Raspberry Pi 5, một bước tiến vượt bậc về sức mạnh xử lý, ban đầu đã vấp phải một hạn chế đáng chú ý: thiếu đi khả năng hỗ trợ chế độ xuất video xen kẽ (interlaced video output) vốn có trên các phiên bản tiền nhiệm. Đây là một vấn đề lớn đối với những người dùng mong muốn tận dụng Raspberry Pi 5 để kết nối với các TV CRT cũ kỹ cho mục đích chơi game retro hoặc trình chiếu đa phương tiện. Tin vui là, với một bản cập nhật phần mềm gần đây, hạn chế này đã được khắc phục, chính thức cho phép Raspberry Pi 5 xuất tín hiệu video xen kẽ.
Ban đầu, Giao diện Song song Hiển thị (DPI) của Raspberry Pi 5 không thể quản lý được loại tín hiệu video này, đồng nghĩa với việc nó không thể gửi tín hiệu RGB độ phân giải đầy đủ tới TV CRT. Điều này gây khó khăn cho cộng đồng những người đam mê thiết bị cổ điển. Tuy nhiên, bản cập nhật phần mềm gần đây đã giải quyết triệt để vấn đề này, mở ra cánh cửa mới cho khả năng tương thích của Raspberry Pi 5 với các thiết bị hiển thị truyền thống.
Giải pháp cốt lõi cho vấn đề này nằm ở việc tận dụng khối Đầu vào/Đầu ra Lập trình được (PIO) của Raspberry Pi, một tính năng cũng có mặt trong các vi điều khiển RP2040 và RP2350. Khả năng tạo ra các tín hiệu thời gian thực của PIO đóng vai trò then chốt trong việc vượt qua các rào cản liên quan đến việc tạo ra video xen kẽ.
Vì video xen kẽ chưa được hỗ trợ, đội ngũ Raspberry Pi đã phải thực hiện ba thay đổi phần mềm quan trọng.
Ba Thay Đổi Phần Mềm Đột Phá Để Kích Hoạt Video Xen Kẽ
Để Raspberry Pi 5 có thể xuất video xen kẽ, các kỹ sư đã thực hiện những điều chỉnh sâu rộng ở cấp độ phần mềm, tập trung vào việc tái cấu trúc cách DPI xử lý và truyền tải tín hiệu.
1. Điều Chỉnh DPI Để Xuất Dữ Liệu Trường (Field Data)
Đầu tiên, đội ngũ đã điều chỉnh DPI để xuất dữ liệu trường (tức là các dòng chẵn hoặc lẻ của một khung hình) thay vì xuất toàn bộ khung hình. Họ thực hiện điều này bằng cách thay đổi địa chỉ và nhân đôi bước nhảy dòng (line stride) trong cài đặt DPI. Đồng thời, một ngắt (interrupt) cũng được thiết lập để luân phiên giữa các trường chẵn và lẻ với tốc độ 50 hoặc 60 lần mỗi giây, đảm bảo rằng mỗi “nửa khung hình” được hiển thị đúng lúc.
Bộ khởi động Raspberry Pi 5 CanaKit với các linh kiện cần thiết
2. Tinh Chỉnh Thời Gian Cho Tín Hiệu Video (Timing Adjustments)
Tiếp theo, để đảm bảo các trường được sắp xếp chính xác, đội ngũ Raspberry Pi cần thực hiện một số điều chỉnh về thời gian. Họ đã thay đổi cài đặt của thiết bị ngoại vi DPI khi cần thiết, bổ sung một dòng trống bổ sung sau mỗi trường trên (top field) và trước mỗi trường dưới (bottom field). Việc điều chỉnh thời gian cẩn thận này là rất cần thiết để hiển thị tín hiệu xen kẽ một cách chính xác trên màn hình.
3. Thử Thách Lớn Nhất: Tạo Xung Đồng Bộ Hóa Chính Xác Bằng PIO
Thử thách thứ ba và khó khăn nhất là tạo ra các xung đồng bộ hóa chính xác. DPI của RP1 không thể tạo ra các xung đồng bộ dọc (VSync) bắt đầu ở giữa một dòng, điều cần thiết cho video xen kẽ. Để giải quyết vấn đề này, đội ngũ đã tận dụng tối đa các tính năng của PIO. PIO theo dõi các tín hiệu đồng bộ ngang (HSync) và cho phép dữ liệu (DE) của DPI.
