ПАК для управления светодиодными панелями

Компания-заказчик занимается разработкой и производством светодиодных дисплеев и устройств для определения скорости транспортных средств.

Компания обратилась к нам с просьбой разработать программно-аппаратный комплекс для управления светодиодными панелями, используемыми в качестве информационных табло на дорогах общего пользования.

Устройство, представляющее собой светодиодный дисплей с одноплатным компьютером, служит электронным дорожным знаком с изменяющимися сообщениями.

Его можно подключить к Интеллектуальной транспортной системе с помощью веб-портала, протоколов MQTT и UTMC.

Заказчик сам выбрал одноплатный компьютер и светодиодные панели для проекта. Мы отвечали за разработку программно-аппаратного комплекса.

Система состоит из четырех частей:

Мы разработали плату расширения, чтобы обеспечить правильную работу микрокомпьютера с LED панелями.

Функции платы расширения:

К светодиодной панели подключен микрокомпьютер под управлением Linux.

Мы разработали системный сервис, который мониторит работу устройства и управляет им. Доступ к управлению можно получить через веб-страницу.

Нам нужно было выполнить ПЛИС часть, написать конфигурацию и в итоге получить битстрим. Битстрим должен выводить на светодиодную панель данные, полученные от процессора.

Прошивка ПЛИС реализована на языке Verilog.

При разработке прошивки мы сделали две основные итерации – с монохромной панелью и с панелью RGB.

При разработке прошивки мы добавили в базовую версию готовое IP-ядро Xilinx CDMA (Central Direct Memory Access) для чтения и передачи данных памяти без участия процессора. Также мы написали модуль для чтения DNA регистра.

Наши инженеры использовали программную платформу Vitis для тестирования битстрима перед передачей его команде разработчиков ПО. Vitis предоставляет SDK и BSP библиотеку для удобной работы с прямым доступом к памяти.

С помощью Vitis мы создали FSBL (загрузчик первого этапа) для Zynq 7020. Загрузчик загружает битовый поток, затем загружает прошивку и запускает ее.

Мы проводили тесты прошивок с написанием тест бенчей на Verilog. Наши разработчики также написали и запустили микропрограммы на языке C для тестирования функциональности системы.

Приложение имеет три интерфейса, которые в совокупности обеспечивают следующие операции:

• Отправка текста и изображений для отображения на панели.
• Определение очередности отображения текста и картинок.
• Калибровка сигнала, передаваемого на светодиодную панель, для нивелирования эффекта постепенного выгорания некоторых светодиодов.
• Получение информации о светодиодах, вышедших из строя.
• Получение данных телеметрии (влажность, освещенность, температура).

Данные о состоянии устройства необходимы, в том числе, для автоматического включения устройств нагрева и охлаждения.

C++ использовался для разработки сервиса внешнего взаимодействия, а JavaScript и HTML для создания веб портала.

Приложение поддерживает каналы доступа MQTT, UTMC и веб-интерфейс пользователя, каждый из которых имеет свой метод аутентификации по логину и паролю.

Перед нами стояла задача интегрировать светодиодные панели, ПЛИС, веб-интерфейс и программное обеспечение в единую систему.

При создании прошивки основная сложность заключалась в поиске и устранении ошибок во время тестирования.

Внутренняя схема может генерироваться не так, как ожидалось. Какие-то сигналы могут быть неверными, из-за чего нарушается общая функциональность. Причину таких ошибок трудно обнаружить и устранить.

Мы использовали специальные инструменты, такие как IP-ядро интегрированного логического анализатора Xilinx (ILA), для мониторинга внутренних сигналов ПЛИС.

Также мы столкнулись с необходимостью отладки шины AXI из-за ошибки записи в регистры. Для проверки правильности обработки сигнала мы использовали специальный анализатор, предоставленный Xilinx. Анализатор позволяет нам валидировать шину AXI, проверять ее состояние и обнаруживать ошибки.

Мы разработали прошивку и программное обеспечение для устройства, которое будет использоваться в качестве светодиодного дорожного знака с изменяющимися сообщениями.

Разработчики ПО и аппаратной части, объединив свои усилия, добились слаженной работы светодиодной матрицы, ПЛИС, веб-интерфейса и программного обеспечения в единой системе.

Развитие проекта продолжается. Команде предстоит разработка драйвера RGB для цветных панелей.