라즈베리 파이 HMI 프로젝트를 위한 디스플레이 화면 선택 방법

Raspberry Pi는 디스플레이, 터치 패널, 소프트웨어 인터페이스를 신속하게 작동하는 HMI 프로토타입으로 전환할 수 있다. HDMI를 통해 모니터를 연결하고 운영 체제를 시작하면 개념이 몇 분 안에 가시화될 수 있다. 그 프로토타입을 소형의 신뢰성 높은 제품으로 전환하는 것은 다른 엔지니어링 작업이다.

Raspberry Pi용 디스플레이 화면을 선택할 때 프로젝트에서 커넥터는 고려 사항 중 하나에 불과하다. 개발팀은 네이티브 해상도, 디스플레이 타이밍, 터치 통신, 전력 분배, 시작 동작, 밝기, 시야각, 기구 설치 및 소프트웨어 지원도 평가해야 한다.

이 가이드는 Raspberry Pi 기반 프로토타입이 밀폐형 터미널, 컨트롤러, 정보 기기 또는 소량 상용 제품으로 발전할 것으로 예상될 때 주요 디스플레이 경로와 중요한 결정 사항을 설명한다.

커넥터가 아닌 제품부터 시작하라

HDMI 또는 DSI 커넥터가 있는 화면을 검색하는 것으로 시작하는 것은 유혹적이다. 더 강력한 선택 프로세스는 완성 제품이 무엇을 해야 하는지에서 시작한다.

디스플레이 모듈을 비교하기 전에 다음을 정의하라:

• 대상 기기 및 애플리케이션
• 필요한 가시 영역 및 인클로저 치수
• 가로, 세로, 정사각형, 원형 또는 바 형태 인터페이스
• 일반 시청 거리 및 사용자 위치
• 실내, 실외 또는 고주변광 환경
• 필요한 터치 동작
• 케이블 및 컨트롤러 보드를 위한 내부 공간
• 예상 연속 작동 시간
• 시작 및 종료 기대 사항
• 프로토타입 수량 및 예상 프로젝트 물량

소프트웨어 개발에 편리한 화면은 최종 인클로저에 너무 크거나, 반사가 심하거나, 기구적으로 다루기 어려울 수 있다. 반대로 소형 네이티브 패널은 제품에 잘 맞을 수 있지만 더 많은 드라이버 및 통합 작업이 필요할 수 있다.

고려해야 할 네 가지 디스플레이 연결 경로

1. HDMI 디스플레이 또는 HDMI 컨트롤러 보드

HDMI는 일반적으로 초기 프로토타입에 가장 간단한 경로이다. 완전한 HDMI 모니터는 자체 타이밍 컨트롤러, 전원 시스템 및 디스플레이 전자 장치를 포함한다. 임베디드 TFT 모듈은 해당 패널에 맞춰진 액티브 HDMI 컨트롤러 보드를 통해 연결할 수도 있다.

HDMI 경로의 장점은 다음과 같을 수 있다:

• 빠른 프로토타입 개발
• Raspberry Pi와 네이티브 패널 인터페이스 간의 분리
• 일반적인 운영 체제 디스플레이 동작 지원
• 다른 HDMI 지원 호스트와의 잠재적 재사용
• 표준 비디오 소스를 통한 손쉬운 테스트

트레이드오프로는 추가 PCB 면적, 케이블링, 커넥터, 전력 소비 및 시작 복잡성이 포함될 수 있다. 컨트롤러 보드는 여전히 정확한 LCD 해상도, 타이밍, 핀 정의, 백라이트 및 펌웨어 구성을 지원해야 한다.

Raspberry Pi OS는 일반적으로 디스플레이 기능 정보를 사용하여 HDMI 모드를 선택하고 해상도, 재생률, 방향 및 스케일링에 대한 제어를 제공한다.¹ 그러나 비표준 임베디드 컨트롤러는 모든 모드를 올바르게 보고하지 않을 수 있으며, 특이한 해상도는 추가 시스템 또는 펌웨어 작업이 필요할 수 있다.

