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ANDROIDからPICマイコンの
FORTHで動かすロボット制御
    Presented by プロペラブ
     in OSC愛媛 2012/03/24
本日の内容
 プロペラブメンバー作成によるロボットタ
ンク「たーとるくん1号」について,紹介し
ます。
プロペラブとは
PARALLAX社製マルチコアCPU
『Propeller』を愛でる会。
それが、プロペラブ。


⇛展示を行っておりますので、プロペラブ
ブースにてお気軽にお声がけください。
クイックスタートボード
本日の講師自己紹介
ちいといつ
すーあん
石井康寛 ⇛メキシコ出張
自己紹介
名前:ちいといつ
twitter : titoi2
所属:プロペラブ
自己紹介:
プログラマー、最近はAndroid屋さん。
Androidアプリの代表作は『A・文庫』
A・文庫とは
著作権切れの文学作品を中心に、
1万点以上の作品を公開するイ
ターネット図書館「青空文庫」の
作品をAndroidで読むための
ビューアアプリです。
『坊っちゃん』
も読めます
ぞなもし
自己紹介3
名前:すーあん
twitter : @ksksue
所属:プロペラブ
自己紹介:
Android、マイコン、FPGAなどをたしなんでお
ります。組込み屋です。
Android USB Serial Monitor Liteをgithubと
マーケットで公開しています
ANDROID USB SERIAL
            MONITOR LITE
•   Github / Google Playにて公開(無料)

•   カンタンなUSBシリアルモニタ

•   Android 3.2以上対応

•   FTDIチップに対応

•   ボーレートの設定

•   文字、10進数、16進数表示に対応

•   結果をメールで送信
FTDRIVER

• GITHUBにて公開


• FTDIチップドライバ


• ライブラリプロジェクト(単体では動作しません)


• ARDUINOライクなインタフェース
たーとるくん1号
ベース:タミヤ模型のシャベルドーザー
制御基板:PIC ADK MiniBoad『IC-02』
たーとるくん1号




           PIC ADK Miniboad
               『IC-02』
基本ハード構成
たーとるくん1号              USB
 PIC ADK Miniboad           USB Host
  PIC24F       FTDI

      cv
    モータードライバ
                            Android 端末



 左モーター      右モーター
PIC ADK Miniboardについて
  日本Androidの会・神戸支部でADKや
  Microbridgeを楽しむために2011年7
  月に配布したオリジナル基板




  Eagleで設計し、Fusion PCBで基板制
  作実施しました。
PIC ADK Miniboardの特徴
・PIC24FJ64GB002搭載・USB Host機器が容易に作
成できる(ADKやMicrobridge等でAndroid連携機器容
易に制作に使用できます)
・2ch DCモータドライバTB6552搭載、ラジコンカー
等の制作に最適
・3ch RCサーボモータコネクタ搭載
・FTDI FT232RL搭載。FTDriverと連係可
・PICKit直結可能なコネクタ搭載
・安価(実費2000円で頒布中)
ソフト構成
PIC ADK Miniboad側
・PIC24Fで動作するForth『A Forth』


Android側
・USB Host APIを用いたシリアルドライバ
『FTDriver』
FTDriver
        Androidとマイコンをつなげよう

✦   FTDriver
    ✦   USB-シリアル変換チップの
        Android用ドライバ
    ✦   言語:Java
    ✦   Githubで公開中
https://github.com/ksksue
                            秋月 FTDI USBシリアル変換モジュール
使ってもらった例




ガイガーカウンタとAndroidタブレット 海外:ヘリコプター用コントローラを
  XBee経由でつなげてみたよ!        Galaxy Nexusと繋げたよ!
     (@yakagawa さん)     これからヘリゲームつくるよ!
FTDriver設計にいたるまで
✦   Android 3.1からUSBプログラミングができる
    ようになったよ!
✦   みんなが持ってるマイコンとAndroidが繋がると
    面白いんじゃない?
✦   マイコンと言えばUSBシリアル!でもUSBシリ
    アルドライバがないじゃないか・・・
✦   よしつくろう
他の接続方法との違いは?
✦   でもちょっとまてよ。。。
    USBシリアルじゃなくてもAndroidとマイコンと繋げる方
    法はあるよね?
    ✦   ADK
    ✦   Microbridge
    ✦   Wi-Fi
    ✦   Bluetooth
✦   これらとどうちがうの?
Androidと外部デバイスとの接続方法一覧
            USBシリアル
                              ADK        MicroBridge    Wi-Fi     Bluetooth
             (FTDriver)

                                        すべてのバージョ
            どんなマイコンと
  ポイント                      Google公式!   ンのAndroidと繋    高速無線!     お手軽P2P無線!
             も繋がる!
                                           がる!
 有線/無線          有線             有線           有線           無線         無線
   給電
                 ⃝             ☓             ⃝           ☓           ☓
スマホ→デバイス
              115200bps
 転送レート      (bitbang mode      ?             ?         54Mbps     19200bps
              200Mbps)

 消費電力            小             中             中           大           大

                                                                  マイコン+
              マイコン+   Arduino+USBホ Arduino+USBホ   マイコン+
  デバイス                                                            Bluetooth
            FTDIモジュール   ストシールド       ストシールド     Wi-Fiモジュール
                                                                  モジュール

デバイス一式価格     ¥3,500∼         ¥5,000∼      ¥5,000∼      ¥7,000∼    ¥6,000∼

 設計難易度           低             低             高           高           中
  Android
               3.1以上         2.3.4以上       すべて          すべて        すべて
対応バージョン