Đội ngũ đã dành hai trong bốn máy trạng thái (state machines) của PIO cho nhiệm vụ này. Một máy hoạt động như một bộ đếm thời gian, tạo ra các ngắt vào đầu và giữa mỗi dòng, trong khi máy còn lại phát hiện khi khoảng trống dọc (vertical blanking interval) bắt đầu, đếm nửa dòng để xác định khi nào xung VSync nên xuất hiện, và kiểm tra xem pha trường chính xác đang được sử dụng với tín hiệu DE.
Hạn Chế Và Lưu Ý Khi Sử Dụng Tính Năng Mới
Mặc dù giải pháp này hoạt động tốt, vẫn có một số hạn chế cần xem xét. Tín hiệu DE yêu cầu đầu ra trên GPIO1, bất kể nó đang được sử dụng như thế nào. Ngoài ra, PIO không hoạt động đồng bộ với xung nhịp DPI, điều này có thể gây ra sai lệch thời gian lên đến khoảng năm nano giây trong đầu ra VSync. Điều này nghe có vẻ nhỏ và sẽ không phải là vấn đề đối với TV tiêu chuẩn, nhưng không ngạc nhiên khi nó sẽ là vấn đề ở độ phân giải cao hơn. Việc sửa lỗi đồng bộ hóa cũng chiếm nhiều bộ nhớ lệnh, do đó nó hạn chế việc PIO được sử dụng cho các tác vụ khác cùng lúc.
Yêu Cầu Phần Cứng Và Phần Mềm Để Trải Nghiệm Video Xen Kẽ
Để tính năng này hoạt động, bạn sẽ cần một số thiết lập phần cứng và phần mềm nhất định. Bạn cần một Raspberry Pi 5, một HAT, và một màn hình VGA hoạt động ở tần số quét 50Hz. Về phần mềm, hãy đảm bảo cập nhật lên phiên bản Raspberry Pi OS mới nhất. Mặc định, cấu hình sử dụng GPIO0 cho DPICLK và GPIO1 cho DE, điều này ảnh hưởng đến việc sử dụng I2C/DDC trên các chân đó. Nếu bạn có các HAT khác, bạn có thể cần tạo các lớp phủ tùy chỉnh (custom overlays) để sử dụng đầu ra DE trên GPIO1 một cách an toàn.
Raspberry Pi 5 đã bổ sung hỗ trợ đồng bộ tổng hợp (composite sync), và hầu hết các HAT SCART hiện có đã tích hợp mạch điện cần thiết để tạo ra composite sync, nhưng PIO của Raspberry Pi cũng có thể tạo ra tín hiệu này. Để giữ cho phần mềm đơn giản, tính năng này không được bao gồm trong driver chính; thay vào đó, nó yêu cầu một chương trình PIO riêng biệt và có thể cần một số thay đổi phần cứng.
Kết Luận
Việc Raspberry Pi 5 chính thức hỗ trợ xuất video xen kẽ đánh dấu một cột mốc quan trọng, không chỉ củng cố vị thế của nó như một nền tảng linh hoạt mà còn mở rộng đáng kể khả năng tương thích với các thiết bị hiển thị thế hệ cũ. Điều này đặc biệt ý nghĩa cho những người yêu thích game retro và các dự án đòi hỏi kết nối với màn hình CRT. Dù vẫn còn một vài hạn chế kỹ thuật nhỏ, giải pháp sáng tạo dựa trên khối PIO đã chứng minh khả năng của đội ngũ Raspberry Pi trong việc giải quyết các thách thức kỹ thuật phức tạp. Raspberry Pi 5 giờ đây thực sự là một lựa chọn mạnh mẽ và toàn diện hơn bao giờ hết cho mọi dự án công nghệ của bạn.
Bạn nghĩ sao về tính năng mới này? Liệu nó có mở ra những dự án thú vị nào cho cộng đồng Raspberry Pi tại Việt Nam không? Hãy chia sẻ ý kiến của bạn trong phần bình luận bên dưới nhé!
Tài liệu tham khảo:
