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1 IoT 用学習や開発ができる TOPPERS 教育教材 TOPPERS BASE PLATFORMV1.1 TOPPERS プロジェクト教育 WG 主査 竹内良輔 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 1

2 教育 WG の活動について 手法TOPPERS プロジェクト教育教材 MAP 開発プロセス方法論 テスト手法 SESSAME 教材 初級中級開2017 年新基礎 3 新基礎 2 基礎 3 基礎 1 基礎 年 小規模 アーキテクチャ設計実装設計 開発環境 TOPPERS 教材 基礎ハード設計 2015 年 2009 年 2018 年 ET ロボコン 組込み規模 中規模 リファレンスシステム 開発予定なし 大規模 発 基礎シリーズのコンテンツが 2012 年の完了 ハードウェアより組込みコンテンツ基礎ハードウェア設計の開発 基礎 2,3を新基礎 2,3とリファレンス システムに改訂 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 2

3 基礎 3 コンテンツの失敗と再構築 組込みプラットフォーム教育のために 3 年をかけて 基礎 3 講座を開発した 講座の内容が複雑で抽象的 アプリに魅力がなく 使ってみようという気持ちがわかない 魅力のないアプリ用のドライバの内容把握で意欲がわかない 基礎 3 講座を再構築しなおす 新基礎 3とリファレンスシステムに分解する 教育用ソフトウェアプラットフォームの開発 それを用いた教材開発 新基礎 3 ArduinoシールドをArduino 以外のメインボード (STM32F) で動かす Arduinoコネクタはデジタルピン :I2C/SPI/UART/TIM/GPIOとアナログピンで構成される Arduinoシールドを動作させるデバイスドライバとテストプログラムを対で動作 教育を行い アプリとデバドラの両方を開発できる技術者の育成を行う リファレンスシステム 多機能ボードに魅力的なアプリをのせ ソフトウェア リファレンスマニュアル アプリケーションマニュアルを公開して 自己学習する 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 3

4 開発方針 セミナー形体では 短期間であれ 長期間であれ講座の形態では規模の大きな組込みプラットフォーム教育は無理 組込みの製品形態で 必要となるノウハウが違う 商品開発を通して 培われる技術や経験に依存する部分が多い 実際にエバレーションボードに使ってみたいアプリをのせ 自分で改良を行わせることにより 技術者育成を行う 現在 価格 機能 性能を考慮して一番魅力的なボードに魅力的なアプリ ( SD-card Player) を乗せ SD-card Playerは ブースでデモ中 プラットフォーム解説書 (Reference Manual) アプリの開発解説(Application Manual) TOPPERSライセンスのソフトウェアをつけて公開 興味のある技術者に自己学習して頂く STM-SoCの二系統のボードを対象として 教材用組込みプラットフォーム TOPPERS BASE PLATFORMを作成 種々のデバイスを扱える開発環境を用いたアプリ開発から必要なドライバ教育を行う 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 4

5 TOPPERS BASE PLATFORM V1.1 ASP 上に 5 つのレイアでプラットフォームを構築 ( 開発済 ) BASE PLATFROM V1.1 STM32F4xx STM32F7xx detail contents Device driver api middleware Base driver gpio gpio 新基礎 2 Standard driver M7F depend driver dma (timer) uart dma (timer) uart i2c i2c CLCD/senser 新基礎 3 spi spi GLCD/SDcard Reference Manual adc adc Joy stick usb OTG usb OTG MSC/HID ltdc GLCD Application tp Manual Reference Manual rtc Clock sdmmc audio SDcard File System fatfs fatfs FAT 新基礎 3 (Open source) library file library file library C language file stdio stdio STDIO STM-BSP libjpeg libmad GUI JPEG MP3 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 5

6 TOPPERS BASE PLATFORMを開発環境として使用 教材用プラットフォームから開発環境へ Ardunioのように必要なデバイスドライバソースとして作成したことにより ターゲットデバイスの接続実験 ソフト開発が可能に 種々のArdunioシールド上のデバイスに対応 プロトシールドで新規のデバイスに接続 ソースはTOPPERSライセンス 高速コンピュータ設計の例として インターフェイス 12 月号 で紹介 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 6

