Arduino Dueは、その他のArduinoとは異なり、ATMEL社のARM Cortex-M3コアのマイコンボードで、高速な処理速度と、大容量ROM/RAMを搭載しています。
このArduino Dueには、映像出力は搭載していないのですが、DueVGAというライブラリを使用することで、VGAモノクロ、VGAカラー、コンポジットビデオ出力NTSC/PALを 出力する事ができます。
https://github.com/stimmer/DueVGA/
モノクロVGAは、白黒2値出力ですが、800×600の解像度まで対応します。カラーVGAは、320×240です。
また、コンポジットビデオ出力の場合、NTSCは320×200、PALは320×240となります。
出力信号はDMACやシリアルI/Oその他ATSAM3Xの持つハード機能を巧みに組み合わせて作成されてるようです。
今回は、VGA出力のモノクロとカラーを試してみたいと思います。モノクロの場合、VGAコネクタ1個、100Ω抵抗一本、各種線材を以下の図のように接続するだけで、簡単に
モニター出力を得ることができます。
カラーVGAの場合は、以下のように接続します(README.txtより引用)
全て繋ぐのが面倒であれば、R、G、Bのそれぞれ1本だけ、一番抵抗値の小さいものを繋げば8色カラーになります。
For VGA colour: --------------- Upload File->Examples->VGA->HelloWorldColour Connect Due to monitor as follows: Due pin 34 -> 820R resistor -> VGA pin 3 (blue) Due pin 35 -> 390R resistor -> VGA pin 3 (blue) Due pin 36 -> 2k2 resistor -> VGA pin 2 (green) Due pin 37 -> 1k resistor -> VGA pin 2 (green) Due pin 38 -> 470R resistor -> VGA pin 2 (green) Due pin 39 -> 2k2 resistor -> VGA pin 1 (red) Due pin 40 -> 1k resistor -> VGA pin 1 (red) Due pin 41 -> 470R resistor -> VGA pin 1(red) Due pin 42 -> VGA pin 14 (VSync) Due pin 43 -> VGA pin 13 (HSync) Due pin GND -> VGA pins 5,6,7,8,10
コンポジットビデオ出力の場合、以下のように接続します。実は、僕もNTSC出力を試したのですが、手持ちのモニターではNTSCの色情報をきちんと認識
しなかったのでテストはあまりしていません。
For NTSC/PAL: ------------- Upload File->Examples->VGA->DrawingTestNTSC (or DrawingTestPAL) Connect Due to TV as follows: Due pin 36 -> 3k3 resistor -> Video In Due pin 37 -> 1k6 resistor -> Video In Due pin 38 -> 820R resistor -> Video In Due pin 39 -> 390R resistor -> Video In Due pin 40 -> 200R resistor -> Video In Due pin 41 -> 100R resistor -> Video In Due pin GND -> Video GND
このDue VGAライブラリではプリミティブな描画機能(線描画や塗りつぶし矩形、アスキーコードのキャラ描画など)を持つAPIを提供してくれていて、以下のようなスケッチを
実行するだけで簡単に画面描画出来ます。
ここに、日本語文字列表示のライブラリを追加してみることにしました!
日本語文字の表示は、僕が昔書いていた、本サイトの前身?であるProject C3というところで取り上げた、「H8とノリタケ伊勢電子(株)のドットマトリクスVFDで、ビットマップ描画と漢字を取り扱う」
という記事のコードを掘り起こしました。
http://hp.vector.co.jp/authors/VA007110/technicalworkshop/vfd_bitmap_japanese/index.html
ここでは、FONTX2形式を使用します。FONTX2形式についても、昔僕が書いていたサイトのリンクを置くことで省略します^^;
http://hp.vector.co.jp/authors/VA007110/technicalworkshop/fontxstudy/index.html
# しかしもう8年前なのか〜。。。
このライブラリを使用して文字列描画を行うライブラリが、Arduinoライブラリ「DrawFont」という、今回作成したライブラリです。
FONTX2形式は、上記のURLにも記した通り、シフトJISエンコーディングのデータ形式です。Arduino IDEのソースコードは、UTF-8です。
従ってUTF-8からShift-JISへの変換をしなければいけません。
調べると、日本語の表現範囲であれば、UTF-8をUTF-16にすることで2バイトにおさまります。このUTF16とJISとの変換表の改良版というのを、以下のURLで公開されていましたので、頂きました。
http://hp.vector.co.jp/authors/VA010341/unicode/
この変換表の約7000文字分のデータを効率よく省資源マイコンで活用するには、圧縮したり、ハッシュテーブル化するなど、工夫はいろいろ出来そうですが、今回は、Arduino DueがROM 512KBもあり、16×16のフォント(210Kバイト程度)を入れてもまだまだ空きは一杯あるので、完全にベタの変換配列を用意しました!
