Elektronik

EAGLE: Text in Kupfer setzen

| Niklas

Eine wichtige Regel beim Platinenlayout ist: „Label all the things“. Man kann eigentlich gar nicht genug Beschriftungen auf einer Platine haben, es gibt einfach nichts nervigeres, als nach Stunden des Debuggings festzustellen, dass Pin 1 doch auf der anderen Seite war…

Normalerweise ist das mit der Beschriftung kein Problem, der Bestückungsdruck landet in EAGLE auf dem Layer tPlace (oder bPlace) und wird dann bei der Fertigung auf den Lötstoplack als sog. Silkscreen gedruckt. Nur was tun, wenn man eine Platine ohne Bestückungsdruck hat? Das kann z.B. schnell passieren, wenn man eine Platine selber ätzen/fräsen will (so gesehen bei mir). In diesem Fall kann man den Text direkt in die Kupferlage setzen, so dass er quasi als „Leiterbahn“ mit gefertigt wird. Dafür gibt es in EAGLE mehrere Möglichkeiten:

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VGA-PacMan

| Niklas

So, nach dem die Überraschung geglückt ist, kann ich diesen Blogpost nun auch veröffentlichen 🙂

VGA PacMac!

Bei uns am Institut gibt ein Projekt, dass wir immer gerne mit Erstsemestern, Praktikanten usw. machen: Die PacMan-Platine. Das ist eine Platine mit einem ATmega168, auf dem die AVGA Software läuft, mit der er ein VGA-Signal generieren kann (und Sound!). Der Code, der aus dem AVR ein VGA (oder PAL/NTSC) Signal rauszaubert ist ziemlich genial, und dazu gibt es eine wunderbare API mit der man sehr einfach Spiele schreiben kann. Wir lassen dann immer ein einfaches Pong implementieren und zeigen am Ende noch ein komplettes PacMan-Spiel, dass allerdings vom AVGA-Autor stammt.

Nun hat der Kollege, der das Projekt maßgeblich betreut hat, seine Promotion abgeschlossen. Auf seinen traditionellen Doktorhut sollte nun natürlich auch die PacMan-Platine, am besten mit kleinem Monitor und Gamepad, so dass man direkt am Hut spielen kann. Und damit hatten wir uns eine Aufgabe gestellt!

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RPi im Radio: Hardware

| Niklas

Ich bin der glückliche Besitzer einer Sharp XL-560 Mini-Stereoanlage, die ich vor einiger Zeit relativ günstig über ebay-Kleinanzeigen bekommen habe. Ein schönes Gerät, besonders die Tatsache das es einen Drehknopf hat, mit dem man die Lautstärke einstellen kann ist super. Mein Radio vorher hatte nur zwei Knöpfe, das war ein bisschen nervig, wenn es plötzlich zu laut war 🙂

Das Gerät ist schon aus einer bisschen älteren Generation, und hat die für die Zeit übliche Kombination: (UKW-)Radio, CD, Kassette, AUX-Eingang. Nun, irgendwie war meine Anwendung für das Kassettedeck ein bisschen limitiert (ich weiß bis heute nicht, ob es überhaupt funktioniert…). Daher nun also meine Idee: Modernisieren wir das Ding ein bisschen, und ersetzen das Kassettendeck durch einen Rasperry Pi Zero, mit Internetradio und Airplay. Gesagt getan 🙂 In diesem Post schreibe ich ein bisschen war zum Hardware-Umbau, zur Software kommt später noch mal was.

Eine weitere schöne Eigenschaft dieses Radios ist, das man im Internet ein Service-Manual findet, komplett mit Demontageintruktionen, Fehlersuchhilfe, Blockschaltbild und vollständigem Schaltplan (!) inklusive Bestückungsplan (!!). Ganz ehrlich, ohne dieses Dokument hätte ich das auch nicht hinbekommen… Zeit, mal wieder den Schreibtisch ins Chaos zu stürzen 🙂

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Softcore CPU NEO430 mit GHDL simulieren

| Niklas

Für meine Masterarbeit beschäftige ich mich gerade mit Softcore-Prozessoren auf FPGAs. Dabei kommt für meine Arbeit der NEO430 zum Einsatz, ein sehr kleiner aber feiner Prozessor der an meinem Institut entwickelt wurde (von Stephan Nolting). Da ich aktuell noch nicht in einem Stadium bin, wo ich den Prozessor wirklich auf einem FPGA implementiere (auch wenn das der nächste Schritt ist) arbeite ich aktuell sehr viel mit Simulation, und da vor allem mit ModelSim. Ein bisschen was dazu hatte ich ja hier im Blog schon mal da zu geschrieben.

