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すずりにかどり
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1 TOPPERS 活用アイデアアプリケーション開発コンテスト 2015 年 7 月 2 日 TOPPERS/R2CA 本田晋也名古屋大学大学院情報科学研究科 honda@ertl.jp 最終更新 2016 年 6 月 15 日 1

2 概要 Arduino ボードで Arduino ライブラリと TOPPERS/ASP カーネルを用いたプログラミングが可能な TOPPERS/R2CA について紹介アジェンダ Arduino TOPPERS と Maker Movement TOPPERS/R2CA R2CAの使用方法サンプルの実行マルチタスクサンプルプロジェクト詳細まとめ 2

3 Maker Movement 技術発展によりものづくりが容易になり, スタートアップ企業や個人がアイデアを具体化する流れが活発化しているこれらの人々がコミュニティを形成して交流要因インターネットの発達オープンソースハードウエア, ソフトウェア特定の趣味を持つ人が繋がり安くなった安価なハードウェア数千円のマイコンボード容易に使用可能な開発環境インストーラによるインストール,Webコンパイラ工作機器の発達と利用可能箇所の増大 3Dプリンタ, レーザーカッター利用可能なスペース ( メイカースペース ), ネット経由で利用 3

4 Arduino Maker の作品で広く使われているマイコンボードと IDE をセットにした環境安価で容易に使える書籍等の情報が豊富 Arduinoボード各種マイコンを用いたボード ( 数十種類存在 ) Arduino Uno : 最も一般的なArduinoボード Atmel ATmega328P, Flash 32KB, RAM 2KB オープンハードウェアなためクローンのボードも存在 ArduinoIDE マルチプラットホームの開発環境インストーラによりコンパイラ (GCC) や Arduino ライブラリがインストールされるボタンを押すだけでコンパイルとボードへの書き込みが可能デバッグ機能はない (printf デバッグ ) Arduino ライブラリを含む ( ライセンスは GPL) 4

Arduino Arduino プログラミングモデル setup()/loop() による容易なモデル C++ ベースの独自言語プロトタイプ等は必要なし Arduino IDE が C++ に変換してコンパイル Arduino ライブラリコアライブラリ IO 操作 (GPIO, AD, SPI, I2C), 時間, 文字列操作 Arduino 準拠ライブラリ

5 Arduino Arduino プログラミングモデル setup()/loop() による容易なモデル C++ ベースの独自言語プロトタイプ等は必要なし Arduino IDE が C++ に変換してコンパイル Arduino ライブラリコアライブラリ IO 操作 (GPIO, AD, SPI, I2C), 時間, 文字列操作 Arduino 準拠ライブラリコアライブラリの上で実現されたライブラリ Arduino IDE に含まれるライブラリ SD,LCD,USB,Audio 等のライブラリその他, センサーやシールドに含まれるライブラリセンサー値の変換,Wifi モジュール制御,IoT サービスへの接続 void setup() { pinmode(13, OUTPUT); void loop() { digitalwrite(13, HIGH); delay(1000); digitalwrite(13, LOW); delay(1000); 5

6 Arduino シールド拡張ピンに接続することによりハードウェア機能を拡張するボード物理的には拡張ボードにおけるディファクトとなっている電気的互換性がない場合があるので注意 (5V or 3.3V) Wifi, LCD, SD, ロボット, センサー 6

7 Arduino に対する拡張マルチタスク (RTOS) を使用したい複数の処置を平行に実行したい処理毎にコードを分けたい例 ) アクチュエータを制御しながらIoTサーバーと通信したいデバッガを使用したい変数の状態を確認したいデバイスドライバの開発のためにデバイスレジスタの値を見たい Arduino ライブラリコンソールタスク LED タスク TFT/SD タスクセンサータスク Web サーバタスク Processing タスク Arduino ライブラリ TOPPERS/ASP 7

IDEをインストールするだけでビルド可能バッチファイルによるビルドが可能安価で入手性の良いArduinoボードで実行可能マクロの定義によるタスクの生成ライブラリ

8 TOPPERS/R2CA (RTE/RTOS compatible with Arduino libraries) ASP カーネルと Arduino ライブラリを組み合わせた環境マルチタスク環境で Arduino ライブラリを使用可能 GUI ベースのデバッガを使用可能 TOPPERSの問題点の解決開発環境の導入や使用の敷居が高い Arduino IDEをインストールするだけでビルド可能バッチファイルによるビルドが可能安価で入手性の良いArduinoボードで実行可能マクロの定義によるタスクの生成ライブラリミドルウェアが少ない多くのArduinoライブラリが使用可能 Task1 Task2 Task3 Arduino 準拠ライブラリ Arduinoコアライブラリ ASP カーネル Arduino ボード 8

