![Mii system Co.,Ltd.
書き込み(Nucleo-MBED)
通常はUSB接続した状態にて，デバッガ/ST-Linkから書き込みができます。
fromelf.exe を使うと，binファイルが作成でき，Nucleoのドライブ(Ex:”D:¥”)に
Copyする事で書き込みできます。動作が速いのでおすすめ
MK.BAT の例
書き込み方法の例
12
SET Project=RS485M-F303
C:¥Progra~1¥Keil_v5¥ARM¥ARMCC¥bin¥fromelf.exe --bin -
o ..¥ROM¥%Project%.bin ..¥MDK-ARM¥%Project%¥%Project%.axf
copy %Project%.bin D:
方法 コンパイル 書込 実⾏ トータル時間
MDK 数秒 デバッガ起動 実⾏ボタン 30〜60 [s]
bin 数秒 MK.BAT 自動 5 [s]
いらいら! いらいら!
ここが⼀瞬︕
書込方法の比較](https://image.slidesharecdn.com/20180910robocon-180913051816/85/Stm32-12-320.jpg)
![Mii system Co.,Ltd.
マスタースレーブ通信を最速でリンクさせてみる(1M/4M/8M [bps])
動作状況，性能確認
13
動作状況
・マスタ，スレーブとも受信後，即返答するソフト
・無事，1-8Mbpsまでリンク成功
・⾼速になるとオーバヘッドが重く，影響する
性能結果
・1Mbps 200us周期 = 5.0 [kHz]
・4Mbps 66us周期 = 15.1 [kHz]
・8Mbps 46us周期 = 21.7 [kHz]
簡単に十分な性能が出せました@F303K8/64M
1Mbps1Mbps 4Mbps4Mbps 8Mbps8Mbps](https://image.slidesharecdn.com/20180910robocon-180913051816/85/Stm32-13-320.jpg)
![Mii system Co.,Ltd.利⽤効率を⾼めるプログラムの例1
16
こんなプログラム書いてませんか…
Loop{
センサ１送信→受信→処理
センサ２送信→受信→処理
センサ３送信→受信→処理
ロボット軌道計算→司令決定
モータ１送信→受信→処理
モータ２送信→受信→処理
アーム信号読出→AD待ち→処理
アーム司令→動作完了待ち
PCコマンド受信→処理
PCコマンド送信→送信完了待ち
}
Loop に5 – 10 [ms] かかる︖
STMは 1 [ms] 周期で十分回せます
悪いプログラム，あるある（組込編）
・Delayで調整
・for文でwaitしてる
・if〜break;でループ抜けてる
・if文が５段６段に増殖
・返答待ち／処理待ちがあちこちに
・毎回，全部の処理を実⾏
・受信タイムアウトが無い
・⼩数の割り算してる
・変数が全部float
・変数名が適当，関数名がkansu1()
・コメントが無い／謎のコメントがある
・・・](https://image.slidesharecdn.com/20180910robocon-180913051816/85/Stm32-16-320.jpg)
![Mii system Co.,Ltd.DC Motor Shield
Summary
DCモータ駆動⽤ x 2
電流検出回路付き
Device
H-Bridge x 2
45V/2A Max
Encoder(A/B)
Current(Shunt)
RS485 x 1
Peripheral
GPIO
PWM
TMR(Counter)
AD
UART
22
62.2x19.0[mm]](https://image.slidesharecdn.com/20180910robocon-180913051816/85/Stm32-22-320.jpg)
![Mii system Co.,Ltd.RC Servo Shield
Summary
RCサーボ，ソレノイドを
PWM駆動できます
8ch同時駆動
Device
TD62783(Source)
50V/500mA Max
RS485 x 1
Peripheral
GPIO
PWM
UART
23
64.8x19.0[mm]](https://image.slidesharecdn.com/20180910robocon-180913051816/85/Stm32-23-320.jpg)
![Mii system Co.,Ltd.RS485 Shield
Summary
シリアル通信基板
RS485によるネットワーク
自作回路⽤エリア
Device
Half Duplex
RS485 x 1
Peripheral
UART
24
60.9x49.9[mm]](https://image.slidesharecdn.com/20180910robocon-180913051816/85/Stm32-24-320.jpg)
ロボコン勉強会向けStm32を用いてマスタースレーブシステム
- 2. Mii system Co.,Ltd. まえがき 本日はSTM32-Nucleoを使って，ロボコン向けに流⽤できる技術を紹介したいと思います。 かなり⾼度なことができる反⾯，ハマりやすく，コツと経験が求められるSTM開発ですが サンプル事例を通じて，テクニックやワンポイントを踏まえ紹介させていただきます。 本日の概要 2 〜 Contents 〜 はじめに STM32を勧める理由 マスタースレーブシステムの例 システム概要〜開発⼿順 ロボコンっぽい活⽤例 テクニック 組込やSTMのテクニック紹介 開発ボードの紹介
