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Ultra96 pmod expansion board
- 2. 自己紹介 • 「FPGAの部屋」のブログを書いているmarsee101こと小野です • 筑波大学のシニア職員、61歳 • FPGAの部屋のブログは2005年の5月から書いていて4700記事程度 • http://marsee101.blog.fc2.com/ 2MARSEE101
- 3. ULTRA96のPMOD拡張ボード • Ultra96-V1を購入した • 3万円程度、Zynq UltraScale+ MPSoC搭載にしては安い • だがしかし、拡張できない • CMOSカメラやセンサ、PWM制 御のモーターを付けたい 3MARSEE101
- 4. ULTRA96用PMOD拡張ボードを作ろうと思い立った • PMODを付けられると過去の資産が使える • PMOD資産 • OV5642（CMOSカメラ） • Zybot（自動走行ミニカー）のモーター制御用PWM • Zybot（自動走行ミニカー）の超音波センサ • その他、Digilent社のPMODシリーズ全般 4MARSEE101
- 6. レベル変換IC • Ultra96の低速コネクタの信号の出力バンクの電圧は1.8V • PMODの電圧は3.3V • 信号レベルを変換する必要がある • 当初、秋月電子の8ビット双方向ロジックレベル変換モジュールを使おうと思った • ツィーターでつぶやいたら遅延が大きすぎるのでは？という指摘 • TIのLSF0108-Q1 にした（MOUSERで売っている） • https://www.mouser.jp/ProductDetail/Texas- Instruments/LSF0108QPWRQ1?qs=%2Fha2pyFaduj40xzY0wIIslfiL%252bt2vTPrqJGU6z qxqq4nN97qLcRCZA%3D%3D 6MARSEE101
- 7. 回路図の作成 • 回路図を作成した • 電源は低速コネクタのVSYS_INの +12Vから取得した • 後のUltra96-V2が出てきたときに禍 根を残すことになった • +12V － 3.3V電源は秋月電子の DC-DCコンバータ・モジュール 7MARSEE101
- 8. 基板レイアウト • パーツのフットプリントを作成 • 基板レイアウトを行った • 配線はFreeRoutorで自動配線 して、手を加えた 8MARSEE101
- 9. 基板と部品が来て基 板に部品を実装 • 赤い基板にしました • 1.6tだと厚すぎるので、1.2t • Ultra96V1からPMODに出力 する信号の電圧が1.6Vだった • プルアップ抵抗を忘れた。。。 • プルアップ抵抗を取り付けれ ば正常な電圧が出た。。。 9MARSEE101
- 10. ULTRA96用PMOD拡張ボードVER1でカメラ入力 • ZYBOでカメラ入力ができていたので、それを Ultra96用に変換した • MT9D111の800x600ピクセルのカメラ画像 • まだDisplayPortに出力できていなかったので、カ メラ画像を画像ファイルにすることができた • 約1か月かかった長かった。。。 10MARSEE101
- 13. カメラの変更 • MT9D111はディスコンになってしまった。。。 • 秋月電子で売っているOV5642を使うことにした • 安い • インターフェース2014年11月号のエンヤさんの解説記事 • OV5642のレジスタ設定値で苦労した（323個のレジスタを設定） • 撮像素子が180度回っているようなので、レジスタ設定でFlipしようとし たができなかったので、ソフトウェアでFlipした • 800x600ピクセルでカメラ画像をBMPファイルに変換できた 13MARSEE101
- 14. ULTRA96のDISPLAYPORTを使いたい • ひでみさんの”FPGAの内容が薄い本”を参考にDisplayPortを使うテストをした • DisplayPortにテストパターンを表示できた • DisplayPortはディプレイによって表示できるサイズに違いがあった • DisplayPortのAUXポートでEDID(Extended Display Identification Data)をやり取りしているらしい • つまり、それぞれのディプレイの解像度であった形式で映像信号を入れる必要がある • 当初はIPに同期信号を入力する機能が無いので、同期がずれた • その後、DisplayPortの同期信号に同期する回路を作成した 14MARSEE101
- 15. カメラ画像をDISPLAYPORTに出力する1 • カメラの解像度は800x600ピクセル • DisplayPort出力はディプレイによっ て異なる • SVGA解像度のカメラ画像を黒枠付 けて異なる解像度に表示 • vfilp_dma_write2はストライド転送付き 画像反転DMA MARSEE101 15
- 17. MIPI ADAPTER MEZZANINE カード • Ultra96の低速コネクタ、高速コネ クタ両方に接続して、MIPIインター フェースのステレオカメラを実装可 能な拡張ボード • Fixstars Tech Blog さんに「Ultra96 Linux で MIPI カメラから画像を取得 する」があって、ノウハウを取得し やすい MARSEE101 17
- 18. MIPI ADAPTER MEZZANINEボードのPMOD拡張ボー ド • 左のPMODはI2C+SPI、右のPMOD からFPGAのPLピンが出ている • 秋月電子のロングピンソケットを 使って、J15, J13の設定ピンも使え るようにした • Ultra96をZybotに乗せるために PMODのPWM出力が欲しかった MARSEE101 18
- 19. ULTRA96V2用PMOD拡張ボード (VER.3) • Ultra96V1用PMOD拡張ボードはUltra96V2では動作 しない • 低速コネクタ用のPMOD 拡張ボードの電源に使 用しているVSYS_IN に逆向きにショットキーバリ アダイオード (D18) が挿入された • Ultra96V2用にPMOD拡張ボードを作り直した • シリーズ・パス・レギュレータで+5Vから+3.3Vを 生成 • ついでにPowerスイッチも付けた MARSEE101 19
- 20. ULTRA96V2用のデモをAVNET＆ADTさんに頼まれ た • Ultra96V2でカメラ画像を DisplayPortに出力した • デモ用にガボールフィルタとラプラ シアンフィルタをUltra96V2に移植 • 2つのフィルタはVivado HLSで実装 した MARSEE101 20
- 23. ラプラシアンフィルタ • エッジ検出用フィルタの1種 • ガボールフィルタよりもゴミが多い • カーネル 3x3 • カーネル5x5 MARSEE101 23
- 25. PMOD 6 個付き拡張ボード • PMODが2個だとCMOSカメラを付けたら終了 • ZybotにUltra96V2を搭載する場合には少なくともPWM用ににPMOD1つ欲 しい • Ultra96V2の高速コネクタにもPMOD用にしてもっとPMODが欲しい • そこでPMOD 6 個付き拡張ボード MARSEE101 25
- 26. PMOD 6 個付き拡張ボード写真 MARSEE101 26
- 27. PMOD 6 個付き拡張ボード • Vitisに夢中になっていて、まだ未テスト • 低速コネクタ用のヘッダが短くて（4 mm）電源プラグに干渉 • ヘッダのピンの長さを 7 mm に変更した • 電源プラグに干渉しなくなった • 後ろのUSBコネクタにもぎりぎり干渉しない MARSEE101 27