9 R2CA の使用方法 9

10 R2CA の使用方法インストールビルド実行デバッグプログラミングモデルについて説明 Qiita にもチュートリアル記事がある (R2CA で検索すると出てくる ) 基本的な使い方インストールとサンプルの実行, マルチタスク, 優先度スケジューリング, デバッグ通信 Wifi 通信,Wifi 通信 ( マルチタスク ),CAN 通信 IoT Milkcocoaへの接続,ThingSpeakへの接続 Shield Zumo,NCES IoT Base Shield MacOSXでの使用方法 TOPPERS/R2CA を MacOSXで動かす 10

11 必要な機材ホストPC Windows or Mac OS 本チュートリアルではWindowsで説明 Linuxでも動作するはず Arduino M0 Pro 6000 円程度秋月,Amazon, Switch Science, マルツパーツ等で購入可能 Cortex-M0+ 48MHz/ROM 256KB/RAM 32KB デバッガ機能あり (EDBG(Atmel s Embedded Debugger)) デバッガ機能なしの Arduino M0 もあるが推奨しない Arduino UNO との互換性が低いためプログラムの書き換えが必要一般的な Arduino ボード (Arduino UNO) との違い ARM(Cortex-M0) を搭載 (UNO 等は AVR) IO が 3.3V (UNO 等は 5V) 11

ツールのインストール Arduino IDE Arduino.org(http://www.arduino.org/downloads) からダウンロード動作確認済みバージョン : 1.7.10!!Arduino.ccではないため注意!

12 ツールのインストール Arduino IDE Arduino.org( からダウンロード動作確認済みバージョン : !!Arduino.ccではないため注意!! インストーラによりインストール GCC/Make/GDB/OpenOCDがインストールされるターミナルエミュレータ Teraterm 等をインストール以下のツールはオプション Cygwin コマンドラインからのビルド Atmal Studio GUI によるデバッグ 7.0 で確認済み 12

13 R2CA パッケージのダウンロード TOPPERSのContributed Softwareから公開 trac tracのzipダウンロード機能は使用出来ないため注意 svn ダウンロード方法 SVN クライアントをインストールしてチェックアウト TortoiseSVN, Cygwin の SVN クライアントパッケージの更新頻度が高いのでこの方法を推奨 ZIP ファイルをダウンロード 2ca_ zip 13

14 フォルダ構成パッケージのフォルダ一覧./arduino_lib : Arduinoライブラリ hardware : コアライブラリ libraries : Arduino 準拠ライブラリ./asp_1.9.2 : Arduino M0 依存部を含む ASP 1.9.2ソースコード./examples : サンプルプロジェクト./lib : R2CAライブラリ Arduino ライブラリについて Arduino IDE に付属のライブラリがベースバグフィックスやマルチタスク対応のための排他制御を入れているライセンスは GPL や MIT libraries には Arduino IDE 付属以外のライブラリも含まれている ESP8266_Arudino_AT, Milkcocoa_Arduino_SDK, ZumoShield, NcesCan 14

セットアップ Arduino IDE のインストールパスの設定以下のファイルの C: Program Files (x86) Arduino の箇所を書き換える example/do_path.bat SET ARDUINO_DIR=C: Program Files (x86) Arduino asp_1.9.

15 セットアップ Arduino IDE のインストールパスの設定以下のファイルの C: Program Files (x86) Arduino の箇所を書き換える example/do_path.bat SET ARDUINO_DIR=C: Program Files (x86) Arduino asp_1.9.1/target/arduino_m0_gcc/makefile.target ARDUINO_BASE_DIR_WIN = C: Program Files (x86) Arduino ボードの接続 M0のPROGRAMMINGポートとPCをUSBケーブルで接続ドライバがインストールされ,COMポートとEDBGが認識される COMポートの番号を確認して,Teraterm 等で115200bpsで接続 15

16 サンプルの実行ボード上の LED を点滅させるサンプルをビルド & 実行するフォルダ : examples Basic ユーザープログラム等 Makefile : ライブラリやファイルの指定 rca_app.h : ユーザープログラムヘッダーファイル rca_app.cpp : ユーザープログラムプログラムファイル rca_app.cfg : コンフィギュレーションファイル ( 静的 APIを記述 ) pitches.h : プログラムで使用するヘッダファイルバッチファイル do_make.bat : ビルド do_run.bat : ビルド & 書き込み & 実行 do_clean.bat : ファイルのクリーン do_debug.bat : ビルド & 書き込み & デバッグ AtmelStudio 用ファイル rca.atsln,rca.componentinfo.xml,rca.cproj 16