- 3. Mii system Co.,Ltd. マイコン教育 ミイシステム株式会社(Mii System Co.,Ltd.) Mie intellectual information System 代表取締役社⻑︓ 稲玉 繁樹 （イナタマ シゲキ） 主な事業 組込，モータ制御を中心としたコンサルティング 電子機器＋組込ソフトの開発 組込 / IoT 関連の支援，教育 ※ST Micro様とは，教育/セミナー関係で支援頂いております。 スピーカー紹介 3 IoT製品 データ収集システム ESP32/ IBM Cloud Linux STM32
- 4. Mii system Co.,Ltd. 近年，流⾏している多数の開発ボードの中から，STM32を勧める訳は… 具体的に比較してみましょう。 STM32を勧める理由 44 Function/Board Raspberry Pi3 Arduino STM32-Nucleo Clock 1.2GHz 16MHz 48MHz ROM/RAM 16G/1G 32k/2k 64k/8k Price 39$ 20$ 15$ GPIO/AD/PWM 25 / x / x 14 / 8 / 6 22 / 10 / 14 Tick OS依存 Interrupt Interrupt Compile/Debug Free Free Free USER Group Many Many Little Matome ◯⾼性能なLinux-PC ◯速いがOS依存周期 ◯多機能とネットに強い ✕GPIO3.3V ✕起動/終了遅い ◯簡単言語 ◯ユーザ＆情報多い ✕マルチタスク弱い ✕メモリ少ない ✕処理パワー弱い ◯USBデバッグ強い ◯安価，⾼性能 ◯CPU変更が容易 ✕情報が少ない ✕3.3Vと5Vが混在 ⾼性能だが タイミング制御 厳しい 単機能は十分 Debug⾯倒 ⼤〜⼩まで 同じ技術で カバーできる PRO向けに技術支援
- 5. Mii system Co.,Ltd. システム概要 マスターとスレーブをRS485にて接続し，分散型システムの基礎を作る マスターからの問いかけ(SD)に，スレーブが応答(RD)，CPU間をリンクさせ MasterのSWによりSlaveのLEDを点灯させてみる ボーレート，周期を調整し，どれくらいの性能が出せるか試してみる 考慮すべき仕様 マルチスレーブを考慮したプロトコルを設計する スピードアップには送受信の切り替えスピードが重要 マスタースレーブシステムの開発例 5 Master (F303) TX RS 485RX 5V GND Slave (F303) TX RS 485 RX 5V GND SW LED SD RD
- 6. Mii system Co.,Ltd. RS485とは(wiki，Netより) 2線式、半二重、マルチポイントシリアル接続を特徴とする。 差動信号によりノイズに強く，⾼速，⻑距離を得意とする 複数の端末とディジーチェーン接続にて拡張でき，電源も同時に配線しやすい RS485のメリット 6 UART 0 1 RS485 A B H L A B 余裕が無い 電位差変わらず A>B=1 A<B=0 0.2Vまで たくさん繋がる kmもいけるよ LSB MSB 信号の例 ノイズが乗ると
- 7. Mii system Co.,Ltd.STM開発⼿順とツールの紹介 7 STM32開発⼿順の例 システム設計 回路開発 CPU周辺設計 アナログ設計 基板設計 筐体設計 ソフト開発 プロジェクト生成 コンパイル デバッグ 書込 調整作業 WORD/Excel Nucleo LT Spice KiCAD 3Dプリンタ CubeMX MDK-ARM MDK-ARM ST-Link/V2-1 ・仕様書，図⾯にちゃんと残そう ・設計書で設計する MDK-ARM STM-Studio ・回路図は仕様書や計算書で 設計根拠を残そう ・Simulator活⽤しよう︕ ・CAD毎の操作方法は諦める Point ・PackのVersionにハメられる ・MDKは安定だけど制約あり ・時々かたまるST-Link/MBED ・Printf-Debugからレベルアップ Tool
- 8. Mii system Co.,Ltd.CubeMXの設定1 8 Pinout ・Peripheralsで機能を有効化 ・Hardware flow control(RS485) を有効 ・右クリックでLabel名をつけよう main.h に#defineされるので活⽤する Clock Configuration ・HCLK でメイン周期を決める ・UART1のクロックはSYSCLKから作ると64MHz ・CLKが早いと消費電⼒が上がるので，機器に よって最適にするのも⼤切（⼤⼈になったら）
- 9. Mii system Co.,Ltd.CubeMXの設定2 9 USART Configuration ・Over Sampling(16:8) 16の方が安定する 8 に変更すると 8Mbpsが選べるようになる ・Parity使うときは Word Lengthが9bitになる USART DMA ・DMAの設定はAddして選択するだけ #昔はUARTと割込とDMAの連動とか何日も‥ ・Channelはレジスタ呼ぶ時に使う場合がある