Nun hatte ich heute Abend die Idee, man könnte ja mal einen anderen Simulator ausprobieren. Mir hat es dabei GHDL angetan, vor allem, da er OpenSource ist, aber auch weil er einen interessanten Ansatz verfolgt: Der VHDL-Code wird mit einem umgebauten Compiler (GCC oder LLVM) direkt in Maschinencode kompiliert, und dieser Code dann ausgeführt. Dadurch soll der Simulator extrem schnell sein. Auf Windows ist das ganze etwas eingeschränkt, hier wird ein interner Codegenerator verwendet. Weiterlesen →

Netze in Eagle in Schaltplan und Board verbinden

| Niklas

Zwei kleine Tipps zum Platinenentwurf mit EAGLE, die zwar irgendwie das gleiche Thema haben, eigentlich aber nichts miteinander zu haben 🙂

Signale im Schaltplan kreuzungsfrei verbinden

Stellen wir uns vor, wir haben die unglaubliche Schaltung aus vier Widerständen, die auf genau diese Weise verbunden werden müssen:

Mal abgesehen davon, dass man das Problem hier natürlich leicht durch Umpositionieren der  Widerstände lösen könnte, ist das doch ein häufiges Problem: Leitungen kreuzen sich nun mal. Das dabei ein Hakenkreuz entsteht ist nur eines der Probleme… Weiterlesen →

Schöne Debugausgaben mit VHDL

| Niklas

Aktuell arbeite ich fleißig an meiner Masterabeit (einer der Gründe, warum es hier auf dem Blog so still ist…), und entwickele dafür auch ein paar Sachen in VHDL (ich entwickele also Hardware 🙂 ). Am Ende soll das ganze natürlich auf einem FPGA laufen (vielleicht sogar mal in einem echtem Chip, einem ASIC!), aber aktuell wird das ganze nur simuliert. Das ist zwar ziemlich langsam (aktuell etwa um den Faktor 1000), aber dafür kann man sich jedes Signal in seiner Schaltung ganz genau ansehen und bei Bedarf auch Debug-Ausgaben tätigen. Besonders das hat sich aktuell als sehr hilfreich dargestellt.

VHDL unterstützt das im Prinzip mit assert und report, allerdings finde ich die Ausgaben recht unübersichtlich, vor allem weil sie über mehr als eine Zeile gehen. Zudem ist alles einfarbig, so dass man schnell die Übersicht verliert. Ich habe mir als etwas überlegt, was etwas schöner aussieht (siehe Screenshot)

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Einfache Sättigungsarithmetik in VHDL

| Niklas

Für ein Projekt an der Uni habe ich mit zwei Kommilitonen ein Malprogram („FPGArt“) auf einem FPGA implementiert. Dabei wird eine Maus per PS/2-Schnittstelle angebunden und das Bild schließlich per VGA ausgegeben. Zu dem Projekt selber später vielleicht mehr, hier jetzt nur ein kleines VHDL-Snippet das man vielleicht man gebrauchen kann.

In dem Projekt wird regelmäßig die relative Bewegung der Maus abgefragt und zu dem alten Wert addiert. Natürlich hat das Bild eine begrenze Größe und der Mauszeiger muss in diesen Grenzen von 800×600 gehalten werden. Es wird also eine sog. Sättigungsarithmetik benötigt: Sollte das Ergebnis der Addition größer als 800 (bzw. 600) sein, oder kleiner als 0 wird es auf den Grenzwert gesetzt. Das ganze ist gar nicht so einfach in Hardware zu implementieren (zumindest ist uns nichts intelligentes eingefallen…).

In jedem Fall muss es ein Zwischenergebnis geben das ausreichend groß ist, um Überläufe überhaupt zu erkennen. Die Maus kann pro Intervall Maximal um 256 bewegt werden, entsprechend muss als ein Wert von 800+256 = 1056 gespeichert werden können. Mit 11 bit kommt man auf 2048, das reicht. Hiermit kann man auch Unterläufe erkennen: 0-256 = -256 was dann 1792 entspricht. Dieser Bereich überlappt auch nicht mit den 1056 nach oben. Es ist also immer einwandfrei erkennbar, dass ein Über/Unterlauf stattgefunden hat.