17 サンプルの実行 : プログラムの選択 examples Basic rca_app.cpp には,Arduino IDE に含まれているサンプルを複数含む. マクロで実行するプログラムを選択可能 #define BLINK : LED 点滅サンプル #define tonemelody : ブザーサンプル #define USBUART : USB-UARTサンプル #define SERIALUSB : UARTサンプル (EDBGポート経由) #define SERIAL5 : UARTサンプル (TX/RXポート経由) #define ATTACHINTERRUPT : 割込みサンプル #define ANALOGWRITE : PWMサンプル #define ANALOGREAD : ADサンプル #define RTC_ALARM : RTCアラームサンプル #define SD_CARD : SDカードサンプル 17

18 サンプルの実行 : プログラムの内容 setup() : 起動時に一度だけ実行される関数 loop() : 繰り返し実行される関数 Atrduino のサンプルからの変更点は R2CA 用ヘッダの include のみ #include "rca.h // the setup function runs once when you press reset or power the board void setup() { // initialize digital pin 13 as an output. pinmode(13, OUTPUT); Serial.begin(115200); // the loop function runs over and over again forever void loop() { digitalwrite(13, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) Serial.println("HIGH"); delay(1000); // wait for a second digitalwrite(13, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW Serial.println("LOW"); delay(1000); // wait for a second 18

19 サンプルの実行 : ビルド do_make.bat をダブルクリックするとビルドが開始される ASP カーネル &Arduino ライブラリ & ユーザープログラムがビルドされてダウンロードファイルが生成される check complete が出ればビルドは成功 rca.elf が出来ている 19

20 サンプルの実行 : 実行 do_run.bat をダブルクリックすると書き込みが行われる OpenOCD による書き込み書き込み後に実行される書き込みコンソール 20

21 サンプルの実行 : デバッグ Atmel Studio をインストール Atmel Studio によるデバッグ方法を説明. examples Basic rca.atsln を Atmel Studio で開く 21

22 サンプルの実行 : デバッグメニューの Build から Build Solution を選択するとビルドが開始されるメニューの "Debug" から "Start Debugging and Break" を選択するとデバッグが開始スタートボタンを押すと実行が開始されてブレークポイントを置いた箇所で止まる各レジスタの値もウィンドウから簡単に参照することが可能 22

23 マルチタスク 23

24 マルチタスク : サンプルの実行マルチタスクの使用方法をマルチタスクのサンプルを例に説明マルチタスクのサンプル : examples/multitask ビルドして実行複数のプログラムが実行されていることが確認できる 24

$setup() { Serial.begin(115200); Serial.println("setup() : running"); delay(1); int loop_cnt = 0; void loop() { Serial.$ $"); delay(1000); /* * For TASK1 */ void task1_setup() { pinmode(13, OUTPUT); Serial.$

25 マルチタスク : サンプルの解説タスク毎に taskx_setup()/taskx_loop() を記述 setup()/loop() を実行するタスクをメインタスクと呼ぶ ASP カーネルの API を発行可能 /* * For MAINTASK */ void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println("setup() : running"); delay(1); int loop_cnt = 0; void loop() { Serial.print("loop() : running"); Serial.print(loop_cnt++); Serial.println("."); delay(1000); /* * For TASK1 */ void task1_setup() { pinmode(13, OUTPUT); Serial.println("task1_setup() : running"); void task1_loop() { digitalwrite(13, HIGH); delay(1000); digitalwrite(13, LOW); delay(1000); 25

26 マルチタスク : プログラミングモデルタスク数の設定 (rca_app.h で定義 ) #define RCA_NUM_TASK 4 タスク毎の設定 ( マクロはrca_app.hで定義 ) マクロで定義しない場合は初期値 (5) となるタスク名関数タスク ID setup() 優先度 loop() 優先度メインタスク setup/loop RCA_MAINTA SK RCA_MAINTASK_SETU P_PRI RCA_MAINTASK_LOOP _PRI タスク 1 task1_setup/ task2_loop RCA_TASK1 RCA_TASK1_SETUP_P RI RCA_TASK1_LOOP_PRI タスク 2 task2_setup/ task2_loop RCA_TASK2 RCA_TASK2_SETUP_P RI RCA_TASK2_LOOP_PRI タスク 3 task3_setup/ task3_loop RCA_TASK3 RCA_TASK3_SETUP_P RI RCA_TASK3_LOOP_PRI タスク 4 task4_setup/ task4_loop RCA_TASK4 RCA_TASK4_SETUP_P RI RCA_TASK4_LOOP_PRI タスク 5 task5_setup/ task5_loop RCA_TASK5 RCA_TASK5_SETUP_P RI RCA_TASK5_LOOP_PRI 26