- 10. Mii system Co.,Ltd.CubeMXの設定3 10 コラム︓bpsの計算方法 今回のように限界までボーレートを上げ るためには，仕組みを理解しよう。 bps = CLK / O.S. / BRR O.S. :Over sampling BRR :Baudrate Reg. BRR = (CLK / O.S.) / bps – 1 = (64M / 8) / bps – 1 Project Setting ・Defaultではファイルサイズ⼤きくなるので， 図のセッティングがおすすめ ・必要なライブラリだけ組み込む ・デバイス毎に.c/.h を作る bps CLK O.S. BRR 1M 64M 16 4 – 1 = OK 4M 64M 16 1 – 1 = OK 8M 64M 8 1 – 1 = OK 10M 64M 8 0.8 – 1 = NG 8M 72M 8 1.125 – 1
- 11. Mii system Co.,Ltd.実際の開発内容(Debug) 11 MDKによるコンパイル〜Debug STM-Studioによるデバッグ Packの設定はハマりやすい USB Debugで楽々 Break / Run / Step Watch / Dump Peripherals / Clock count MDK-ARMをうまく使いこなそう 変数をリアルタイム表示するツール デバッグ情報から変数を選択 周期設定，ログなども簡単 メモリ書込とグラフ表示ができるので， フィードバック調整とか楽になる Printf-Debugからレベルアップ
- 12. Mii system Co.,Ltd. 書き込み(Nucleo-MBED) 通常はUSB接続した状態にて，デバッガ/ST-Linkから書き込みができます。 fromelf.exe を使うと，binファイルが作成でき，Nucleoのドライブ(Ex:”D:¥”)に Copyする事で書き込みできます。動作が速いのでおすすめ MK.BAT の例 書き込み方法の例 12 SET Project=RS485M-F303 C:¥Progra~1¥Keil_v5¥ARM¥ARMCC¥bin¥fromelf.exe --bin - o ..¥ROM¥%Project%.bin ..¥MDK-ARM¥%Project%¥%Project%.axf copy %Project%.bin D: 方法 コンパイル 書込 実⾏ トータル時間 MDK 数秒 デバッガ起動 実⾏ボタン 30〜60 [s] bin 数秒 MK.BAT 自動 5 [s] いらいら! いらいら! ここが⼀瞬︕ 書込方法の比較
- 13. Mii system Co.,Ltd. マスタースレーブ通信を最速でリンクさせてみる(1M/4M/8M [bps]) 動作状況，性能確認 13 動作状況 ・マスタ，スレーブとも受信後，即返答するソフト ・無事，1-8Mbpsまでリンク成功 ・⾼速になるとオーバヘッドが重く，影響する 性能結果 ・1Mbps 200us周期 = 5.0 [kHz] ・4Mbps 66us周期 = 15.1 [kHz] ・8Mbps 46us周期 = 21.7 [kHz] 簡単に十分な性能が出せました@F303K8/64M 1Mbps1Mbps 4Mbps4Mbps 8Mbps8Mbps
- 14. Mii system Co.,Ltd. とあるロボットのブロック図 左右モータドライバ 発射装置の制御ボード アーム先端制御とセンサ ロボコンっぽい活⽤例 14 Master (F4/F7) MTR DRV. センサ AD センサ AD センサ I2C IO Slave 485 MTR ENC MTR DRV. MTR ENC Air Valve Sensor Slave SW arm 設置場所が離れている場合や アナログ信号の減衰対策に効果的 センサ程度は電源も合わせて繋げる GND / 5V / A / B の４線式でOK
- 15. Mii system Co.,Ltd. マルチスレーブに拡張できるプロトコルを使おう RS485のプロトコル例 通信プロトコルの例 15 PAD PAD ST ID CMD DATA ED SUM PAD 55 55 AA 01 xx xxxxxxxx AA xx 55 Technic PAD ⾼速信号の⽴ち上がりが悪いので，HL振って回線を安定させる ST PADは捨てて，STにて電文始まりを検知 ID ボード毎の局番 (Ex.:01=MTR 02=Sensor 03=IO) CMD コマンドにより処理を分けるなどができる DATA コマンド毎に固定⻑で処理すると楽 ED 終了判定コード SUM 電文のエラーチェック，チェックサムやCRCなど PAD とりあえず，おやくそく