2. DSI 디스플레이

DSI는 소형 디스플레이 연결을 제공하며 외부 HDMI 변환 보드의 필요성을 줄일 수 있다. 이는 얇은 인클로저나 통합 HMI에 매력적일 수 있다.

DSI 커넥터가 모든 MIPI DSI 패널을 직접 호환되게 만들지는 않는다. 프로젝트는 다음을 고려해야 한다:

• Raspberry Pi 모델 및 커넥터 형식
• 올바른 플렉시블 케이블
• DSI 레인 구성
• 패널 해상도 및 타이밍
• 드라이버 IC 및 초기화 명령
• Linux 패널 드라이버 또는 디바이스 트리 지원
• 백라이트 및 전원 제어 요구사항
• 터치 컨트롤러 지원

공식 Raspberry Pi Touch Display는 모델, 커넥터 및 케이블 세부사항이 얼마나 중요한지를 보여줍니다: Raspberry Pi 세대에 따라 다른 FFC 구성이 필요할 수 있으며, Compute Module 통합에서는 통합자가 감지 및 인터페이스 할당을 관리해야 할 수 있습니다.²

일반 스마트폰이나 태블릿용 MIPI LCD는 물리적 커넥터가 충분하다는 가정 하에 연결해서는 안 됩니다. MIPI DSI 통합은 패널별로 다르며 하드웨어와 소프트웨어 양쪽의 적응이 필요할 수 있습니다.

3. DPI 또는 병렬 RGB 디스플레이

Display Parallel Interface는 GPIO 자원을 통해 호환되는 RGB 패널을 연결할 수 있습니다. Raspberry Pi 문서에서는 DPI를 필요한 GPIO를 제공하는 기기에서 HDMI 및 DSI의 대안으로 설명하며, RGB 데이터와 타이밍 신호가 병렬 인터페이스를 통해 전달됩니다.³

이 경로는 이미 호환되는 RGB LCD를 사용하는 임베디드 프로젝트에 적합할 수 있지만, 중요한 트레이드오프가 수반됩니다:

• 상당한 수의 GPIO 핀이 점유될 수 있습니다.
• 다른 GPIO 기반 기능이 디스플레이 할당과 충돌할 수 있습니다.
• 패널 타이밍을 올바르게 구성해야 합니다.
• 캐리어 보드, 어댑터 PCB 또는 제어된 케이블이 필요할 수 있습니다.
• 백라이트 전원 및 제어는 별도로 유지됩니다.
• LCD 전압과 핀아웃이 인터페이스 전자부품과 일치해야 합니다.

따라서 DPI는 범용 리본 케이블 연결이 아니라 엔지니어링된 임베디드 인터페이스로 취급해야 합니다.

4. SPI 디스플레이

소형 SPI 디스플레이 상태 패널, 소형 컨트롤 및 데스크톱 수준의 프레임 레이트가 필요하지 않은 인터페이스에 유용할 수 있습니다. 넓은 병렬 RGB 연결보다 적은 신호선을 사용하지만, 사용 가능한 업데이트 rate와 소프트웨어 동작이 의도된 UI에 적합해야 합니다.

SPI 디스플레이는 버튼, 값, 표시기 및 비교적 단순한 그래픽에 적합할 수 있습니다. 대형 애니메이션 대시보드, 비디오 또는 복잡한 전체 화면 전환에는 덜 적합할 수 있습니다.

실제 결과는 해상도, 버스 구성, 컨트롤러 IC, 소프트웨어 드라이버 및 애플리케이션 워크로드에 따라 달라집니다. “SPI”라는 것만으로는 사용 가능한 성능이 정의되지 않습니다.

HDMI, DSI, DPI 또는 SPI: 실용적 비교

최선의 경로가 반드시 가장 적은 구성 요소를 사용하는 경로는 아닙니다. 소프트웨어, 기계적, 전원 및 수명주기 위험을 관리 가능하게 유지하면서 충분한 성능을 제공하는 경로입니다.

