کالبدشکافی هدست واقعیت مجازی Razer OSVR HDK 2؛ کاوش در معماری متن‌باز ریزر

قبل از اینکه پیچ‌گوشتی به دست بگیریم، بیا یه نگاه سریع به مشخصات و لوازم جانبی این هدست بندازیم:

← هدست دارای دو تا صفحه نمایش OLED با رزولوشن ترکیبی 2160 در 1200 پیکسل (تراکم 441 پیکسل بر اینچ) و نرخ به‌روزرسانی 90 هرتزه.

← یه دوربین مادون قرمز (IR) برای ردیابی 360 درجه که با سرعت 100 هرتز کار می‌کنه.

← یه باکس کمری (Belt box) که شامل کدک صدای فراگیر و تقویت‌کننده‌های سیگناله.

راستی، اگه برات سواله که اسم این گجت یعنی چی، OSVR HDK 2 مخفف Open Source Virtual Reality Hacker Development Kit نسخه 2 هست!

معمولا ما برای باز کردن گجت‌های جدید خیلی عجله داریم، اما این بار تصمیم گرفتیم اول با دوربین مادون قرمز خودمون یه نگاهی بهش بندازیم تا راز ردیابی این هدست رو کشف کنیم.

← اینجا پر از نقطه‌های روشنه! سنسور دوربین هدست، این شبکه از ال‌ای‌دی‌های مادون قرمز رو ردیابی می‌کنه تا حرکت و موقعیت سرت رو به صورت لحظه‌ای تشخیص بده.

این سیستم ردیابی خیلی شبیه چیزیه که تو هدست Rift استفاده شده و دقیقا برعکس مکانیزم هدست Vive عمل می‌کنه.

← یه پورت USB 3.0 هم لبه هدست قرار گرفته که برای وصل کردن لوازم جانبی و ماژول‌های توسعه‌دهنده‌ها در نظر گرفته شده.

وقتی هدست رو می‌پوشی، دو تا کابل از روی سرت رد می‌شه؛ کابل ضخیم‌تر اطلاعات تصویر رو منتقل می‌کنه و کابل نازک‌تر برای تغذیه ال‌ای‌دی‌های مادون قرمز پشت سرته تا ردیابی 360 درجه ممکن بشه.

حالا وقتشه که بریم سراغ پیدا کردن اون ال‌ای‌دی‌های نامرئی. چون این هدست برای توسعه‌دهنده‌ها ساخته شده، اصلا تعجب نکردیم وقتی دیدیم با پیچ‌های معمولی چهارسو بسته شده و خبری از پیچ‌های عجیب‌وغریب نیست.

اما وقتی پیچ‌ها رو باز کردیم، پنل جلویی همچنان سر جاش محکم بود! اولش فکر کردیم شاید طلسم شده باشه یا از نیروی خاصی استفاده کردن.

نسخه‌های قبلی این هدست موقع باز کردن مشکل پاره شدن فلت داشتن، اما به نظر می‌رسه تو نسخه HDK 2 این مشکل با یه کابل ضخیم‌تر و کانکتور ZIF حل شده.

از زاویه تعمیرپذیری، این طراحی ماژولار واقعا عالیه و نشون می‌ده ریزر به فکر تعمیرکارها و توسعه‌دهنده‌ها بوده.

خیلی زود متوجه شدیم که دلیل محکم بودن پنل، استفاده از آهنرباهای قوی بوده! آهنرباها واقعا برای اتصال پنل‌های جلویی ایده‌آل هستن. پشت پنل جلویی، بالاخره منبع اون نورهای نامرئی رو پیدا کردیم: آرایه ال‌ای‌دی‌های مادون قرمز! کابل ضخیم این بخش خیلی راحت جدا می‌شه و اصلا اون ترس پاره شدن فلت‌های حساس رو به آدم نمی‌ده. حالا که این حلقه نوری رو با موفقیت جدا کردیم، بیا دقیق‌تر قطعات روش رو بررسی کنیم:

← سه تا درایور 16 بیتی ولتاژ پایین STMicroelectronics که برای کنترل دقیق ال‌ای‌دی‌ها تعبیه شدن.

← تعداد 18 عدد ال‌ای‌دی مادون قرمز که هر کدوم با یه چسب فوم مشکی به پنل متصل شدن تا نور رو به درستی هدایت کنن.

همینطور که داشتیم به دسترسی راحت این مادربرد آفرین می‌گفتیم، یهو متوجه شدیم که برد توسط دو تا فلت مخفی که به سمت صفحه نمایش‌ها می‌رن، گروگان گرفته شده!