- 16. Mii system Co.,Ltd.利⽤効率を⾼めるプログラムの例1 16 こんなプログラム書いてませんか… Loop{ センサ１送信→受信→処理 センサ２送信→受信→処理 センサ３送信→受信→処理 ロボット軌道計算→司令決定 モータ１送信→受信→処理 モータ２送信→受信→処理 アーム信号読出→AD待ち→処理 アーム司令→動作完了待ち PCコマンド受信→処理 PCコマンド送信→送信完了待ち } Loop に5 – 10 [ms] かかる︖ STMは 1 [ms] 周期で十分回せます 悪いプログラム，あるある（組込編） ・Delayで調整 ・for文でwaitしてる ・if〜break;でループ抜けてる ・if文が５段６段に増殖 ・返答待ち／処理待ちがあちこちに ・毎回，全部の処理を実⾏ ・受信タイムアウトが無い ・⼩数の割り算してる ・変数が全部float ・変数名が適当，関数名がkansu1() ・コメントが無い／謎のコメントがある ・・・
- 18. Mii system Co.,Ltd. +5Vへ電源つないでも動きません SB16/SB18 によるポート制約 File System 故障による起動不良 ⼊⼿タイミングにより品薄に systick の初期化タイミング，ハマった ADの初期設定が最速，おすすめしない UARTの再初期化、パリティの説明 MDK無料化すると，F3/F4デバッグの際は注意 Version UPでProjectが混乱しやすい Packの更新は要注意 STM/Nucleo開発の注意点とコツ 18 → はまると情報量が少なく時間がかかる → 詳しい⼈，教えてくれる⼈がいると助かる．．．切に願う．．．
- 19. Mii system Co.,Ltd.HAL関数の例 19 よく使うHAL関数 Function Description HAL_Delay() ⼀定時間待つ HAL_GetTick() 時刻(TickCount)取得 HAL_GPIO_ReadPin() Port⼊⼒ HAL_GPIO_WritePin() Port出⼒ HAL_ADC_Start_DMA() AD変換(DMA)開始 HAL_UART_Abort() 通信停⽌（初期化） HAL_UART_Transmit_DMA() UART-DMA送信 HAL_UART_Receive_DMA() UART-DMA受信 HAL_UART_TxHalfCpltCallback() 送信完了割り込み HAL_TIM_PeriodElapsedCallback() タイマー割り込み HAL_I2C_Master_Transmit() I2C送信 → 上記のHAL関数にてSOFTはほぼ完成，HALの使⽤例が少なく苦労しました → 時々，レジスタ参照する必要があり，ハマりどころでした
- 20. Mii system Co.,Ltd. STM32日本語情報 「STM32日本語情報」で検索 → STM32/STM8 マイクロコントローラ リファレンス マニュアル(日本語) https://www.stmcu.jp/design/document/reference_manual_j/ STM32マイコン マンスリー・アップデート STM情報が送られてくるメールマガジン https://www.stmcu.jp/monthly-update/ この中に，STM32の日本語データシートのリンクがあります 登録は直接，またはリスト貰えれば当社から取次できます セミナー情報 当社にて「STM32フォローセミナー」 「IoT時代のものづくりセミナー」を提供中 学校向けの授業，特別実習など，ご相談ください STM情報 20
- 21. Mii system Co.,Ltd.開発ボードの紹介(IO-BASE) 21 Summary マイコンの基本学習⽤ 操作，表示機能 CPUのベースボード Device SW x 3 DIPP x 2 LED x 2 LCD(8x2) Shield x 3 Peripheral GPIO A/D I2C
- 22. Mii system Co.,Ltd.DC Motor Shield Summary DCモータ駆動⽤ x 2 電流検出回路付き Device H-Bridge x 2 45V/2A Max Encoder(A/B) Current(Shunt) RS485 x 1 Peripheral GPIO PWM TMR(Counter) AD UART 22 62.2x19.0[mm]
- 23. Mii system Co.,Ltd.RC Servo Shield Summary RCサーボ，ソレノイドを PWM駆動できます 8ch同時駆動 Device TD62783(Source) 50V/500mA Max RS485 x 1 Peripheral GPIO PWM UART 23 64.8x19.0[mm]
- 24. Mii system Co.,Ltd.RS485 Shield Summary シリアル通信基板 RS485によるネットワーク 自作回路⽤エリア Device Half Duplex RS485 x 1 Peripheral UART 24 60.9x49.9[mm]
- 25. Mii system Co.,Ltd. STM-Nucleoを使ってマスタースレーブシステムの例を紹介 簡単に⾼性能な通信ができることがわかりました。 ロボット向けに分散システムを作る例を紹介しました ⾼速リンクを習得すれば，機能毎に効率よく分散配置できます。 ST開発のテクニック，ポイントを紹介しました 効率良いプログラムを作れるようになりましょう。 質問，ご相談は懇親会にて︕（デモ機展示します） 資料／サンプルソースも公開します︕ ご清聴ありがとうございました︕ まとめ 25 ミイシステム株式会社） 稲玉 繁樹 2018/09/10 いなたま しげき