古いシンセサイザーの新しい生活。 パート1

数年前、私の古いヤマハPSR-GX76シンセサイザーは勇敢な死を遂げました。 これは、12 Vの代わりに誤って24 V電源を接続したために発生しました。このモードでは、シンセサイザーが数分間英雄的に動作し、その後、オーディオビジュアルの特殊効果と特定の匂いを伴い、シンセサイザーはオンになりませんでした。 それ以来、彼は箱にほこりを集めて時間を待っていました。 いくつかの記事で、運動が新しい生命を吹き込むというアイデアから、結果の実装とデモンストレーションまでどのように進んだかを説明します。

検死

典型的なシンセサイザーは、いくつかの主要部分で構成されています：サウンドジェネレーターモジュール（通常、サウンドジェネレーターのチップと楽器のサンプルを含むメモリを含む）、オーディオアンプモジュール、およびシンセサイザーのキーボードマトリックスをスキャンするモジュール。

オーディオアンプモジュール（電源と組み合わせて）

サウンドジェネレーターモジュール（可視メモリ、サウンドジェネレーター自体を背面に配置）

剖検により、私のシンセサイザーでは、サウンドジェネレーターとキーボードマトリックススキャナーに電圧を供給する役割を果たしていた電源電圧レギュレーターが破れたことがわかりました。 残念ながら、スタビライザーを新しいものに交換しても結果は得られませんでした。 さらなる分析により、両方の超小型回路は明らかに機能しなくなっていることが示されました。ただし、正しいリセット信号とクロック信号がありますが、超小型回路自体には生命の兆候はありません。 これらの超小型回路は、ヤマハのシンセサイザー専用に製造されたため、特にモデルが古いため、新しいものと交換することはできませんでした。 そして、古いサウンドジェネレーターモジュールを修復して捨て、LinuxとWi-Fiで完全に完全にカスタマイズ可能な独自のモジュールを作成する代わりに、アイデアが浮かんできました。

プラットフォームの選択-新しいシンセサイザーの基本

この考えに興味を持って、私は新しいシンセサイザー「頭脳」が作成されることに基づいてプラットフォームを選択し始めました。 最初のアイデアは、サウンド合成を実装するファームウェアをゼロから実装することだったため、STM32の比較的単純なデバッグボードから検索を開始しました。 選択基準は、少なくとも数十メガバイトのメモリの存在、SDカードスロット、オーディオ出力、およびLCDディスプレイの接続能力でした。 その後、より強力なものを使用するというアイデアが浮上し、私はRaspberry Piがアイドル状態にあることを思い出しました。 しかし、それはいくつかの理由で最後には収まりませんでした：箱から出してタンバリンと踊らずに LCDディスプレイを接続する能力の不足、十分な数のGPIOピンの不足、および比較的低いプロセッサ周波数。 しかし、その頃には、多くのソフトウェアシンセサイザー、特に私に最も興味のあるLinuxSamplerとFluidSynthがすでに書かれていたため、Linuxに移行する必要があることに気付きました。 そのため、STM32の「低電力」ボードを既に破棄し、検索を続行しました。数時間の連続検索の後、ITを見つけ、これが必要なものであることに気付きました。 そのため、 EmbedSky E8 miniPCミニコンピューターがプラットフォームとして選ばれ、買収され、4.3インチの抵抗性LCDタッチスクリーンを備えています。


その技術的特性は表に示されており、発行価格は48米ドルです。

寸法	100x65x20 mm（コネクタを除く）
CPU	Samsung S5PV210 Cortex-A8（1 GHz）
RAM	512 MB *
EMMCフラッシュ	4 GB
USBポート	4つのUSB 2.0ポート、1つのUSB OTGポート
音声	最大48 KHzの入出力、WM8960
HDMI	HDMI 1.3 1080p @ 30 FPS
イーサネット	100 Mビット
シリアルポート	3ポート3.3V、標準RS232レベルの1ポート
時計	リアルタイムクロックサポート（プラスバッテリー）
メモリーカード	SDカードのインターフェース
ボタン	2つのプログラム可能なボタン
カメラ	ビデオカメラを接続するための特別なポート
LED	4つのプログラム可能なLED
IrDA	内蔵IRレシーバー
ディスプレイ	LCD接続用の40ピンFPC（抵抗性および容量性スクリーンをサポート）
50ピンコネクタ	17 GPIOライン、4チャンネルADC、SPI、2 PWM、追加のSDインターフェイス

*-標準カーネルを搭載したシステムで利用可能なメモリ量は約390 MBです（この制限は後で削除されました-詳細は次の記事で）。

ミニコンピューターが付いた2枚のDVDに収録されている大量のドキュメントに感銘を受けました：ディスクには完全な回路図、使用されている各チップのドキュメント、プロセッサの完全なドキュメント、ユーザーマニュアル（中国語ですが、すべてが明確です）さまざまな指示（たとえば、Ubuntuのインストール、さらにはQtでの開発に関する）。 さらに、Linux 3.0.8カーネルのソースコード、Androidシステムのソースコード、EmbedSkyの一部のソフトウェア、GCC 4.4.3、Qtのソースコードなどがあります。 LinuxとAndroid 4.0.4の2つのOSが一度にボードにプリインストールされます。これらの選択はU-Bootローダーを介してロードされます。 Androidは容赦なく取り壊され、利用可能なeMMCフラッシュメモリはすべて単純なLinuxで使用されました。