해상도는 실제 인터페이스와 일치해야 한다

Raspberry Pi 보드는 여러 디스플레이 모드를 생성할 수 있지만, 완성된 시스템에는 여전히 명확한 해상도 전략이 필요합니다.

세 가지 별도의 질문을 해야 합니다:

1. LCD 패널의 네이티브 해상도는 무엇인가?
2. Raspberry Pi는 어떤 해상도를 생성하는가?
3. 컨트롤러 또는 소프트웨어 계층이 둘 사이를 스케일링하는가?

HDMI 디스플레이의 경우, 모니터 또는 컨트롤러가 지원되는 모드를 운영 체제에 전달할 수 있습니다. 컨트롤러가 예상 모드를 보고하지 않으면 시스템이 다른 해상도를 선택하거나, 테두리가 생기거나, 올바르게 표시되지 않을 수 있습니다.

DSI, DPI 및 기타 네이티브 패널 경로의 경우, 해상도와 타이밍은 일반적으로 명시적인 패널 지원이 필요합니다. 너비와 높이가 일치하는 것만으로는 충분하지 않으며, 픽셀 클록, 포치, 동기화 및 신호 극성도 중요할 수 있습니다.

LCD를 확정하기 전에 UI 해상도를 선택하십시오

고해상도 화면은 텍스트와 그래픽을 더 선명하게 만들 수 있지만, 인터페이스 스케일링, 그래픽 워크로드 및 터치 대상 설계도 변경됩니다. 물리적으로 작고 고밀도인 화면은 컨트롤이 사용 가능하게 유지되도록 더 큰 소프트웨어 스케일링이 필요할 수 있습니다.

의도한 실제 물리적 크기에서 실제 애플리케이션을 테스트해야 합니다. 모니터에서 수용 가능해 보이는 데스크톱 UI는 임베디드 터치스크린에서 너무 작은 컨트롤을 생성할 수 있습니다.

화면 형상과 방향은 소프트웨어에 영향을 미친다

Raspberry Pi OS는 디스플레이 방향 및 스케일링 옵션을 제공하지만, 출력 방향을 변경한다고 해서 자동으로 양호한 세로형 또는 바형 화면 인터페이스가 만들어지는 것은 아닙니다.¹

세로형 제품은 세로형 레이아웃을 기준으로 설계해야 합니다. A 막대 표시 는 넓고 얕은 활성 영역에 맞는 UI를 사용해야 합니다. A 원형 LCD 는 정사각형 프레임버퍼를 사용하되, 애플리케이션이 중요한 콘텐츠를 보이는 원 안에 유지하도록 요구할 수 있습니다.

특수한 디스플레이 형식을 선택하기 전에 다음을 확인해야 합니다:

• 의도한 운영 체제가 네이티브 해상도를 인식하는지 여부
• 하드웨어 또는 소프트웨어 회전이 가능한지 여부
• 애플리케이션이 해당 화면 비율로 렌더링할 수 있는지 여부
• 터치 좌표가 디스플레이와 함께 회전하는지 여부
• 시작 및 콘솔 출력이 동일한 방향을 사용하는지 여부

터치, 영상, 전원은 세 가지 별개의 결정이다

Raspberry Pi 터치스크린이라고 설명되는 제품은 일반적으로 여러 전기적 기능을 포함합니다. 이들은 개별적으로 검토해야 합니다.

비디오 경로

HDMI, DSI, DPI, SPI 또는 기타 지원 경로가 이미지 정보를 디스플레이 시스템으로 전달합니다.

터치 경로

터치 컨트롤러는 좌표를 Raspberry Pi에 보고합니다. 어셈블리에 따라 이 통신은 USB, I²C 또는 다른 인터페이스를 사용할 수 있습니다. 비디오 연결이 작동한다고 해서 터치 컨트롤러에 지원되는 드라이버가 있다는 것이 입증되지는 않습니다.