27 マルチタスク : スケジューリング ASP カーネルによるスケジューリング優先度ベースのプリエンプティブスケジューリング同一優先度は FCFS でスケジューリング Arduino 向けのプログラムの移植時は,loop() 内で delay(xx) を入れて他のタスクに実行権を与えることラウンドロビンマクロを定義することにより同一優先度内で有効となる RCA_RR_SCHEDULE ビット 0(LSB) が優先度 1 に対応しており,1 とした優先度をラウンドロビンスケジューリングとする RCA_RR_SCHEDULE_CYCLE ms 周期で周期を設定, 設定しない場合は 1m 周期例 ) 全ての優先度で 10ms 周期でラウンドロビンスケジューリング #define RCA_RR_SCHEDULE 0xff #define RCA_RR_SCHEDULE_CYCLE 10 27

28 サンプルプロジェクト詳細 28

29 サンプルプロジェクト基本サンプルサンプルフォルダ名 Basic MultiTask Profiling RRScheduling CompositeExample 概要各種 Arduinoのサンプルマルチタスク機能のサンプルプロファイリング機能のサンプルラウンドロビンスケジューリングのサンプル複合機能のサンプル CompositeExample の構成 Arduino ライブラリコンソールタスク LED タスク TFT/SD タスクセンサータスク Web サーバタスク Processing タスク Arduino ライブラリ TOPPERS/ASP 29

30 サンプルプロジェクト通信機能サンプルサンプルフォルダ名 WifiEcho NCESCan NCESIoT 概要 WifiモジュールによるWifi 通信のサンプル NCESCANシールドによるCAN 通信のサンプル NCESIoTシールドによるサンプル IoT サンプルサンプルフォルダ名 BlueMix_basic Milkcocoa_basic Milkcocoa_NCESIoT ThingSpeak_basic 概要 BlueMixへの接続サンプル Milkcocoaへの接続サンプル NCESIoTシールドによるMilkcocoaへの接続サンプル ThingSpeakへの接続サンプル 30

31 サンプルプロジェクト各種シールド向けのサンプルサンプルフォルダ名 NAxesMotion Zumo PIXY PIXY_Wifi PIXY_Zumo PIXY_Zumo_Wifi 概要 9 軸センサーシールドのサンプル Zumoロボット ( タンク型ロボット ) のサンプル PIXY( 色認識カメラ ) のサンプル PIXY + Wifiを組み合わせたサンプル PIXY + Zumo を組み合わせたサンプル PIXY + Zumo + Wifo を組み合わせたサンプル 31

WifiEcho 出来ること Wifi モジュールにより Wifi 通信を行うサンプル

ESP8266 を使用したモジュール Arduino の 0,1 番ピン経由で UART で接続

h に SSID と PASSWORD を設定他のサンプルとの共有設定シングルタスク版とする define

32 WifiEcho 出来ること Wifi モジュールにより Wifi 通信を行うサンプルシングルタスクによるエコーサーバーマルチタスクによるエコーサーバー必要なハードウェアとセットアップ設定 ESP8266 を使用したモジュール Arduino の 0,1 番ピン経由で UART で接続 examples examples_gdef.h に SSID と PASSWORD を設定他のサンプルとの共有設定シングルタスク版とする define STA_SSID "" #define STA_PASSWORD "" examples WifiEcho rca_app.h のマクロをコメントアウト //#define MULTI_ECHO_SERVER 32

33 WifiEcho : ビルド & 実行アクセスポイントに接続して,IP アドレスを DHCP から取得取得したアドレスはコンソールに出力される PC から上記の IP のポート 80 に接続して適当な文字を入力してエンターを押すと入力した文字がそのまま送られて来る Ctrl-Q 入力してエンターで終了 33

$getmuxcstatus(&mux_id_ptn)) { Serial.println("getMuxCStatus(&mux_id_ptn) : Error!");... if((len = WiFi.recv(mux_id, buffer, sizeof(buffer))) == 0) { return;... if(!wifi.$

