上次的Part. A過了兩年......終於有機會能夠重新Revisit這個Project，主要是因為第一版受限於一些限制(後續說明)，軟體上有點卡住。直到去年推出的Raspberry Pi Compute Module 4 解除了一些軟體上的限制，所以這次重新設計了底板以及系統架構。 現在軟體跟硬體大致底定，有空可以來寫幾篇。
這篇主要會先講的是整體系統的架構，大致上就是講這張Block Diagram:
綠色是FPGA內建的Hard IP，紫色是FPGA的Verilog Block，藍色是IC/Sensor，紅色是Power，灰色是Connector。
- GPS校正系統時鐘，以及監控誤差跟時鐘基準輸出
- AC 頻率以及Vrms監控
- Nixie Clock
- 環境監測
因為前三點都需要非常精準的Timing，所以設計上交給了FPGA，其他部分則交給Raspberry Pi Compute Module來做。FPGA跟Raspberry Pi中間透過兩個SPI，主要是因為我想拉高SPI的Clock，所以多了一組由FPGA內建的48MHz震盪器驅動的SPI Peripheral，所以你也可以看到FPGA內部有兩個Clock Domain，高速SPI是為了收ADC的資料，所以跨Domain有一個FIFO。
FPGA另外還會輸出兩個Time Signal，其中一個PPS接上一般的IO，另外一個Clock輸出是接上Raspberry Pi Compute Module 4上面的IEEE 1588 Sync In，當然中間經過了一個3.3v->1.8v的Buffer，等到比較正式的IEEE 1588 Support出來之後我就可以來搭配有線網路來當作我的內網路PTP Clock Source，因為FPGA的彈性，所以Clock要怎麼樣打可以等Support出來再來弄，先暫時只用RPI的PPS GPIO當作NTP的校正源。
其他的周邊則是直接接上Raspberry Pi，GPS以及Miniture Atomic Clock都是透過UART，這邊要提到的是Raspberry Pi 4支援非常多的UART Port，一次就支援五組UART可以用。前一版本的設計因為被Raspberry Pi Zero受限，所以MAC的UART需要透過FPGA幫忙轉SPI，徒增複雜度。
I2C的狀況也是類似，Raspberry Pi 4支援了非常多組的I2C，由架構圖可以看到我掛了非常多的東西在I2C Bus上，I2C Bus也有兩條，其中一條是接上上層的Nixie Tube的板子，另一條則是底板用的。
需要設定I2C和SPI Bus的話，透過dtoverlay既可，以下的範例是設定I2C 0跟I2C1 還有 SPI的CS pin，
dtoverlay=i2c-gpio,bus=0,i2c_gpio_sda=22,i2c_gpio_scl=23
dtoverlay=i2c-gpio,bus=1,i2c_gpio_sda=2,i2c_gpio_scl=3
dtoverlay=spi0-2cs,cs0_pin=8,cs1_pin=20
Raspberry Pi 的 Image已經預載了這些dtoverlay，到/boot/overlay看有哪些之後，用這個指令查看怎麼設定
dtoverlay -h [overlay名稱]
Power 的架構則是稍微複雜一點，主要是因為MAC在預熱過程至少需要3A，保險起見我想要拉到4A，加上因為是供應原子鐘，我不想要直接透過DC-DC供電。所以從上圖的架構圖可以看到MAC的供電是降壓到5.5V之後再送到LDO穩壓成5V，先透過DC-DC降壓的話LDO的消耗可以大幅地降低。另外還是有一組5V LDO是直接供電ADC用，因為耗電量不大，只要Noise夠低就好。接下來是CM4用的 5V，直接用DC-DC降壓，這組5V同時供應USB-C (Host Mode的話)，還有再經過3.3V LDO降壓給底板用的Sensor們。最後就是Nixie Tube的Power Supply，我想做一些比較Fancy的控制，所以有一組AD/DA去控制跟監控Nixie的Voltage。供電的部分都有LED燈顯示狀況，也能夠用一個MOS把這些Power LED關掉。監控的部分則是有四組INA219做電流/電壓的監控。
基本上是這樣，接下來會針對每一個功能來寫比較詳細的文章。
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