ボードが容量性スクリーンで動作するように最初に構成されたことは注目に値します。 抵抗性インターフェイスに切り替えるには、LCDコネクタの隣のボードの背面にある2つのジャンパを再はんだ付けする必要があります。 実際、これはボードのパフォーマンスを確認した後、ボードで最初にしたことです。 さらに、eMMCに配線されたLinuxイメージもデフォルトで静電容量センサーを使用するように設定されていることが判明しました。 彼はQtとTslibの設定を掘り下げて数時間殺しましたが、最終的には期待どおりにタッチが機能しました。

Qtバージョン4.5はボードに付属しています-かなり古いバージョンです。 新しいものすべてが大好きなので、プロジェクトに取り組むために、ARM Qt用に最新バージョン5をコンパイルすることにしました。また、開発にあまり時間をかけたくなかったので、さらにすべてをPythonで書くことにしました。 PyQt5ライブラリも。 Samsung S5PV210プロセッサにはOpenGL ES 2.0をサポートする3Dアクセラレータが組み込まれていますが、残念ながら、SamsungはAndroid OS専用のOpenGLドライバーを提供しているため、OpenGL ESをサポートするQt 5を使用できませんでした（Androidイメージから必要なDLLをコピーしようとしましたが、ライブラリの一部はlibhardware.soおよびad infinitumに依存していたため、グラフィック出力プラットフォームとしてLinuxFBに決めました。 Qt 5のコンパイルに特別な問題はありませんでした。基礎として、Raspberry Piの構成を取得し、OpenGL ESに関連するすべてを切り取りました。 次に、こちらの手順を使用してPython 2.7.6をコンパイルしました 。

ARMライブラリ用にPyQt5をビルドすると問題が発生しました-OpenGLサポートなしでQtをビルドした場合でも、ライブラリはOpenGLヘッダーに依存していることが判明しました。 ライブラリにパッチを適用して、依存関係を削除する必要がありました。 パッチはPyQtメーリングリストで公開されました 。 OpenGLを使用しないビルド可能性もまもなくアップストリームに追加されます。 PyQt5をビルドした後、Qtディストリビューションのサンプルをデバイスで正常にテストし、Pythonに移植して、PyQtの一部として配布しました。

LinuxSamplerおよびFluidSynth用のPyQt5で書かれたGUI

これに続いて、LinuxSamplerとその依存関係をクロスコンパイルします： libaudiofile 、 libfftw 、 libgig 、 libsndfile 、 libsamplerate 。 ライブラリコード「Ultimate off_t check」で名前が付けられたlibsndfileで興味深い機能が発見されましたoff_t型のoff_tが8バイトであることを表明してください。 私の場合、これは事実ではありませんでした。 幸いなことに、この「健全性チェック」を削除するだけで問題は完全に解決しました。 実行時にこのチェックを行うのに、構成段階で中断しないのはなぜだろうか-それでも動作しないのに、なぜコンパイルするのですか？

さらに、JACKはLinuxSamplerのサウンド出力ドライバーとしてコンパイルされました。 ここから arm-timestamp.patchおよびatomic.patch必要でした。 また、ARMのNEON拡張機能のサポートを有効にするために、GCCのこのようなフラグを使用してコンパイルしました： -march=armv7-a -mtune=cortex-a8 -mfpu=neon -ffast-math -funsafe-math-optimizations -O3 。

この段階で、JACKとLinuxSamplerが機能し、それを通してjack-smf-playerを使用してMIDIファイルを再生できました。 グラフィカルインターフェイス（上記参照）とともに、LSCPプロトコルを使用してLinuxSamplerを操作するためのPythonモジュールが作成され、 libgig用にSWIGバインダーの助けを借りて生成されlibgig 。これにより、GIGファイルをダウンロードし、特に、どのツールが内部にあるかを調べることができますQtのインターフェースのリストから選択できます。 プロジェクトの完了に近づいて、これらの開発、およびプロジェクトに関連するすべての元のソースコードがGitHubに投稿されます。

次の記事で私は伝えます：

• シンセサイザーのキーボードマトリックスはどうですか
• 焼き付けたMKキーボードスキャナーをATmegaに変更した方法、ボードから直接のファームウェア、およびマイクロコントローラーがLinuxSamplerと通信する方法について
• 株式に基づくリアルタイムプリエンプションサポートを使用してカーネルを作成した方法と、多数の問題が解決された方法
• EmbedSky Techテクニカルサポートとどのようにコミュニケーションを取りましたか？
• シンセサイザーのキーを数十ミリ秒から数ミリ秒に押したときの音のレイテンシをどのように短縮し ましたか

この記事と次の記事で説明するわずかな違いのある操作はすべて、Raspberry Piなどの他の適切なARMプラットフォームを使用して行うことができ、古いMIDIキーボードから独自のユニバーサルシンセサイザーを作成できます。 後者の利点の中には、より強力なハードウェアFPUの存在と、OpenGL ES 2.0をサポートするQt 5を構築する機能があります。

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