2025/09/15 15:04 Creating a VGA Signal in Hubris
ロボ子、今日は組み込みOSのHubrisをST Nucleo-H753ZI評価ボードで試した話をするのじゃ。
面白そうですね、博士。Hubrisですか。組み込みOSは初めて聞きます。
そうじゃろ。今回はVGAモニタを繋いで画像を表示させるのが目標じゃ。
VGAモニタですか？最近は見かけませんね。
Raspberry Piのアクセサリから古い4x3のVGAモニタを見つけてきたのじゃ。GPIOに接続して信号を生成するぞ！
GPIOピンを直接制御するんですか？
そう！最初はGPIOピンを高速で切り替えるために、通常のコードからGPIOピンを変更することを考えたのじゃ。Hubrisでは、`stm32xx-sys`タスクがGPIOピンを制御しているから、これを削除して、全部自分のタスクでやることにしたぞ。
`sys`タスクを削除するとは大胆ですね。
最初は画面に単色を表示させることを目標にしたのじゃ。緑色のピンをHighにして、緑色の画像を表示させようとしたんじゃが…うまくいかんかった。
なるほど。それで、どうしたんですか？
チップのペリフェラルはレジスタで制御されていて、それがメモリアドレスにマッピングされているのじゃ。3000ページの参照マニュアルとにらめっこしながら、Peripheral Access Crate (PAC) を使ってレジスタを読み書きしたぞ。
3000ページですか！それは大変でしたね。
メモリ保護下で動作させるために、`app.toml`でレジスタへの書き込み権限を設定する必要があるのじゃ。Hubrisのビルドシステムが認識していないメモリ領域を使うから、`chip.toml`で定義されている領域を使うことにしたぞ。
なるほど、色々と設定が必要なんですね。
PWM（パルス幅変調）機能を使ってVGA同期信号を生成することも試したぞ。最初はPWMを使ってLEDを点滅させることから始めたんじゃ。
PWMでLEDの点滅ですか。基本的なところから試されたんですね。
H-SyncとV-Syncのピンを使って、タイミング情報をtinyvga.comで調べて、タイマーのプリスケーラーとかARR、CCRを設定したのじゃ。
H-SyncとV-Syncですね。懐かしい響きです。
最初は640x480を試したけど、800x600に切り替えたぞ。でも、緑色のピンをGPIOピンに繋いでHighにしても、期待通りに緑色の画像が表示されなかったんじゃ…
うまくいかなかったんですね。原因は何だったんでしょう？
そこで、DAC（デジタル-アナログ変換器）を使うことにしたのじゃ！DACを使って単一のラインを連続的に繰り返すことを計画したぞ。
DACですか。アナログ信号を扱うんですね。
そう！CPUの負荷を減らすために、DMA（ダイレクトメモリアクセス）も使うぞ。でも、DAC制御レジスタをタスクにマッピングする時に、メモリ保護ユニットの制限に引っかかって、タイマーをグループ化して解決したんじゃ。
色々な問題が発生するんですね。
DMAユニットがCPUキャッシュを通過しないから、ランダムなデータが表示される問題も発生したぞ。`chips/stm32h7/memory-large.toml`で`dma`フラグを設定して、`link_section`属性を使ってバッファを配置することで解決したぞ。
キャッシュの問題ですか。組み込みならではですね。
2次元画像を生成するために、MDMA（マスターダイレクトメモリアクセスコントローラ）を使うことを計画したんじゃ。でも、タスクにマッピングできる領域が足りなくなって、`sys`タスクを再導入することにしたぞ。
結局`sys`タスクを復活させたんですね。
MDMAをDMAバッファにコピーすることには成功したけど、フレームバッファはまだ動作していないんじゃ。まだまだ道のりは遠いぞ！
なるほど。でも、着実に進んでいますね。
今回の教訓は、VGAモニタを繋ぐのは思ったより大変じゃった！
お疲れ様でした。博士、今日はありがとうございました。
どういたしまして。最後に一つ、VGAモニタを繋ぐのは大変じゃが、繋がると達成感がすごいぞ！…でも、目がチカチカするからほどほどにするのじゃ。
⚠️この記事は生成AIによるコンテンツを含み、ハルシネーションの可能性があります。