なんとかする予定

さて前回の続きですが、USBホストコントローラ部分の回路については触れていませんでした。ざっくりと言ってしまえば、Sparkfun の USB Host Shield と回路は同じです。

SparkFun Electronics - USB Host Shield
http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=9947

DE0-nanoとの接続については、前回紹介した microbridge_nios2 の README.md に書かれていますので、そちらをご参考にということで。

DE0-nanoへ繋ぐ端子のうち、唯一オープンになっていないINT端子は MAX3421E 直近から引き出します。抵抗を挟んだ向かい側（電源側）に繋ぐと意味がなくなってしまうので注意です。

MAX3421E に供給する12MHzのクロックですが、せっかくFPGAがありますので水晶等は使わずにFPGAのPLLで生成することにしました。

FPGAのクロック50MHzを6逓倍して25分周する設定で12MHzが得られます。これはNiosIIコンポーネントに組み込む必要がないので、MegaWizardを使ってNiosIIの外に置きます。またクロックを出してくる端子は、MAX3421Eになるべく近くなるようにアサインします。

次に、ドットマトリックスLEDを制御するモジュールを、NiosIIのコンポーネントとして組み込みます。「SOPC Builder」と「Qsys」 というツールがあり、どちらを使ってもできますが、私はQsysを使いました。（QuartusがQsysを使えと言うので）

組み込み方法は・・・長くなるので省略します。スミマセン。

Sim さんの blog 「Qsysを使ってみた」という記事で紹介されていますので、そちらをご覧ください。

・Sim's blog
http://blog.goo.ne.jp/sim00

とりあえず、試行錯誤でやっていれば、そのうちなんとなく理解できて形になります。組み込んだ後の状態はこのようになります。

電源を切っても、回路データやNiosIIのプログラムが消えないように、EPCSにこれらを保存します。EPCSからプログラムをロードするには、EPCS Flash Controller のコンポーネントを追加しておく必要があります。

ただしリセットベクタの飛び先をメモリからEPCSに変えることになるので、NioｓIIのEclipseからプログラムを直接実行できなくなります。デバッグが終わってから組み込んだほうがいいかもしれません。（まあリセットベクタのアドレスをメモリに設定すればいいだけですが…）

NiosIIで走らせるプログラムは、@iseroidさんのサンプルプログラムに若干手を加えた程度です。Android側からは、ドットマトリックスの 32x16 の64バイトデータが直接来ることを期待しています。というわけで実はFPGAはあまり仕事をしていません。

修正したファイルです。
mb_de0nano_demo.c

後は回路合成後のsofファイルと、NiosIIプログラムのelfファイルをEPCSに書き込むだけ・・・と、まあこのような感じでDE0-nano側は作っています。途中の工程をかなりブッ飛ばして書いていますが、細かいところはグーグル先生にお任せすることにしましよう。

ここからいよいよお待ちかねの、Android側のプログラミングです。

早速ですが、Androidの画面に描いた絵をドットマトリックスLED上に表示させるデモを作ってみました。そんなに難しいことをしているわけではないので、詳細はソースコードをご覧ください。

LEDを点灯させるかどうかは、特定のポイントで判定するよりも領域の平均的な明るさから決めたほうが、輪郭が綺麗になるとは思いますが、今回は時間があまりなかったということを言い訳として簡単な処理にしました。

ソースコードはこちら。
touch2matrix.zip

動いているところなど。

最後にLED上で動画を表示させてみたかったのですが、

残念、静止画で～す。
動画表示は無理っぽいですね。というのも・・・

• 画面を取り込む手段が無い
  一番やりたかったことは、Android側で画面データを逐次取り込み、 LEDに送るデータに加工して転送するということでした。
  
  しかし、通常のJava（というかAndroid-API）を使っての開発では無理ということが徐々に判明してきました。フレームバッファ等に直接もしくは間接的にアクセスする手段がないので、例えば、動画を再生しつつその映像に対して独自の効果をかける、ということもできません。（カメラの映像ならできるんですよね。ファイルからの映像でできないのは著作権がらみ？）
  