خوشبختانه خیلی از قطعات بدون نیاز به درآوردن کامل مادربرد در دسترس هستن، پس احتمالا کاربرای عادی اصلا نیازی به باز کردن این فلت‌های حساس نداشته باشن.

با کمی دقت، کابل‌های تصویر رو جدا کردیم و حالا تونستیم مادربرد رو کامل آزاد کنیم تا قطعات روش رو شناسایی کنیم.

طراحی بردهای تودرتو همیشه جالبه؛ انگار مادربرد داره از بردهای کوچیک‌تر و ماژول‌ها مراقبت می‌کنه!

توی سخت‌افزارهای اپن‌سورس، چاپ شدن لیبل و راهنما روی برد یه باید محسوب می‌شه. انقدر مجذوب نظم این برد شدیم که نزدیک بود بررسی چیپ‌ها رو فراموش کنیم:

← میکروکنترلر اصلی ساخت شرکت Atmel که وظیفه پردازش‌های پایه رو بر عهده داره.

← مبدل ویدیویی Toshiba که سیگنال 4 کیلواهم HDMI رو به MIPI dual-DSI تبدیل می‌کنه (این قطعه رو تو هدست Oculus Rift CV1 هم دیده بودیم).

← کنترلر هاب USB 3.0 مدل SMSC با پشتیبانی از 4 پورت.

← سنسور حرکتی 9 محوره و هاب سنسور ساخت شرکت‌های Bosch Sensortec و Hillcrest Labs برای ردیابی دقیق حرکات سر.

مبدل‌های کاهنده ولتاژ (Buck converter) از شرکت Texas Instruments برای مدیریت برق برد.

یه مبدل کاهنده ولتاژ دیگه از همون برند Texas Instruments.

← شیفتر سطح ولتاژ دوطرفه از Texas Instruments برای هماهنگی بین قطعات با ولتاژهای مختلف.

صحبت از راهنما و لیبل شد؛ ما روی این برد چند تا سورپرایز جالب برای توسعه‌دهنده‌های خلاق پیدا کردیم:

← این پدهای خالی به نظر می‌رسه آماده لحیم شدن کانکتورهای ZIF هستن، احتمالا برای اضافه کردن دستگاه‌های USB بیشتر.

← یه کانکتور USB 3.0 که اینجا قرار داده شده اما استفاده‌ای ازش نشده.

← یه سوکت 5 پین خالی و جذاب (که احتمالا هدر برای یه پورت USB 2.0 دیگه است).

← یه هدر 10 پین خالی دیگه (که به احتمال زیاد پورت JTAG برای برنامه‌ریزی میکروکنترلر XMEGA هست).

و کلی پد لحیم‌کاری خالی دیگه که منتظر ایده‌های جدیدن!

سخت‌افزارها مثل نرم‌افزارها قوانین مشخصی برای متن‌باز بودن ندارن. ریزر برای اینکه بتونه یه پلتفرم باز برای توسعه‌دهنده‌ها بسازه، طراحی این هدست رو با الهام از پروژه ماژولار Ara گوگل انجام داده.

بریم سراغ ادامه شناسایی آیسی‌های مهم این برد:

← منبع تغذیه صفحه نمایش AMOLED با 3 خروجی مدل TPS65632 از Texas Instruments.

← کنترلر محافظ ولتاژ (در برابر اضافه ولتاژ، افت ولتاژ و اتصال معکوس) مدل LTC4365 از Analog Devices.

← رگولاتور LDO با ولتاژ 1.8 ولت و جریان 300 میلی‌آمپر از Diodes Incorporated مدل AP2127 کیلواهم-1.8TRG1.

← رگولاتور LDO مشابه قبلی اما با خروجی 3.0 ولت از همون برند.

احتمالا یه رگولاتور دیگه از برند Torex Semiconductor.

به احتمال زیاد مبدل DC-DC از شرکت Silergy.

← آرایه دیودهای محافظ TVS مدل‌های RClamp0524P و RClamp0502A از شرکت Semtech برای محافظت در برابر نوسانات الکتریکی.

با باز کردن چهار تا پیچ چهارسوی دوست‌داشتنی، مجموعه صفحه نمایش خیلی راحت از داخل هدست بیرون میاد.

هر کدوم از نمایشگرها با یه لایه نازک چسب به قاب پلاستیکی متصل شدن. درآوردن این‌ها خیلی راحت‌تر از جدا کردن نمایشگرهای هدست‌های رقیب بود.