34 WifiEcho : プログラム Wifi ライブラリ ESP8266 用のライブラリを R2CA 用にカスタマイズ setup() アクセスポイントに接続 ( ステーションモードにも変更可能 ) loop() 接続を待ち, 接続されたらデータを受信して受信したデータを送信する void loop() { delay(1); if(!wifi.getmuxcstatus(&mux_id_ptn)) { Serial.println("getMuxCStatus(&mux_id_ptn) : Error!");... if((len = WiFi.recv(mux_id, buffer, sizeof(buffer))) == 0) { return;... if(!wifi.send(mux_id, buffer, len)) { Serial.println("Echo Server : send(mux_id, cmd) : Error!"); 34

$false; void setup() {...<skip>... setup_done = true;...<skip>... void task1_setup() { while(!$

35 WifiEcho : プログラム ( マルチタスク ) 2タスクでエコーサーバーを実行 Wifiモジュールの仕様上 5 個までコネクションを作成可能 examples WifiEcho rca_app.h のマクロを有効に #define MULTI_ECHO_SERVER Task1でも同様にエコーサーバーを実行フラグを使いtask1_setup() でsetup() の終了を待つ bool setup_done = false; void setup() {...<skip>... setup_done = true;...<skip>... void task1_setup() { while(!setup_done) { delay(1); Serial.println("Echo Server Task1 : start"); void loop() { delay(1); エコーサーバー処理 void task1_loop() { delay(1); エコーサーバー処理 35

36 NCESIoT NCESIoTシールドによりGROVEモジュールを使用するサンプル NCESIoTシールド R2CA 用に開発したシールド ESP8266によるWifi 機能 (UART 接続 ) MicroSDスロット (SPI 接続 ) Grove Systemと互換のコネクタ (3.3V 5V 変換 ) Groveのコネクタを実装しない場合はブレッドボードを置ける 36

37 NCESIoT : SD/Wifi/Grove System SD Chip Selectをピン10とすることで使用することができる Wifi ESP8266を使用しているのでWifiを使用するサンプルを動作させることが可能 Grove System 各種センサやアクチュエータを簡単に着脱可能なモジュール 100 種類以上のモジュールがリリースされている各 GroveモジュールにはWikiページとArduinoライブラリが用意されている 37

38 NCESIoT : Grove System の使用例 Ultrasonic Ranger を例に使用方法の流れを説明ハードウェアセットアップ M0にNCES IoT Base Shield を取り付け Ultrasonic Rangerを接続 D2からD8のいずれかでよい, 今回はD3に接続 38

39 NCESIoT : Grove System の使用例ソフトウェアセットアップ Ultrasonic Ranger の Wiki をチェックライブラリが GitHub からダウンロード可能 GitHub にアクセスしてライブラリをダウンロード GitHub のページの右側にある Download ZIP のリンクをクリックして zip ファイルをダウンロード 39

NCESIoT : Grove System の使用例展開するとフォルダ名に -master が入っているため取って, フォルダ Grove_Ultrasonic_Ranger を rca_app.cpp 等があるフォルダにコピーサンプルの内容をエディタ等で開いて rca_app.cpp にコピーフォルダ examples 以下にある rca_app.

40 NCESIoT : Grove System の使用例展開するとフォルダ名に -master が入っているため取って, フォルダ Grove_Ultrasonic_Ranger を rca_app.cpp 等があるフォルダにコピーサンプルの内容をエディタ等で開いて rca_app.cpp にコピーフォルダ examples 以下にある rca_app.h のインクルードを追加 D3 に接続したので,Ultrasonic の定義時に 3 を指定 #include "rca.h" Ultrasonic ultrasonic(3); void setup() { Serial.begin(115200); void loop() { long RangeInCentimeters; RangeInCentimeters = ultrasonic.measureincentimeters(); Serial.print(RangeInCentimeters);//0~400cm Serial.println(" cm"); delay(250); 40

41 NCESIoT : Grove System の使用例 Makefileの編集 APPL_DIR : ビルド対象のファイルがあるフォルダを追加 APPL_CXXOBJS : ビルド対象のCPPファイルを追加 APPL_COBJS : ビルド対象のCファイルを追加 APPL_DIR +=./Grove_Ultrasonic_Ranger APPL_CXXOBJS += Ultrasonic.o APPL_COBJS += ビルド & 実行 do_make.bat/do_run.bat でビルドと実行が行える 41

