前回はRaspberry Pi Pico を用いてバーサライタを製作しました。
Raspberry Pi Pico でバーサライタ製作 (C/C++) ーRaspberry Pi Picoへの道6ー
続きを見る ここでは、表示映像の解像度向上のためにSPI複数出力とデュアルコア動作を検証しましたので報告します。
SPI複数出力
Raspberry Pi Pico にはハードウェアSPI端子が２個あります (SPI0, SPI1)。
この２つのSPI端子でそれぞれLEDテープを制御してみました。
Cコード
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#include "pico/stdlib.h"
#include "hardware/pio.h"
#include "apa102.pio.h"
#define PIN_CLK0 2
#define PIN_DIN0 3
#define PIN_CLK1 14
#define PIN_DIN1 15
#define N_LEDS 11
#define SERIAL_FREQ (30 * 1000 * 1000)
// Global brightness value 0->31
#define BRIGHTNESS 3
uint32_t color [ ] ={
0xFF0000 ,
0x00FF00 ,
0x0000FF ,
0x00FFFF
} ;
void put_start_frame ( PIO pio , uint sm ) {
pio_sm_put_blocking ( pio , sm , 0u ) ;
}
void put_end_frame ( PIO pio , uint sm ) {
pio_sm_put_blocking ( pio , sm , ~ 0u ) ;
}
void put_bgr888 ( PIO pio , uint sm , uint32_t c ) {
pio_sm_put_blocking ( pio , sm ,
0x7 < < 29 | // magic
( BRIGHTNESS & 0x1f) << 24 | // global brightness parameter
c
);
}
int main ( ) {
stdio_init_all ( ) ;
PIO pio = pio0 ;
uint sm0 = 0 ;
uint sm1 = 1 ;
uint offset = pio_add_program ( pio , &apa102_mini_program);
apa102_mini_program_init ( pio , sm0 , offset , SERIAL_FREQ , PIN_CLK0 , PIN_DIN0 ) ;
apa102_mini_program_init ( pio , sm1 , offset , SERIAL_FREQ , PIN_CLK1 , PIN_DIN1 ) ;
while ( true ) {
for ( int j = 0 ; j < 4 ; ++j ) {
put_start_frame ( pio , sm0 ) ;
put_start_frame ( pio , sm1 ) ;
for ( int i = 0 ; i < N_LEDS ; ++i ) {
put_bgr888 ( pio , sm0 , color [ j ] ) ;
put_bgr888 ( pio , sm1 , color [ 3 -j ] ) ;
}
put_end_frame ( pio , sm0 ) ;
put_end_frame ( pio , sm1 ) ;
sleep_ms ( 500 ) ;
}
}
}
PIO
SPI入力LEDをPIOなる機能で点灯制御しているのですが、２本制御の際はステートマシンなるモノを分けて使用するとよいようです。
PIOブロックは２個内蔵 (pio0, pio1)され、それぞれにステートマシン4個搭載されています (sm0~3)。
ここではpio0のsm0でSPI0を、sm1でSPI1を制御して２本のLEDを点灯しました。
狭ピッチバーサライタ
以前製作した狭ピッチのLEDバーサライタをRaspberry Pi Picoで制御してみます。
APA102-2020の再考 - バーサライタへの応用 –
続きを見る このLEDはリフレッシュレートが低いためRGBそれぞれをフル輝度で使用しなくてはならず８色しか出力できませんが
構成
2つのSPI出力でLEDを64セル, 63セルずつ制御します。
動作
先ほどと同様に２個のSPI出力で制御し、回転速度470rpmで回してみたところ、計127個のLEDを1周 240分割で表示できました。
ESP32のデュアルコア制御でも200分割が限界でしたので、やはりRaspberry Pi Pico の高速IOは素晴らしいです。
デュアルコア制御
Raspberry Pi PicoはCortex-M0+を２個搭載しています。
Cコード
core0で回転速度計測とSPI0のLED制御し、
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#include <stdio.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "hardware/pio.h"
#include "apa102.pio.h"
#include "pico/multicore.h"
#define PIN_CLK0 2
#define PIN_DIN0 3