کیفیت تصویر ارتقایافته در HDK 2 باعث می‌شه این هدست بتونه با بزرگان دنیای VR رقابت کنه: دو تا صفحه نمایش 1080p OLED ساخت AU Optronics که خیلی شبیه نمایشگرهای HTC Vive هستن و همون رزولوشن ترکیبی 2160 در 1200 با نرخ 90 هرتز رو ارائه می‌دن.

ارتقای صفحه نمایش یکی از بزرگترین پیشرفت‌های HDK 2 نسبت به نسل قبلیشه. نکته جالب اینه که اگه نسخه قدیمی‌تر این هدست رو داشته باشی، می‌تونی فقط صفحه نمایشش رو بخری و به راحتی ارتقاش بدی تا دقیقا بشه مثل HDK 2!

ما همیشه عاشق بررسی لنزهای گجت‌های واقعیت مجازی هستیم تا ببینیم چه مهندسی نوری توشون به کار رفته.

همه لنزها مثل هم ساخته نمی‌شن. در حالی که هدست‌های HTC Vive و Oculus Rift امکان تنظیم فاصله بین مردمک‌ها (IPD) رو دارن، متأسفانه OSVR این قابلیت رو نداره.

با اینکه OSVR تنظیم IPD نداره، اما یه ویژگی خاص داره که رقباش ندارن؛ ولوم‌های روی هدست بهت اجازه می‌دن فاصله هر لنز رو به صورت مستقل تنظیم کنی!

این تنظیم فوکوس از محدوده مثبت 2 تا منفی 2 دیوپتر کار می‌کنه، یعنی بیشتر کسایی که عینک می‌زنن می‌تونن موقع استفاده از این هدست، عینک‌شون رو دربیارن و تصویر رو واضح ببینن.

فوم انعطاف‌پذیر دور چشم به لطف پین‌های نرمی که با یه کشش ساده از هدست جدا می‌شن، هر زمان که بخوای قابل تعویضه. این قابلیت برای حفظ بهداشت هدست، مخصوصا وقتی چند نفر ازش استفاده می‌کنن، یه مزیت فوق‌العاده است.

ریزر تو مشخصات HDK 2 نوشته که این فوم از "میکروفیبر زغال بامبو" ساخته شده! شاید بیشتر شبیه یه اصطلاح تبلیغاتی باشه، اما خب هدفش این بوده که راحتی بیشتری رو موقع بازی کردن بهت بده.

فرصت رو غنیمت شمردیم و لنزهای دایره‌ای HDK رو هم بررسی کردیم. این لنزها برخلاف لنزهای شیاردار فرنل (Fresnel) که اخیرا تو هدست‌ها ترند شدن، لنزهای دولایه هستن. خوبی این لنزها اینه که انحراف رنگی کمتری دارن و اون هاله نوری مزاحم (God rays) رو تولید نمی‌کنن.

کنار بدنه هدست، برد کوچیک مادون قرمز رو پیدا کردیم. می‌دونستیم که باید یه قطعه‌ای باشه که اون همه ال‌ای‌دی IR رو مدیریت کنه. بیا ببینیم روی این برد کوچیک چه قطعاتی سوار شدن:

← میکروکنترلر 8 بیتی از STMicroelectronics.

← مبدل کاهنده ولتاژ از Texas Instruments.

← درایور 16 بیتی ولتاژ پایین STMicroelectronics برای تغذیه ال‌ای‌دی‌ها.

← مدار پیش‌تقویت‌کننده ریموت کنترل مادون قرمز مدل VSOP58438 از برند Vishay.

رگولاتور LDO یک آمپری مدل TPS7A3701 از Texas Instruments.

دومین آرایه ال‌ای‌دی واقعا طولانیه! این نوار نوری دور تا دور قسمت بالایی و هر دو سمت پنل جلویی کشیده شده.

← چسب زیر این فلت نوری خیلی قوی بود و درآوردنش کمی دردسر داشت، اما بالاخره تونستیم این کابل که 10 تا ال‌ای‌دی روش نصب شده رو بدون آسیب جدا کنیم.

حالا که نوار نوری رو برداشتیم، فقط دو تا پیچ چهارسو بین ما و پورت USB فاصله انداخته. این برد کوچیک فقط یه رابط اتصاله و هیچ مدار فعالی روش نیست. امیدواریم یه روزی یه لوازم جانبی جذاب ساخته بشه تا این پورت هم کارایی خودش رو نشون بده.