  NDKならできるかもしれませんが、詳しくないのでわかりません。
  
  機種によっては、ADB経由でフレームバッファのデータを取得できます。日曜エレクトロニクスの @yishii さんが試されています。Garaxy-SでもできたのでSamsungの他の端末でもおそらくできます。IS01では無理でしたのでSHARPの端末は不可能かと。
  　
• 転送速度が遅い
  フレームバッファがADB経由で読めたとしても、800x480の画面サイズのデータがRGB888で送られてくるので、Hi-Speedでないと間に合いません。
  
  USBの転送速度、MAX3421EとFPGA間（SPI）の速度が遅いので、頑張っても1fpsいければいいところだと思います。

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先日5/19に、ECCコンピュータ専門学校を会場とした「関西FPGA・DE0勉強会」がありました。拙作のボードを持って行ってデモをしたところ、キャンパスニュースに（かなり大きく）載ることになりました。ありがとうございます！ (ﾃﾍ

・ECCコンピュータ専門学校
http://comp.ecc.ac.jp/

・ECCコンピュータ専門学校 キャンパスニュース (5/22)
http://comp.ecc.ac.jp/news/campus/detail.php?id=2592

2月初めには完成していましたが、とりあえず完成ー！ということで。

ボード右上に何やら怪しげなQFPのICが載っていますが、USBホストコントローラーのMAX3421Eです。実は最終的にAndroidと接続することを企んでいたりします。「なんだ結局Androidなのか」と思っちゃうかもしれませんが、まあそう言わずに。 ＾＾

急いで作ったので、若干雑な仕事になってしまいました。

ちなみに写真のQFP変換基板ですが、Aitem-Labにて購入しました。変換基板って無駄なスペースをとってしまうものばかりで、省スペースのものって電気街のパーツ屋を探し回っても見つかりませんでした。ネットで見つけて購入しましたが、狭いスペースでも使えて良い感じです。

ボード上の回路についてですが、ソース側は74ACTのシフトレジスタを、シンク側はトランジスタアレイを使用し、FPGAからそれらをコントロールしているというものになっています。　ボードの回路図

シフトレジスタは、以前の記事にも書いていますが、東芝の TC74ACT164 を使う予定でした。ただ、どの部品屋にも在庫がない状態だったため、TI の CD74ACT164 で代用しています。仕様的にも問題はありません。

LEDの電流制限抵抗は120Ω。決め方は下記の通りです。とりあえず 74ACT164のPch側のON抵抗は無視しています。流す電流も高々16mAですし、トランジスタアレイの Vce(sat) の特性ばらつきや温度による変動の方が大きいので、そこまで細かい値は気にする意味も無いと思います。

R = ( Vcc - Vf[LED] - Vce(sat)[TrArray] ) / 16mA

5V電源については今のところDE0-nano経由で、PCのUSBポートから供給しています。Androidを接続する場合は確実に供給能力不足になるので、外部電源が必要になります。

さて、FPGAの方に話を移しましょう。
ドットマトリックスLED制御部分のVerilogHDLはこちら。例によって無保証です。

matrix_led_ctrl.zip

構成としては、32bitx16のメモリを内部に持っていて、これにデータを書き込むことでその内容を表示します。またNiosIIのコンポーネントとして組み込むことで、ソフトウェア上で表示パターンを変更することができるようになります。

ゆくゆくはAndroidで制御しますので、ベースとしては＠iseroidさんが公開されているNiosII用のMicrobrigeを使います。githubから取ってこれます。

https://github.com/iseroid/microbridge_nios2
　
今回はここまで～。（次回は未定）

「よーしパパこの休暇を利用してAndroidアプリを作っちゃうぞ～」ということで、GPSロガーを作ってみました。おバカアプリを目指すと周りに言いながらも、つい出来心で真面目なアプリを作ってしまいました。

せっかく作ったのでソースコードを公開します。このアプリですが、GPSから取得したデータを画面に表示しつつSDカードに保存する、という単純機能しか備えていません。保存データフォーマットはカシミール3Dで取り込めるように、Waypoint+形式にしています。

後日、IS01で動作確認をしてみたいなと。

ソースコード

• oaks_gpslogger1.1.zip

注意事項

• Java超素人のプログラムです
• 全てのAndroid端末で動く保証はありません
• SDカード上のデータが破壊されない保証はありません
• その他致命的なバグがあるかもしれません
• ソースコードの利用や変更はご自由にどうぞ

<2011/3/19追記>
Ver1.0→1.1
プログラム全体を見直し。1.0のコードよりずいぶんマシになったと思う…