전원 경로

LCD 로직, 컨트롤러 보드, 백라이트 및 터치 패널은 모두 전원이 필요합니다. 일부 디스플레이 어셈블리는 호스트에서 전원을 끌어올 수 있지만, 다른 어셈블리는 별도의 조정된 입력이 필요합니다.

전체 설계는 다음을 고려해야 합니다:

• Raspberry Pi 전력 수요
• 디스플레이 로직 및 컨트롤러 보드 수요
• LED 백라이트 수요
• 터치 컨트롤러 수요
• USB 주변기기 및 기타 연결 장치
• 시작 전류 및 케이블 전압 강하

전원 공급 장치, 케이블 및 커넥터가 부하 상태에서 전체 시스템을 지원할 수 없다면, 편리한 커넥터에서 화면에 전원을 공급하는 것만으로는 충분하지 않습니다.

터치는 작동하지만 포인터가 잘못된 이유

디스플레이가 올바른 이미지를 표시하더라도 터치 좌표가 회전되거나 미러링되거나 잘못 스케일링될 수 있습니다. 이는 디스플레이 방향과 터치 방향이 소프트웨어 스택의 서로 다른 부분을 통해 처리되기 때문에 발생합니다.

일반적인 증상은 다음과 같습니다:

• 왼쪽을 터치하면 포인터가 오른쪽으로 이동함
• 세로형 디스플레이 콘텐츠는 작동하지만 터치는 가로 방향으로 유지됨
• 터치 좌표가 화면의 일부만 커버함
• 가장자리 근처의 버튼을 활성화하기 어려움
• 커버 글라스 테두리가 활성 터치 영역의 일부를 가림

시스템에 터치 변환, 캘리브레이션, 드라이버 구성 또는 펌웨어 조정이 필요할 수 있습니다. 최종 테스트는 실제 인클로저 내부에서 의도한 운영 체제와 애플리케이션을 사용해야 합니다.

밝기는 독립적인 사양이 아니다

실내 테스트 벤치에서 사용되는 화면은 창 근처나 반사성 커버 글라스 뒤에 설치된 후 읽기 어려워질 수 있습니다.

디스플레이 가시성은 다음에 따라 달라집니다:

• LCD 밝기
• 주변 조도
• 대비 및 시야각
• 커버 글라스 반사
• 터치 레이어 구조
• 에어 갭 또는 광학 접합
• 눈부심 방지 또는 반사 방지 처리
• UI 색상 및 글꼴 크기

사용 가능한 가장 높은 값이 항상 바람직하다고 가정하지 말고 설치 환경에 따라 밝기를 선택해야 합니다. 더 높은 백라이트 전력은 열, 전원 공급 설계 및 인클로저 환기에 영향을 미칠 수 있습니다.

기구 통합은 디스플레이 선택을 바꾼다

개발용 모니터는 자체 스탠드와 하우징을 갖춘 완제품입니다. 임베디드 디스플레이는 다른 제품의 일부가 되어야 합니다.

기계적 검토는 다음을 포함해야 합니다:

• LCD 모듈 외형 및 두께
• 활성 영역 및 인클로저 개구부
• 장착 지점 및 지지 구조
• 컨트롤러 보드 치수
• HDMI, USB 또는 FFC 벤드 반경
• 커넥터 삽입 및 서비스 접근
• 커버 글라스 치수 및 인쇄
• 터치 본딩 방식
• 환기 및 부품 간격
• 케이블 고정 및 스트레인 릴리프

느슨한 케이블에서 작동하는 디스플레이는 동일한 케이블이 소형 하우징 내부에서 급격히 접힐 때 기계적으로 고장날 수 있습니다. 인클로저 설계가 확정되기 전에 커넥터 위치를 평가해야 합니다.

HMI에서 시작 동작이 중요하다

프로토타입 개발자는 부팅 메시지, 해상도 변경 또는 지연된 데스크톱을 용인할 수 있습니다. 완성된 HMI의 사용자는 제어된 시작 프로세스를 기대합니다.