7 対応ボード一覧 TOPPERS BASE PLATFORMV1.1は6つのSTMボードに対応する Arduinoコネクタに対応して4つのシールドに対応して 評価 実験を行うことができる ( 商品として発売されるボードは2つ ) USBコネクタが付いたボードはUSB-OTGに対応して MSCやHIDの評価 実験が可能 STM32F746 Discoveryボードでは LCD オーディオ SDMMC USB-OTGに対応している 基礎 2 LCD シールド新基礎 3 I2C シールド は D15,14 ピンに接続した場合 BLE シールド EPC シールド開発中 STM32F401RE nucleo STM32F4 Discovery STM32F746 Discovery - - STM32F446RE nucleo-64 STM32F446ZE nucleo-144 STM32F746ZG nucleo-144 USB- OTG 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 7

8 Adafruit 1.8 TFT Shield Adafruit 1.8 TFT Shieldを対応 サンプルプログラムでは LCDの表示 Joy StickからのADCによるロケーション入力 SPIによるSDカード対応 (401,446-64のみ) PLATFORMのファイルシステムを使ってディレクトリ表示等 446 nucleo-144,746 nucleo-144ではspi-sdカードの代わりにusb- OTG-MSCによりUSBメモリを使ったファイルシステムに対応する 対応ボード STM32F401 nucleo STM32F446 nucleo-64 STM32F446 nucleo-144 STM32F746 nucleo-144 ペリフェラルの対応全搭載ペリフェラルに対応全搭載ペリフェラルに対応 LCD Joy StickとUSBメモリに対応 LCD Joy StickとUSBメモリに対応 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 8

9 Adafruit 1.8 TFT Shield 推測回路図 シールドについて 回路図が公開されていないため 推測して作成してみた 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 9

10 Prototyping Shield 64ピンのNucleoボードのユーザー LEDが一つしかなく 基礎 2のタスク割り当てで2 個以上のLEDを使用するために用意したボード ブレッドボード用のジャンパーピンと組み合わせて 種々のテスト用ボードを作成できるため 重宝している A,Bの2タイプのボードを考えたが 市販のPrototyping Shieldで代用可能ため 市販ボード追加工版も検討している 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 10

11 I2C (Prototyping) Shield Prototyping Shieldを用いて I2Cに対応したキャラクタLCD 温度センサー EEPROMを配置してI2Cの評価を行う サンプルプログラムでは 温度センサーから読み取った温度を1 秒単位にLCDに表示を行う EEPROMはreadプログラムを用意 Prototyping ShieldがD14,D15ピンに対応していないため 拡張用に I2Cのインターフェイスをもつ 401nucleo,446 nucleo-64が実行対象であるが D14,15ピンに対応しているシールドを使用すればArduino コネクタをもつすべてのボードで対応可能 18 日のハードウェアトラックで I2C ドライバ作成 セッションで使用 対応ボード STM32F401 nucleo STM32F446 nucleo /11/17 ET2016 スペシャルセッション 11

12 BLE Shield 2.1 Read Bear 社のBLE 用のシールド ペリフェラル仕様のみだが セントラル側をスマートフォンとしてBLE Scanner 等のアプリと通信可能 BLEチップとはSPIで接続する インターフェイスプログラムの著作権の問題で 公開は行っていない 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 12

13 ESP WROOM 02 (Prototyping) Shield Prototyping Shield 上にESP WROOM 02を乗せ ATコマンドにて無線通信を行う 現在ネットアプリを開発中 同等のチップで より高速 高品質なGainSpan 社のGS1011MでもAT コマンドを使用しているケースが多く ATコマンドを使ったネットアプリ開発も重要な技術となる 対応ボード STM32F401 nucleo STM32F7 Discovery STM32F446 nucleo-64 STM32F446 nucleo-144 STM32F746 nucleo /11/17 ET2016 スペシャルセッション 13

14 USB-OTG USB-OTGは USB-micro Bコネクタをもつボードで対応が可能 USBの場合 通信クロックが高速であるため DIPでは実装が難しい また 現在ではUSBデバイスチップもCPU 内臓型が多く SoCと比べると割高となる 多くのSoCがUSB-OTGを採用している 組込み用のUSB-OTGは Synopsys 社のIPコアを採用している STMのUSB-OTGもSynopsys 準拠である STM 社 USB HOST/DEVICEライブラリを使用して作成 STM32F746 nucleo+msc 対応ボード STM32F4 Discovery STM32F7 Discovery STM32F446 nucleo-144 STM32F746 nucleo-144 対応仕様 USB FS host USB HS host/device USB FS host/device USB FS host/device 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 14

15 リファレンスマニュアル (release2.00) release1.00 STM32F4xx の記載 ( 済 ) BASE PLATFORMV1.1 の目次 このマニュアルとプラットフォーム ソフトは今年の基礎 1,2 セミナーコンテンツに添付されます 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 15