42 IoT サーバーとの通信 Wifi モジュールを用いた IoT サーバーとの通信のライブラリとサンプルを用意 Bluemix IBM のサービス, 様々な機能があるが使いこなすのは困難 Milkcocoa MQTT による PUB/SUB 通信が可能 ThingSpeak HTTP によるデータの UP と可視化と解析が可能 Milkcocoa を例に説明 IoT 向けのリアルタイムなデータのやりとりやデータのストア及び可視化をサポートするクラウドサービス Publish すると Subscribe している機器にデータがブロードキャストされる Pub/Sub の対象は,app_id と datasore で指定データは key と value で構成されている 42

43 Milkcocoa_basic サーバー側の設定アカウントの作成, 作成後 app_id が表示されるプログラム側の設定./example/examples_gdef.h に app_id とデータストアを設定 #define MILKCOCOA_APP_ID "" #define MILKCOCOA_DATASTORE "" ビルドして実行データ受信のみが有効になる Milkcocoa Tester を使い, プッシュしたデータを受信することを確認 43

Milkcocoa_basic setup() Wifi を有効にしてアクセスポイントに接続データ受信時に実行するフック関数を指定 loop() サーバーからのデータをチェックしデータが来ていればフック関数を呼び出す onpush() milkcocoa.on(milkcocoa_datastore, "push", onpush) milkcocoa.

44 Milkcocoa_basic setup() Wifi を有効にしてアクセスポイントに接続データ受信時に実行するフック関数を指定 loop() サーバーからのデータをチェックしデータが来ていればフック関数を呼び出す onpush() milkcocoa.on(milkcocoa_datastore, "push", onpush) milkcocoa.loop(1) void onpush(dataelement *pelem) { char *data; if(!pelem->getstring("led", &data)) { Serial.print("onpush : key LED is not found."); return; ; Serial.print("onpush : {LED, "); Serial.write(data); Serial.println("."); 44

$MILKCOCOA_ON DateElemnt に KEY と VALUE をセットして push() する void loop(){ DataElement elem =$ $DataElement(); if(req_led_on) { elem.setvalue("led", "ON"); else { elem.$

45 Milkcocoa_basic push のサンプルを実行するマクロの定義を変更する loop() #define MILKCOCOA_PUSH //#define MILKCOCOA_ON DateElemnt に KEY と VALUE をセットして push() する void loop(){ DataElement elem = DataElement(); if(req_led_on) { elem.setvalue("led", "ON"); else { elem.setvalue("led", "OFF"); do { push_ret = milkcocoa.push(milkcocoa_datastore, &elem); while(push_ret!= 0); 45

46 Zumo タンク型のロボットライントレース, 相撲, 迷路探索等が可能 Arduino UNO のシールドとして開発されておりライブラリが用意されている LED, ブザー, 左右モータ, フォトリフレクタアレイ三軸加速度センサ, 三軸磁場センサ Arduino M0 用にライブラリを整備し直した一部ライブラリは UNO(AVR) を前提としていたため簡単にロボット制御を体験できるプログラム未経験の学部一年生でも理解して作成できている 46

47 Zumo サンプルの一覧 Basic と同様にマクロでどれかを有効にするサンプル名説明 BUTTON_BASIC MOTOR_BASIC BUZZER_BASIC GYRO_BASIC REFLECTANCE_BASIC COMPASS_BASIC ボタンのサンプルモーターのサンプルブザーのサンプルジャイロによって起動時の方向からの差分を出力するサンプルフォトリフレクタアレイの値を出力するサンプル電子コンパスによって向いている方角の角度を表示. キャリブレーション値は固定値 RELECTORNCE_STOP ROTATIONRESIST FORCEUPHILL LINEFOLLOWER BORDERDETECT 黒い線を見つけると止まるサンプルジャイロを使って常に同じ方向を向くサンプル加速度センサを使って坂の上を見るサンプルライントレースのサンプル相撲リングから出ないように走るサンプル SUMOCOLLISIONDETECT 相撲ロボットのサンプル MAZESOLVER 迷路を解くサンプル. コースがないため動作確認はしていない 47

48 PIXY + Zumo PIXY 色認識が可能なカメラモジュール Arduino に対して認識した物体の番号 ( 事前に登録する ) とサイズと場所を SPI 経由で送信する SPI 経由で 2 軸のサーボを制御可能 PIXY + Zumo 色付きのボールを認識して追いかけるロボット PIXYの認識結果からPIXYのサーボとZumoのモータを制御 Wifiモジュールを組み合わせることにより,IoTサービスとの連携も可能 48

NCESCan NECSCAN シールドにより CAN 通信を行うサンプル出来ること CAN によるデータの送受信必要なハードウェアとセットアップ Microchip 社 MCP2515 を使用した Arduino 用シールド NCESCAN シールド,SparkFun CAN-BUS シールド NCESCAN

