณนาฬิกาของซีเรียลไลเซอร์ต้องสูงกว่าความถี่สัญญาณนาฬิกาของพิกเซลถึง 10 เท่า ถ้าเรายกตัวอย่างโหมดวิดีโอ 1280x720 60Hz ความถี่พิกเซลของโหมดนี้คือ 74,25MHz Serializer ควรเป็น 742,5 MHz
น่าเสียดายที่ FPGA ทั่วไปไม่สามารถทำเช่นนี้ได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อความโชคดีของเรา FPGA มีพิน DDIO ในตัว สิ่งเหล่านี้คือข้อสรุปที่เป็นซีเรียลไลเซอร์แบบ 2 ต่อ 1 อยู่แล้ว นั่นคือสามารถส่งออกสองบิตตามลำดับตามความถี่สัญญาณนาฬิกาที่เพิ่มขึ้นและลดลง ซึ่งหมายความว่าในโครงการ FPGA คุณไม่สามารถใช้ 740 MHz แต่เป็น 370 MHz แต่คุณต้องใช้องค์ประกอบเอาต์พุต DDIO ใน FPGA ที่นี่ 370 MHz เป็นความถี่ที่ทำได้อยู่แล้ว น่าเสียดายที่โหมด 1280×720 เป็นขีดจำกัด ไม่สามารถบรรลุความละเอียดสูงกว่าใน FPGA Cyclone IV ที่ติดตั้งบนบอร์ด Rover2rpi
ดังนั้นในโครงการ CLK ความถี่พิกเซลอินพุตจะถูกป้อนไปยัง PLL ซึ่งจะคูณด้วย 5 ที่ความถี่นี้ ไบต์ R, G, B จะถูกแปลงเป็นคู่บิต นี่คือสิ่งที่ตัวเข้ารหัส TMDS ทำ ซอร์สโค้ดบน Verilog HDL มีลักษณะดังนี้:
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
จากนั้นคู่เอาต์พุตจะถูกป้อนไปยังเอาต์พุต DDIO ซึ่งสร้างสัญญาณหนึ่งบิตตามลำดับในการขึ้นและลง
DDIO สามารถอธิบายได้ด้วยรหัส Verilog ดังนี้:
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;
endmoduleแต่มันคงไม่ทำงานอย่างนั้น คุณต้องใช้เมกะฟังก์ชัน ALTDDIO_OUT ของ Altera เพื่อใช้องค์ประกอบเอาต์พุต DDIO จริง ในโครงการของฉัน ใช้คอมโพเนนต์ของไลบรารี ALTDDIO_OUT
ทุกอย่างอาจดูยุ่งยากเล็กน้อย แต่ได้ผล
คุณสามารถดูซอร์สโค้ดทั้งหมดที่เขียนด้วย Verilog HDL .
เฟิร์มแวร์ที่คอมไพล์แล้วสำหรับ FPGA ฝังอยู่ในชิป EPCS ที่ติดตั้งบนบอร์ด Mars Rover2rpi ดังนั้น เมื่อจ่ายพลังงานให้กับบอร์ด FPGA FPGA จะเริ่มต้นจากหน่วยความจำแฟลชและเริ่มทำงาน
ตอนนี้เราต้องพูดคุยเกี่ยวกับการกำหนดค่าของ Raspberry เล็กน้อย
ฉันกำลังทำการทดลองกับ Raspberry PI OS (32 บิต) ตาม Debian Buster เวอร์ชัน:สิงหาคม 2020
วันที่เผยแพร่:2020-08-20 เวอร์ชันเคอร์เนล:5.4.
คุณต้องทำสองสิ่ง:
- แก้ไขไฟล์ config.txt;
- สร้างการกำหนดค่าเซิร์ฟเวอร์ X เพื่อทำงานร่วมกับจอภาพสองจอ
เมื่อแก้ไขไฟล์ /boot/config.txt คุณต้อง:
- ปิดการใช้งาน i2c, i2s, spi;
- เปิดใช้งานโหมด DPI ด้วยการซ้อนทับ dtoverlay=dpi24;
- ตั้งค่าโหมดวิดีโอ 1280×720 60Hz, 24 บิตต่อจุดต่อ DPI;
- ระบุจำนวนเฟรมบัฟเฟอร์ 2 ที่ต้องการ (max_framebuffers=2 อุปกรณ์ที่สอง /dev/fb1 จะปรากฏขึ้นเท่านั้น)
ข้อความแบบเต็มของไฟล์ config.txt มีลักษณะดังนี้
# 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
หลังจากนั้น คุณต้องสร้างไฟล์คอนฟิกูเรชันสำหรับเซิร์ฟเวอร์ X เพื่อใช้สองมอนิเตอร์บนสองเฟรมบัฟเฟอร์ /dev/fb0 และ /dev/fb1:
ไฟล์ปรับแต่งของฉันคือ /usr/share/x11/xorg.conf.d/60-dualscreen.conf แบบนี้
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
ถ้ายังไม่ได้ติดตั้งคุณต้องติดตั้ง Xinerama จากนั้นพื้นที่เดสก์ท็อปจะขยายจนสุดเป็นสองจอภาพ ดังที่แสดงในวิดีโอสาธิตด้านบน
นั่นอาจเป็นทั้งหมด ตอนนี้เจ้าของ Raspberry Pi3 จะสามารถใช้จอภาพสองจอได้
สามารถอธิบายและไดอะแกรมของบอร์ด Mars Rover2rpi ได้ .
ที่มา: will.com