다음 시점에 사용자가 보는 것을 테스트하십시오:

• 초기 전원 인가
• 운영체제 시작
• 애플리케이션 로딩
• 디스플레이 재연결
• 예기치 않은 재시작
• 정상 종료

패널, 컨트롤러 보드 및 백라이트는 서로 다른 시점에 활성화될 수 있습니다. 애플리케이션이 시작되기 전에 밝은 빈 화면이나 잘못된 중간 프레임이 나타날 수 있습니다. 선택한 하드웨어 경로에 따라 프로젝트에 백라이트 시퀀싱, 애플리케이션 실행 제어, 스플래시 화면 또는 펌웨어 조정이 필요할 수 있습니다.

프로토타입 보드인가, 컴퓨트 모듈인가?

표준 Raspberry Pi 보드는 효과적인 개발 플랫폼이 될 수 있으며 일부 완성된 소량 제품에도 적합할 수 있습니다. 보다 통합된 상용 설계에서는 인클로저, I/O 배치 및 커넥터 제어가 우선순위가 될 때 Compute Module과 캐리어 보드를 고려할 수 있습니다.

이는 디스플레이 요구사항이 아니라 시스템 아키텍처 결정입니다. Compute Module로 전환한다고 해서 LCD가 자동으로 호환되는 것은 아닙니다. 캐리어 설계는 여전히 올바른 디스플레이 인터페이스, 전원, 터치 경로, 백라이트 제어 및 소프트웨어 지원을 제공해야 합니다.

따라서 디스플레이는 의도된 생산 아키텍처를 염두에 두고 선택해야 합니다. 그렇지 않으면 외부 HDMI 어댑터로 검증된 화면이 제품이 커스텀 캐리어 보드로 전환될 때 상당한 재작업이 필요할 수 있습니다.

개발용 디스플레이 대 제품용 디스플레이

프로토타입에서 제품으로의 검증 프로세스

1. 컴퓨팅 플랫폼 확인

Raspberry Pi 또는 Compute Module 모델, 운영체제, 필요한 주변기기 및 사용 가능한 디스플레이 연결을 기록하십시오.

2. 디스플레이 요구사항 확정

크기, 해상도, 형상, 밝기, 시청 위치, 터치 동작, 커버 글라스 및 환경을 정의하십시오.

3. 인터페이스 아키텍처 선택

커넥터 편의성이 아닌 기술적 요구사항에 따라 HDMI, DSI, DPI, SPI 또는 기타 지원 경로를 선택하십시오.

4. 비디오, 터치 및 전원을 개별적으로 테스트

네이티브 해상도와 타이밍을 검증한 다음 터치 통신과 전원 안정성을 검증하십시오. 모든 케이블, 어댑터, 드라이버 및 구성 의존성을 문서화하십시오.

5. 인클로저 프로토타입 제작

시청 각도, 반사, 터치 정렬, FFC 라우팅, 커넥터 접근, 환기 및 장착 압력을 확인하십시오.

6. 실제 애플리케이션 테스트

의도된 인터페이스를 지속적으로 실행하십시오. 부팅, 화면 블랭킹, 재시작, 터치, 방향 및 일반 사용자 워크플로를 테스트하십시오.

7. 생산 구성 제어

승인된 LCD, 터치 컨트롤러, 컨트롤러 보드, 펌웨어, 운영체제 이미지, 케이블 및 기계 부품을 기록하십시오. 한 요소의 변경만으로도 호환성 재시험이 필요할 수 있습니다.

Raspberry Pi 디스플레이 검토에 필요한 정보

프로젝트별 평가를 위해 다음을 준비하십시오:

• Raspberry Pi 또는 Compute Module 모델
• 운영 체제 및 애플리케이션 프레임워크
• 대상 제품 및 사용 환경
• 필요한 디스플레이 크기, 형상 및 해상도
• 선호하는 HDMI, DSI, DPI, SPI 또는 기타 연결 방식
• 터치 기술 및 통신 인터페이스
• 밝기 및 시야각 요구사항
• 커버 글라스 및 본딩 요구 사항
• 인클로저 도면 및 사용 가능한 내부 공간
• 전원 아키텍처 및 연결된 주변기기
• 시작 및 종료 기대 사항
• 프로토타입 수량 및 예상 연간 수요

단순한 화면이 아닌 디스플레이 아키텍처를 선택하라

적합한 Raspberry Pi 디스플레이는 데스크톱을 표시할 수 있는 LCD 그 이상입니다. 디스플레이, 인터페이스 전자부품, 터치 컨트롤러, 전원 시스템, 소프트웨어 및 인클로저가 하나의 제품으로 작동해야 합니다.