49 NCESCan NECSCAN シールドにより CAN 通信を行うサンプル出来ること CAN によるデータの送受信必要なハードウェアとセットアップ Microchip 社 MCP2515 を使用した Arduino 用シールド NCESCAN シールド,SparkFun CAN-BUS シールド NCESCAN シールド MCP2515 と xbee 互換コネクタを持つボード xbee 互換の ESP8266 モジュールも開発松浦商事から購入可能 ChipSelect はピン 9, 割込みはピン 3 を使用 49

$h" const int SPI_CS_PIN = 9; #define CAN_INT_PIN 3 MCP_CAN CAN(SPI_CS_PIN); // Set CS pin void loop() { // 受信チェック if(can.$ $checkreceive(0)!= CAN_NOMSG) { CAN.readMsg(0, &id, &len, buf); void setup() { CAN.begin(CAN_500KBPS) // 受信用メールボックス設定 CAN.$

50 NCESCan 受信用メールボックス : 2 個それぞれ2 個と4 個フィルターを設定可能受信割込みを設定可能送信用メールボックス : 3 個 #include <SPI.h> #include "mcp_can.h" const int SPI_CS_PIN = 9; #define CAN_INT_PIN 3 MCP_CAN CAN(SPI_CS_PIN); // Set CS pin void loop() { // 受信チェック if(can.checkreceive(0)!= CAN_NOMSG) { CAN.readMsg(0, &id, &len, buf); void setup() { CAN.begin(CAN_500KBPS) // 受信用メールボックス設定 CAN.init_Mask(MCP_RXM0, 0x0f); CAN.init_Filter(MCP_RXF0, 0x01); CAN.init_Filter(MCP_RXF1, 0x02); CAN.startReceive(MCP_RXB0); // 送信 CAN.sendMsg(0, ID, LEN, DATA); 50

51 Arduino ライブラリの移植紹介したサンプルで使用しているライブラリは既存の Arduino ライブラリをベースに R2CA 用または M0 用に変更している変更点の例 UNO(AVR) 用の記述の変更 AVRのタイマ等を直接使用している場合がある Arduinoの機種毎のifdefへの追加 M0は新しいArduinoなため対応していない場合がある共有リソースの使用をセマフォ等で排他制御を追加 SPI I2Cはすでにサポートしている割込み禁止許可をASPのAPIに変更コアライブラリは置き換えている 51

52 TOPPERS 活用アイデアアプリケーション開発コンテスト貸し出し機材 : NCES IoT Package 機材 Arduino M0 NCS IoT ボード Grove Digital Light Sensor Grove OLED Display 0.96 Grove - Touch Sensor Grove - Chainable RGB LED Grove LED USBケーブル 52

53 NCES IoT Package : サンプルの実行 R2CA に NCES IoT Package 用のサンプルを用意 example NCESIoT_RTOS Qiita に記事を up 済み機能 Arduino M0 Pro でマルチタスクプログラミング : NCES IoT Base Shield : GROVE RTOS 機能機能 1 LED を 1 秒周期で点滅する機能 2 周期的に Digital Light センサーの値を読み込んで, 値を OLED Display に表示する. 機能 3 Touch Sensor を押している間は,Light センサーの値の表示の更新を停止して, OLED Display の表示を反転させる. 機能 4 Chainable LED を周期的に色を変更する. 53

54 NCES IoT Package : ハードウェアセットアップ Grove Digital Light I2Cポートに接続 Grove OLED Display I2Cポートに接続 Touch Sensor D3に接続 LED D4に接続 Chainable RGB LED D8に接続 54

h #define RCA_NUM_TASK 3 使用するセンサーのライブラリをコピーして, ヘッダファイルをインクルードする./example/NCESIoT_RTOS/rca_app.