(と、かっこ良く言ってみましたが、工夫を何もしてないだけです。。。笑)
変換表から、配列への出力は、以下に貼りつけたRubyスクリプト「convert_utftable.rb」で行なってます(後述のgithubリポジトリ内にも入れてあります)。
convert_utftable.rb
# table converter
# coded by Yasuhiro ISHII,6/13/2013
file = "JIS_X_0208.txt"
table = Hash::new
f = File::open(file,"r")
while (l = f.gets)
if l =~ /^0x([0-9A-F]{4}).0x([0-9A-F]{4})\r\n$/ then
code_jis = $1.hex
code_utf16 = $2.hex
table[code_utf16] = code_jis
end
end
f.close
(0..65535).each { |utf16|
if table.has_key?(utf16) == true then
printf("\t0x%04X,\t\t// 0x%04X\n",table[utf16],utf16)
else
printf("\t0x0000,\t\t// 0x%04X (dummy)\n",utf16)
end
}
と、いうわけで、以下のようなスケッチで直接日本語表示をVGAモニターに行えるようになりました。
ライブラリは以下のgithubで公開しています。Arduino 1.5.2+Due VGAライブラリの組み合わせで動作確認済みです。
Arduinoライブラリ DrawLibのソースコード全体は、以下に置いています。
https://github.com/yishii/Arduino_FONTX2Lib_DrawFont
ライブラリ内に、8*16のASCIIフォントと、16*16の漢字フォントを盛り込んでいます。
ASCIIフォントは、以下のサイトにある、IPAフォントをベースとしたものを利用させて頂きました。
また、漢字については、16x16の東雲フォントを盛り込んでいます。
以下、Arduinoスケッチ例です。Arduinoライブラリディレクトリに、Due VGAライブラリと、先ほど説明したDrawFontライブラリを入れておけば、ビルド出来ます。
ちなみに、Arduino Dueは2つのUSBポートを搭載しています。(Programming PortとNative USB Port)
本スケッチのサイズは大きいので、Native USB Portを使用したほうが遥かに高速に書き換えできます!
#include <stdio.h>
#include <VGA.h>
#include <DrawFont.h>
#define LINE_CONV(x) (x*16)
void setup() {
VGA.begin(800,600);
Serial.begin(9600);
drawFontInit();
drawFontString_UTF8((unsigned char*)"Arduino VGAライブラリと、自作日本語フォントライブラリのテスト",0,LINE_CONV(2),1,0,false);
drawFontString_UTF8((unsigned char*)"=============================================================",0,LINE_CONV(3),1,0,false);
drawFontString_UTF8((unsigned char*)"本日は晴天なり!!! E-mail : ishii.yasuhiro@gmail.com",0,LINE_CONV(6),1,0,false);
drawFontString_UTF8((unsigned char*)"日本語の漢字データは、FONTX2形式でROM内に保持しています。",0,LINE_CONV(7),1,0,false);
drawFontString_UTF8((unsigned char*)"Arduino IDEのUTF-8を変換して表示しています。",0,LINE_CONV(8),1,0,false);
}
void loop() {
char string[64];
static int i;
sprintf(string,"カウント値 = %04d ",i++);
drawFontString_UTF8((unsigned char*)string,0,LINE_CONV(15),1,0,true);
}
ではではー!
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