HDMI는 프로토타이핑을 가속화할 수 있으며, DSI 또는 DPI는 필요한 패널과 소프트웨어 지원이 제공될 경우 보다 통합된 아키텍처를 지원할 수 있습니다. SPI는 더 작고 단순한 인터페이스에 실용적일 수 있습니다. 이러한 경로 중 보편적으로 가장 우수한 것은 없습니다.

기존 모듈의 설치 단계가 필요한 경우, 다음을 참조하십시오 TFT LCD Raspberry Pi 디스플레이 설정 방법. 현재 RJY 제품 예시를 확인하려면, 다음을 검토하십시오 7인치 Raspberry Pi 터치 LCD 디스플레이 스크린.

OEM 또는 임베디드 HMI 프로젝트의 경우, 다음을 살펴보십시오 RJY 맞춤형 디스플레이 솔루션 또는 RJY에 문의 호환성 검토를 위해 컴퓨팅 플랫폼, 디스플레이, 터치 및 인클로저 요구사항을 함께 제시하십시오.

자주 묻는 질문

Raspberry Pi와 함께 작동하는 디스플레이 스크린은 무엇입니까?

호환 가능한 디스플레이는 HDMI, DSI, DPI, SPI 또는 기타 지원되는 경로를 사용할 수 있습니다. 호환성은 Raspberry Pi 모델, 패널 해상도, 인터페이스, 타이밍, 드라이버 지원, 터치 인터페이스, 전원 및 운영체제 구성에 따라 달라집니다.

Raspberry Pi 디스플레이에는 HDMI와 DSI 중 어느 것이 더 좋습니까?

HDMI는 신속한 프로토타이핑 및 표준 비디오 출력에 종종 편리합니다. DSI는 보다 컴팩트한 통합 연결을 지원할 수 있지만, 패널별 하드웨어, 케이블 및 소프트웨어 호환성이 필요합니다. 더 나은 선택은 최종 제품 아키텍처에 따라 달라집니다.

모든 MIPI DSI LCD를 Raspberry Pi에 직접 연결할 수 있습니까?

아닙니다. 패널은 사용 가능한 DSI 하드웨어와 일치해야 하며, 적절한 레인 구성, 타이밍, 초기화, 드라이버 지원, 전원 및 백라이트 제어가 필요합니다. 커넥터가 일치한다고 해서 호환성이 확립되는 것은 아닙니다.

Raspberry Pi 디스플레이는 작동하는데 터치스크린이 작동하지 않는 이유는 무엇입니까?

비디오와 터치는 일반적으로 별도의 통신 경로를 사용합니다. LCD는 이미지를 표시할 수 있지만, 터치 컨트롤러에는 여전히 올바른 USB 또는 I²C 연결, 드라이버, 방향 또는 좌표 구성이 없을 수 있습니다.

제품에 Raspberry Pi 디스플레이를 사용하기 전에 무엇을 테스트해야 합니까?

네이티브 해상도, 타이밍, 시작, 반복 전원 사이클, 터치 정렬, 전원 안정성, 밝기, 시야각, 인클로저 온도, 케이블 라우팅, 기계적 장착 및 전체 애플리케이션 워크플로를 테스트하십시오.

참고문헌

1. Raspberry Pi 문서: 디스플레이 설정 구성
2. Raspberry Pi 문서: 터치 디스플레이
3. Raspberry Pi 문서: 디스플레이 병렬 인터페이스