#define PIN_CLK1 14
#define PIN_DIN1 15
#define N_LEDS 64
#define Div 240
#define SERIAL_FREQ (30 * 1000 * 1000)
// Global brightness value 0->31
#define BRIGHTNESS 1
uint32_t color [ ] ={
0xFF0000 ,
0x00FF00 ,
0x0000FF ,
0x00FFFF
} ;
unsigned long rotTime , timeOld , timeNow ;
int numRot = 0 ;
int stateDiv = 0 ;
int stateDiv2 = 0 ;
int numDiv = 0 ;
int num = 0 ;
void gpio_callback ( ) {
timeNow = time_us_64 ( ) ;
rotTime = timeNow - timeOld ;
timeOld = timeNow ;
numRot ++;
if ( numRot > = Div ) numRot = 0 ;
}
void put_start_frame ( PIO pio , uint sm ) {
pio_sm_put_blocking ( pio , sm , 0u ) ;
}
void put_end_frame ( PIO pio , uint sm ) {
pio_sm_put_blocking ( pio , sm , ~ 0u ) ;
}
void put_bgr888 ( PIO pio , uint sm , uint32_t c ) {
pio_sm_put_blocking ( pio , sm ,
0x7 < < 29 | // magic
( BRIGHTNESS & 0x1f) << 24 | // global brightness parameter
c
);
}
void core1_entry ( ) {
PIO pio = pio0 ;
uint sm = 1 ;
uint offset = pio_add_program ( pio , &apa102_mini_program);
apa102_mini_program_init ( pio , sm , offset , SERIAL_FREQ , PIN_CLK1 , PIN_DIN1 ) ;
while ( true ) {
if ( stateDiv2 == 1 ) {
put_start_frame ( pio , sm ) ;
for ( int i = 0 ; i < N_LEDS ; ++i ) {
put_bgr888 ( pio , sm , color [ num ] ) ;
}
put_end_frame ( pio , sm ) ;
stateDiv2 = 0 ;
}
}
}
int main ( ) {
stdio_init_all ( ) ;
gpio_set_irq_enabled_with_callback ( 22 , GPIO_IRQ_EDGE_RISE , true , &gpio_callback);
multicore_launch_core1 ( core1_entry ) ;
PIO pio = pio0 ;
uint sm = 0 ;
uint offset = pio_add_program ( pio , &apa102_mini_program);
apa102_mini_program_init ( pio , sm , offset , SERIAL_FREQ , PIN_CLK0 , PIN_DIN0 ) ;
while ( true ) {
if ( stateDiv == 1 && time_us_64() - timeOld > rotTime / Div * (numDiv)){
stateDiv = 0;
}
if ( stateDiv == 0 && time_us_64() - timeOld < rotTime / Div * (numDiv + 1)){
stateDiv = 1;
stateDiv2 = 1 ;
put_start_frame ( pio , sm ) ;
for ( int i = 0 ; i < N_LEDS ; ++i ) {
put_bgr888 ( pio , sm , color [ num ] ) ;
}
put_end_frame ( pio , sm ) ;
numDiv ++;
if ( numDiv > = Div ) numDiv = 0 ;
num ++;
if ( num > 1 ) num = 0 ;
}
}
}
しかし、
デュアルコアでの１周の分割数の向上は確認できませんでした。。。
core1の動かし方に何か問題があるのでしょうか？
参考
画像表示
浮世絵を表示してみました。
シングルコア
続きを見る
デュアルコア
続きを見る
おわりに
ここではRaspberry Pi Picoを用いて狭ピッチLEDバーサライタを製作しました。
しかしLED 127個で１周 240分割は過去最大の分解能ですので、ひとまず嬉しいです。
デュアルコアはについては引き続き勉強します。なにか間違ってるかもしれません。
それでは次の道でお会いしましょう！
追記
回転検出部を別コア化(2021/2/17)
以下のブログでPIOで別ステートマシンでのLED制御がすでに並列処理されているために、
Raspberry Pi Pico バーサライタで PIO を考えるーRaspberry Pi Picoへの道8ー