16 リファレンスシステム :SD card Player 魅力的なアプリケーションを STM32F7 Discovery 上に作成 SD cardのファイルを表示 演奏 STM32F746ベースSD-card Player SD-card ディレクトリ表示 mp3 演奏 JPEG 表示 RTC を使った時刻表示 TOPPERS ブースにて展示中 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 16

17 次は FPGA? SoCFPGA FPGAコンパイルサーバを設置しなくても Free License 版のコンパイラがパソコンでも使用できるようになった ALTREA EK-10M50F484ボード上で動作する教育 WG のROMモニタとASPカーネル 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 17

18 基礎 1 2 実装東京セミナー ( 第三回 ) 2016 年 9 月 3 10 日に 10 月 8 12 日に JASA 会議室にて 初の TOPPERS BASE PLATFORM 対応基礎 1 2 セミナーを開催 基礎 1,2 機材 (STM32F4 Discovery) 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 18

19 TOPPERS Web からダウンロード可能 TOPPERS BASE PLATFORMV1.1は TOPPERS BASE PLATFORM 対応基礎 1,2 教材コンテンツ に同梱しています 開発環境構築方法 ソフトウェアのセットアップ資料 リファレンス マニュアルも同梱 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 19

20 基礎ハードウェア設計コンテンツ 8 月 6 日 13:00より実験セミナーを開催 好評だったが 受講者ひとりに講師ひとりの細かい対応が必要で セミナー形体の実施は難しい 大きな成果としてWGメンバーの回路設計能力向上 コンテンツWeb 中 TOPPERSブースでデモ中 ハードウェア設計の機材 実験セミナーの様子 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 20

21 新基礎 1, 新基礎 2 シリーズの開発 2017 年の基礎 1 新基礎 2はBASE PLATFORMV1.2をベースに 11 月から開発を開始 新ボードSTM32F401RE nucleoとstm32446re nucleo-64ボードを対象に開発する BASE PLATFORM を使用するためどちらのボードでも良い オープンソース GCC での開発実習に特化 開発環境は簡単な手順で TrueSTUDO に変換可能 DFROBOT 社 Prototyping Shield を使用 セミナーに必要なデバイスは設計 実装 BASE PLATFORM の開発環境をセミナーで学べる 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 21

22 新基礎 2 の 2 つのボード対応 BASE PLATFORM V1.0 for STM32F4xxは STM32F4-DiscoveryとSTM32F401/446 Nucleo STM32F746 Discoveryボードにも対応 Nucleoの144ピンボードにも対応予定 ( 新 ) 基礎 2では タスクにLEDを対応させるため 複数のLEDが必要 新基礎 3で使用する教育 WGで開発したArduinoプロトシールドを開発 このボードにLEDをつけて 基礎 2 講座を行う 今年 9 月 10 月で使用する初めて CorTex-F4 に対応するコンテンツ ボード STM32F4-Discovery ボード 新基礎 2 コンテンツで使用する STM32F401/446 と教育 WG で開発したプロトシールド LED 2 と PUSH-SW と DIPSW 2 が付く 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 22

23 新基礎 3 講座 2017 年から新基礎 3 講座コンテンツの開発 Adafruit 1.8 TFT Shieldを使用したコンテンツ デバイスはSPI(LCDとSDカード )/ADCとファイルシステム Shield 上でアプリを作成しながら デバイスドライバのハードウェアとソフトウェア ファイルシステムの仕組みを解説 spi ドライバを使い Arduino カラー LCD シールド表示 SPI-SD カードファイルシステム対応 ADC ドライバで Joy stick 操作 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 23

24 TOPPERS 教育セミナーのまとめ セミナーコンテンツの内容 HowTo 系の教育内容 開発ボード上でリアルタイム OS の使用方法 デバイスドライバの開発 デバッグ手段の教育 ミドルウェアのポーティング方法の境域 NEXCESS の教育コンテンツをベースに開発 組込みのアーキテクチャ設計 実装教育 開発環境の説明と体験に主眼をおいたセミナー内容 開発スケジュール 基礎ハードウェア設計コンテンツの開発 新基礎 2,3 シリーズ :Arduino シールド対応 リファレンスシステム :Reference Manual( 済 ) Application Manual( 未着手 ) TOPPERS BASE PLATFORM V1.1( 済 ) 2016/11/17 ET2016 スペシャルセッション 24

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