55 NCES IoT Package : プログラム割込みを使用するかマクロで変更可能 //#define USE_INTERRUPT 本資料は割込みを使わない例で説明タスクの生成各機能を 1 個のタスクで実現するため合計 4 個のタスクを使用するヘッダのインクルード./example/NCESIoT_RTOS/rca_app.h #define RCA_NUM_TASK 3 使用するセンサーのライブラリをコピーして, ヘッダファイルをインクルードする./example/NCESIoT_RTOS/rca_app.cpp #include "rca.h" #include <Wire.h> #include <Digital_Light_TSL2561.h> #include <SeeedOLED.h> #include <ChainableLED.h> 55

$NCES IoT Package : 機能 1 の実現 LED を 1 秒周期で点滅する LED を接続しているポートを指定して出力値を変更 #define LED_PIN 4 void setup() { Serial.$

56 NCES IoT Package : 機能 1 の実現 LED を 1 秒周期で点滅する LED を接続しているポートを指定して出力値を変更 #define LED_PIN 4 void setup() { Serial.begin(115200); pinmode(led_pin, OUTPUT); void loop() { digitalwrite(led_pin, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(1000); // wait for a second digitalwrite(led_pin, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW delay(1000); // wait for a second 56

$機能 3の実現のため is_update_oledが1の時のみ表示を更新 : 共有メモリによる通信 OLEDの更新は排他制御を行う : セマフォによる排他制御 int is_update_oled; void task1_setup() { Wire.$ $begin(); TSL2561.init(); SeeedOled.init(); SeeedOled.deactivateScroll(); is_update_oled = 1; void task1_loop() { Serial.$

57 NCES IoT Package : 機能 2 の実現周期的にDigital Light センサーの値を読み込んで値をOLED Display に表示する. 機能 3の実現のため is_update_oledが1の時のみ表示を更新 : 共有メモリによる通信 OLEDの更新は排他制御を行う : セマフォによる排他制御 int is_update_oled; void task1_setup() { Wire.begin(); TSL2561.init(); SeeedOled.init(); SeeedOled.deactivateScroll(); is_update_oled = 1; void task1_loop() { Serial.print("The Light value is: "); Serial.println(TSL2561.readVisibleLux()); if (is_update_oled == 1) { wai_sem(oled_sem); SeeedOled.clearDisplay(); SeeedOled.putNumber(TSL2561.readVisibleLux()); sig_sem(oled_sem); delay(1000); 57

$OLED を操作する際にはセマフォを取得 delay() を入れる void task2_setup() { pinmode(touch_pin,$ $digitalread(touch_pin); if(touchsensorvalue==1) { is_update_oled = 0;$

58 NCES IoT Package : 機能 3 の実現 Touch Sensor を押している間は Light センサーの値の表示の更新を停止して,OLED Display の表示を反転させる. OLED を操作する際にはセマフォを取得 delay() を入れる void task2_setup() { pinmode(touch_pin, INPUT_PULLUP); void task2_loop() { delay(1); int TouchSensorValue = digitalread(touch_pin); if(touchsensorvalue==1) { is_update_oled = 0; wai_sem(oled_sem); SeeedOled.setInverseDisplay(); sig_sem(oled_sem); else{ is_update_oled = 1; wai_sem(oled_sem); SeeedOled.setNormalDisplay(); sig_sem(oled_sem); 58

$leds(8, 9, NUM_LEDS); void task3_setup() { leds.init(); float hue = 0.$ $0; boolean up = true; int count = 0; void task3_loop() { for (byte i=0; i<num_leds; i++) leds.$

59 NCES IoT Package : 機能 4 の実現 Chainable LED を周期的に色を変更するサンプル通りの動作 #define NUM_LEDS 1 ChainableLED leds(8, 9, NUM_LEDS); void task3_setup() { leds.init(); float hue = 0.0; boolean up = true; int count = 0; void task3_loop() { for (byte i=0; i<num_leds; i++) leds.setcolorhsb(i, hue, 1.0, 0.5); delay(50); if (up) hue+= 0.025; else hue-= 0.025; if (hue>=1.0 && up) up = false; else if (hue<=0.0 &&!up) up = true; 59

60 まとめ 60

61 まとめ TOPPERS/R2CAについて紹介 Arduino IDEをインストールするだけでビルド可能バッチファイルによるビルドが可能安価で入手性の良いArduinoボードで実行可マクロの定義によるタスクの生成多くのArduinoライブラリが使用可能今後の開発 C++ API 対応 CFG レスパッケージの統合コンテストへの参加をお待ちしています 61

マルチタスクプログラミング.pptx

マルチタスクプログラミング.pptx マルチタスクプログラミング本晋也名古屋学学院情報科学研究科 honda@ertl.jp 最終更新 2016 年 6 20 1 概要アジェンダシングルタスクプログラミングの問題を解決するマルチタスクプログラミングについて学ぶマルチタスクプログラミング環境 R2CA のインストールマルチタスクプログラミング 2 マルチタスクプログラミング環境 R2CA のインストール 3 TOPPERS/R2CA

SpeC記述のC記述への変換 （SpecCによるソフトウェア記述の実装記述への変換）

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