続きを見る そこでステートマシンでの並列処理については理解できたので、LED制御と回転計測をデュアルコアで試してみました。
以下のようにcore0で回転計測、core1でPIOのステートマシン２個でLED(64セル、63セル)を制御してみます。
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#include <stdio.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "hardware/pio.h"
#include "apa102.pio.h"
#include "pico/multicore.h"
#define PIN_CLK0 2
#define PIN_DIN0 3
#define PIN_CLK1 14
#define PIN_DIN1 15
#define N_LEDS 64
#define Div 240
#define SERIAL_FREQ (30 * 1000 * 1000 )
// Global brightness value 0->31
#define BRIGHTNESS 1
uint32_t color [ ] ={
0xFF0000 ,
0x00FF00 ,
0x0000FF ,
0x00FFFF
} ;
unsigned long rotTime , timeOld , timeNow ;
int numRot = 0 ;
int stateDiv = 0 ;
int numDiv = 0 ;
int num = 0 ;
void gpio_callback ( ) {
timeNow = time_us_64 ( ) ;
rotTime = timeNow - timeOld ;
timeOld = timeNow ;
numRot ++;
if ( numRot > = Div ) numRot = 0 ;
}
void put_start_frame ( PIO pio , uint sm ) {
pio_sm_put_blocking ( pio , sm , 0u ) ;
}
void put_end_frame ( PIO pio , uint sm ) {
pio_sm_put_blocking ( pio , sm , ~ 0u ) ;
}
void put_bgr888 ( PIO pio , uint sm , uint32_t c ) {
pio_sm_put_blocking ( pio , sm ,
0x7 < < 29 | // magic
( BRIGHTNESS & 0x1f) << 24 | // global brightness parameter
c
);
}
void core1_entry ( ) {
PIO pio = pio0 ;
uint sm0 = 0 ;
uint sm1 = 1 ;
uint offset = pio_add_program ( pio , &apa102_mini_program);
apa102_mini_program_init ( pio , sm0 , offset , SERIAL_FREQ , PIN_CLK0 , PIN_DIN0 ) ;
apa102_mini_program_init ( pio , sm1 , offset , SERIAL_FREQ , PIN_CLK1 , PIN_DIN1 ) ;
while ( true ) {
if ( multicore_fifo_pop_blocking ( ) == 1 ) {
put_start_frame ( pio , sm0 ) ;
put_start_frame ( pio , sm1 ) ;
for ( int i = 0 ; i < N_LEDS ; ++i ) {
put_bgr888 ( pio , sm0 , color [ num ] ) ;
put_bgr888 ( pio , sm1 , color [ num ] ) ;
}
put_end_frame ( pio , sm0 ) ;
put_end_frame ( pio , sm1 ) ;
}
}
}
int main ( ) {
stdio_init_all ( ) ;
gpio_set_irq_enabled_with_callback ( 22 , GPIO_IRQ_EDGE_RISE , true , &gpio_callback);
multicore_launch_core1 ( core1_entry ) ;
while ( true ) {
if ( stateDiv == 1 && time_us_64() - timeOld > rotTime / Div * (numDiv)){
stateDiv = 0;
}
if ( stateDiv == 0 && time_us_64() - timeOld < rotTime / Div * (numDiv + 1)){
stateDiv = 1;
multicore_fifo_push_blocking ( stateDiv ) ;
numDiv ++;
if ( numDiv > = Div ) numDiv = 0 ;
num ++;
if ( num > 3 ) num = 0 ;
}
}
}
結果としましては大きな分解能向上はありませんでした。
ステートマシンが完全に並列処理できていて、回転が470rpm、SPI信号が30MHzの場合、理論分解能値はだいたい
まだまだデータ転送方法など工夫次第で高解像度化できそうですが、とにかくPIOは素晴らしいということがわかりました。