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ftRoboExt: Software

| Niklas

Nach einiger Pause gibt es mal wieder etwas neues zu meinem selbstgebauten Erweiterungsmodul „ftRoboExt“. Hardware und Gehäuse waren ja schon fertig, nun fehlte eine finale Version der Software. Inzwischen ist das ganze Projekt übrigens auf GitHub zu finden.

Das Protokoll für die Kommunikation zwischen Interface und Extension ist recht einfach, es ist im Prinzip ein SPI-Bus mit einem zusätzlichen Bestätigungssignal und einer Adresse. Über drei Adressleitungen wählt das Interface aus, mit welcher Extension es sprechen möchte. Die originalen Extensions lassen sich verketten, dabei wird das Signal aber nicht ganz unverändert durchgeschleift, sondern die Adresse wird von jedem Modul um ein verringert. Auf diese Weise ist jedes Modul adressiert, wenn es Adresse 0 sieht (das erste direkt, das zweite weil es 1-1=0 sieht). Eine sehr intelligente Lösung, denn dadurch wird die Adresse des Moduls einfach durch die Verkabelung bestimmt.

Wenn das Modul die Adresse 0 sieht, zieht es EM-ACK (die Bestätigungsleitung) auf Low. Nun beginnt das Interface 6 Bytes zu senden, die Extension gibt nach jedem Byte einen kurzen High-Puls auf der EM-ACK Leitung aus. Die originale Extension scheint recht langsam zu sein, so braucht sie etwa 700µs um die Adressierung zu bestätigen. Das Interface hat aber scheinbar auch kein Problem damit, wenn man schneller ist. Die 6 Bytes übertragenen Bytes enthalten die Nutzdaten, genaueres bei thkais.

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ftRoboExt: Gehäuse

| Niklas

Nachdem Hardware und Software mehr oder weniger fertig sind, kam jetzt das Gehäuse an die Reihe. Der Plan stand ja schon seit der anfänglichen Planung: Das Modul sollte in eine 60er Kassette. Die Kassette stand auch schon seit dem Baubeginn hier bereit, jetzt mussten noch die Löcher in den Deckel 🙂

Dabei gab es zwei Probleme: Zum einen ist der Deckel aus Acrylglas, bei dem ich mir nicht ganz sicher war, wie gut man das bohren kann, zum anderen sind die Bundhülsen nicht ganz gerade eingelötet, so dass sich nicht wirklich ein Raster ergibt, sondern alle Löscher ein bisschen versetzt sind. Um das Problem zu lösen habe ich einfach den Deckel auf die Hülsen gelegt und dann angezeichnet, aber es war doch recht schwierig, die Markierungen auf dem Glas zu sehen, zum die Bohrmaschine leider nicht gerade an der bestbeleuchteten Ecke unserer Werkstatt steht…

Das Bohren selber war viel einfacher als gedacht. Wichtig ist nur, sehr langsam vorzugehen, und nicht zu stark zu drücken, ansonsten reißt das Glas, was mir auch ein paar Mal passiert ist. Zum Glück sind es aber nur kleine Stellen. Ich hatte befürchtet, dass die Löcher nach unten ausfransen würden, und daher das Glas von oben gebohrt. Das war insofern unpraktisch, als ich das Glas so nicht komplett auf die Unterlage auflegen konnte, weil der Deckel ja noch kleine Ecken zum festklemmen hat. Dadurch, dass der Deckel ein bisschen in der Luft hin, wurde das Problem mit dem Reißen vermutlich noch deutlich verstärkt. Ausgefranst sind die Löcher überhaupt nicht, ich hätte also auch von unten bohren können. Wieder was gelernt 😉

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ftRoboExt: Fortschritt

| Niklas

Ja, die kleinen Fehler sind immer die gemeinsten. Das war ungefähr das Motto der letzten Runde Entwicklung an meinem ftRoboExt.

Wie üblich bei solchen gemeinen Problemen war der Fehler schwer einzugrenzen, ab und zu funktionierte die SPI-Verbindung zum Robo Interface ohne Probleme, in den meisten Fällen tat mein Controller aber gar nichts. Es lag natürlich an eigener Blödheit, ich hatte das Datenblatt nicht richtig gelesen, dort steht es im Abschnitt 19.3.1

When the SPI is configured as a Slave, the Slave Select (SS) pin is always input. When SS is held low, the SPI is activated, and MISO becomes an output if configured so by the user. All other pins are inputs. When SS is driven high, all pins are inputs, and the SPI is passive, which means that it will not receive incoming data. Note that the SPI logic will be reset once the SS pin is driven high.

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