    USBシリアルがAndroid-マイコン接続の選択肢として十分アリ
FTDriverを使った
Android
               Android-マイコン構成例
                                    while(true) {

      ユーザプログラム
                                    ...
                                        len = mSerial.read(rbuf,0);
                                    ...
                                    }

              FTDriver                   シリアル通信をポーリング

             USB Host API        begin(int baudrate);
                                 read(byte[] buf, int channel);
          (Android Frameworks)   write(byte[] buf, int length, int channel);
                                 end();

                                 Arduino ライクなシンプルなインタフェース
マイコンボード              USB通信


            FTDI チップ
                     シリアル通信

              マイコン
                                 マイコンボードとAndroidをUSBで接続
FTDriverを使った
        シリアル通信プログラミング
          (readするだけのカンタンな例)
1.インスタンス生成
  mSerial = new
  FTDriver((UsbManager)getSystemService(Context.USB_SE
  RVICE));
2.デバイスオープンとボーレート設定
  mSerial.begin(9600)

3.リードポーリング(スレッド)
  byte[] rbuf = new byte[4096];
  ...
  while(true) {
  ...
      len = mSerial.read(rbuf);
  ...
  }
4.デバイスクローズ
  mSerial.end();
FTDriver内の処理概要
     (アプリ開発者は手をつけなくておk)

1.初期化:USBホストのエンドポイントを
  オープンする
 mEndpointIN = intf.getEndpoint(0);
 mEndpointOUT = intf.getEndpoint(1);
               intf : USB Interface インスタンス
2.オープンしたエンドポイントを叩く
 int length = mDeviceConnection.bulkTransfer(mEndpointIN,
 mReadbuf, mReadbuf.length,0); // RX

 int length = mDeviceConnection.bulkTransfer(mEndpointOUT,
 write_buf, write_size, 0); // TX

 USBバルク転送でエンドポイントINとエンドポイントOUTを叩く
最後に
githubからPull Request大歓迎
                                ✦   これまでの開発協力者
https://github.com/ksksue
                                    ✦   @titoi2
                                    ✦   @yishii
                                    ✦   @yakagawa
                                    ✦   @darkukll
                                    ✦   @zaki50
                                    ✦   他
       FTDriverをBitbangモードへ対応
         ソースコード提供(@yishii)
 使ってみたよ or 開発してみたよ                                  Twitter ID
                                                      @ksksue
などあれば気軽にメンションください
FORTH言語の紹介
たーとるくん1号の制御言語であ
るForth言語について紹介しま
す。
FORTHとは?
・1971年ごろ、アメリカのチャールズ・
ムーア氏が天体望遠鏡の制御用言語として完
成させた。
・1980年代くらいまでは、マイコンを中
心に結構使われていた。今でも制御系の世界
では現役で使われている。
FORTHの特徴
・対話的実行
コンソールから命令を打ち込むことにより即
時実行可能。
Forthでは命令やコマンドのことを『ワー
ド』と呼ぶ。
・スタック指向
演算はすべてスタックで行う。
スタック指向の利点
・括弧を使わず複雑な演算が可能
技術者にはHP社の逆ポーランド電卓を愛用
していた人も多い。
・関数のパラメータや戻り値をフレキシブル
かつシームレスな受け渡しが可能
FORTHによる演算
1+4 を計算するには
> 1 4 + . 改行
と打ち込みます。
スタック志向言語では必然的に、
逆ポーランド記法になります。
結果は
>14+.
5 OK
と表示されます。
解説
数値:スタックに積む +:二つの数値を加算し
           てスタックに積む
>14+.      .:数値を表示
5 OK
              スタック
 1   4    5
               Empty
     1
JAVAとの関係
Javaの実行環境JVMはForthを参考に作ら
れたと言われています。


AndroidのDalvikVMはレジスタ型
JavaのJVMはスタック型

                だって、Forthだもん
FORTHの特徴・2
・自己増殖型
ワード定義を積み重ねることにより、プログ
ラミングを行う。
・すべてがワード
数値や文字列などのデータ以外は全てがワー
ド。
ワード定義
ForthにおけるワードとはCの関数やJavaの
メソッドのようなものです。
ワードを定義するには、 : を用いる為、
ワード定義の事を、コロン定義とも言いま
す。
ワード定義
コロン定義の書式
 : ワード名 処理 ;
Forth 内の辞書にワード名のエントリが作
られ、処理部分がコンパイルされた実行コー
ドへのリンクが作成されます。
インタプリタでありながらコンパイラを内蔵
ワード定義
例えば、スタック上の数値に1を足すワード
inc を定義してみます。
: inc 1 + ;
実行すると、以下のような結果になります。
10 inc .
11 OK
全てがワード
Forthでは、数値などのデータ以外は全て
ワードです。
つまり、:などのコンパイラや、IF、LOOP
といった制御構造、演算子、変数宣言、定数
宣言など全てがワードです。
それらは新たなワードとしてユーザが定義す
ることが可能です。
なぜFORTHなのか
たーとるくん1号にForth言語を
搭載した理由。


その方が格好良いから
マイコンとFORTH
・処理系が小さいため、マイコンに最適
ミニマム構成では2Kバイト程度のメモリー
で実行可能。
PIC ADK Miniboardに使われている
PIC24Fは32KバイトのROMと8Kバイト
のRAMを搭載。
マイコンとFORTH
・外部からプログラミング
フレキシブルな運用が可能。
・コンパクトで強力な言語
小さなマイコンで自律行動への可
能性。

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