حالا بریم سراغ اون عنکبوت مراقب سیستم؛ همون دوربین حساس به مادون قرمز که بیرون هدست قرار می‌گیره!

این دوربین کوچیک، حرکاتت رو از طریق فرستنده‌های مادون قرمز روی هدست ردیابی می‌کنه تا وقتی تو دنیای مجازی غرق شدی، موقعیتت رو به دقت محاسبه کنه.

با اینکه OSVR HDK 2 از تکنولوژی مشابه Oculus Rift استفاده می‌کنه، اما ابعاد این دوربین در مقایسه با دوربین Rift خیلی کوچیک‌تر و جمع‌وجورتره.

روی این ماژول دوربین یه جک 3.5 میلی‌متری استریو هم وجود داره که برای همگام‌سازی (Sync) دوربین با ال‌ای‌دی‌های روی هدست استفاده می‌شه.

داخل ماژول دوربین، یه مادربرد خیلی ریز و نقلی پیدا کردیم که روش دو تا آیسی مهم نصب شده:

← کنترلر دوربین مدل RTS5838 ساخت شرکت Realtek.

← حافظه فلش Serial NOR با ظرفیت 512 کیلوبیت از برند GigaDevice.

← رگولاتور LDO با ولتاژ 1.5 ولت و جریان 300 میلی‌آمپر از Fitipower.

پورت‌هایی که روی این برد قرار دارن هم عبارتند از:

← پورت Micro USB برای اتصال و انتقال دیتا.

← پورت سینک (Sync) برای هماهنگی نوری.

اکسسوری جدیدی که به کمربندت وصل می‌شه، این باکس مدیریت کابل‌هاست که البته بیشتر شبیه یه گره کور از کابل‌ها به نظر می‌رسه! شش تا پورت مختلف روی این جعبه قرار گرفته:

تو قسمت پایین، یه جک سوزنی برای کابل اسپلیت برق و سینک دوربین داریم، به علاوه پورت‌های HDMI و USB 3.0 برای اتصال به کامپیوتر.

قسمت بالایی هم شامل جک هدفون، پورت اختصاصی کابل هدست و یه پورت USB 3.0 اضافه (برای وصل کردن لوازم جانبی یا هک‌های سخت‌افزاری) می‌شه.

بعد از بررسی پورت‌ها، چهار تا پیچ چهارسو رو باز می‌کنیم تا دستمون به برد داخل باکس برسه. بیا ببینیم اون "تقویت‌کننده‌های سیگنال" که تعریفشون رو شنیدیم کجا قایم شدن.

چه قطعاتی تو این باکس کمری کار پردازش رو انجام می‌دن؟ برد رو زیر ذره‌بین بردیم تا آیسی‌هاش رو شناسایی کنیم:

← کنترلر هاب USB 3.0 ساخت شرکت Genesys Logic.

← ریپیتر و پاک‌کننده جیتر (Jitter) مدل PS8407A از شرکت Parade (احتمالا همون تقویت‌کننده سیگنالی که دنبالش بودیم همینجاست!).

← حافظه فلش سریال مدل W25X05CL از شرکت Winbond.

← کدک صوتی و DSP ساخت شرکت Conexant برای پردازش صدای فراگیر.

رگولاتور خطی LDO مدل AZ1117CD از BCD Semiconductors.

مبدل کاهنده ولتاژ مدل TPS54327 از Texas Instruments.

← سوییچ پاور USB مدل AP2186 از برند Diodes Incorporated.

به عنوان یه دستگاه اپن‌سورس، انتظار داشتیم امتیاز خوبی بگیره. خب اینم از کالبدشکافی این هدست تو آیسی‌مدار؛ یادت نره لینک این مقاله رو برای دوستای توسعه‌دهنده و گیمرت بفرستی!

← استفاده از پیچ‌های استاندارد چهارسو برای بستن هدست و قطعات داخلی، تعمیرش رو خیلی راحت کرده.

← مادربرد به محض برداشتن قاب پلاستیکی کاملا در دسترسه.

← کابل‌ها و فوم دور چشم کیفیت بالایی دارن و خیلی راحت از دستگاه جدا می‌شن.

← وصل کردن دوباره کابل‌های دیتای صفحه نمایش به زیر مادربرد کمی بدقلق و سخته.

← دو تا صفحه نمایش OLED با چسب به قاب چسبیدن که برای جدا کردنشون باید کمی نیرو وارد کنی و محتاط باشی.