ガレスタさんのDIY日記

電子回路、Web、組み込み、自作エフェクターを語るblog

STM32でCMSIS DSPライブラリを使ってみる

今回は高速に三角関数とかを計算できるARM社提供ライブラリであるCMSIS DSPライブラリを使ってみる話です。

API各種はarm_math.hというファイルで用意されています。

今回の実習環境は以下の通りです

  • IDE:AtollicTrueStudio
  • Board:STM32F767 Nucleo144

導入

今回はCortexM7のNucleo144を使います(746か767

CubeMXで適当にプロジェクトを作ってビルドが通るとこまで作っておきます。

その次にmain.cプログラム上部のインクルードの上に

#define ARM_MATH_CM7

の定義を追加します。

これはCortexM7で使うよというのをコンパイラに教えてあげる定義です。

次にヘッダーをインクルードします。

#include "arm_math.h"
#include "arm_const_structs.h"

オブジェクトの追加

次にライブラリのオブジェクトを追加していきます。
オブジェクト自体はCubeF7のフォルダ内にあります。

場所を調べるには

CubeMX上記メニューからhelp->UpdaterSettingでパスをコピーします

f:id:gsmcustomeffects:20170405164420p:plain

ファイルエクスプローラーでそこに移動します。

するとこんな感じのファイル構成になっていると思います

f:id:gsmcustomeffects:20170405164606p:plain

オブジェクトは以下のPATHにあります。

STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_F7_V1.6.0\Drivers\CMSIS\Lib

f:id:gsmcustomeffects:20170405165503p:plain

三つありますがダブルポイント(倍精度)かシングル(単精度)かを選ぶ。
今回はF767なのでdpがついてるlibarm_cortexM7lfdp_math.aを選びます。

それをコピーしてプロジェクト直下にいれます。

f:id:gsmcustomeffects:20170405164940p:plain

Linkerなどの設定

プロジェクトのプロパティーで「C/C++Build」の設定内の
Linker、LibrariesでDSP処理のLinkerとかを設定していく

Librariesに下記を追加。

「:」を頭につける

:libarm_cortexM7lfdp_math.a

Library search pathに下記を追加

"${workspace_loc:/${ProjName}}"

f:id:gsmcustomeffects:20170405165752p:plain

んでいったんビルドする

f:id:gsmcustomeffects:20170405165819p:plain


FPUの設定

以下のように選択する

f:id:gsmcustomeffects:20170405172401p:plain

詳しい説明はここ読んでください
ARM Information Center

コードを書いていく

今回は試しに平方根でもやってみます。
FastMathのとこに入ってます。

CMSIS DSP研究室さんで詳しく解説されています。

DIGITALFILTER.COM

APIとしては

arm_sqrt_f32 (float32_t in,float32_t * pOut )

を用います

f:id:gsmcustomeffects:20170405170921p:plain
Square Root

こんな感じに書いた
f:id:gsmcustomeffects:20170405171946p:plain

動作

f:id:gsmcustomeffects:20170405172020p:plain

入力した値の平方根が帰ってきているのでちゃんと動いているといえる。

ちなみに返り値でStatを見ているがそれの返り値はENUMで定義されてる。

f:id:gsmcustomeffects:20170405172126p:plain

まとめ

  • DSPライブラリを導入できた
  • FastMath使った割に速度については検討してないので今後やって行きたい

STM32でUARTをやってみる6(float型printfをUART経由で出力)

何だかんだこのシリーズも6個目ですねw

前回まででUARTの基本的な使い方はマスターしたと思います。
今回はCubeMXでの出力は詳しくは解説しないので

まだの方は1から読んでみてください

gsmcustomeffects.hatenablog.com

gsmcustomeffects.hatenablog.com

gsmcustomeffects.hatenablog.com

gsmcustomeffects.hatenablog.com

gsmcustomeffects.hatenablog.com

さっそくやってく

今回の環境は以下に示す通り

  • AC6 SystemWorkbenchForSTM32
  • STM32F303K Nucleo
  • Teraterm

とりあえずCubeでUART2を有効にしてボーレートを各自設定しファイルを出力する。
ココまでは今までと同じです。

Syscall.cを持ってくる

syscall.cがCにおけるスタンダードライブラリを読んでいるのでそれをどっかからもってこないとリンクできないわけです。
とりあえずSTが提供するサンプルには入っているのですがCubeMXが出力するsrcフォルダには入っていません。

なのでAc6で適当な空プロジェクトを作る必要があります。

f:id:gsmcustomeffects:20170404195559p:plain

で今回使うボードを選択

f:id:gsmcustomeffects:20170404195630p:plain

CubeHALを選択

f:id:gsmcustomeffects:20170404195658p:plain

そうするとsyscall.cができるのでそれをCubeMXが出力したSrcにコピーしてくる

f:id:gsmcustomeffects:20170404195814p:plain

f:id:gsmcustomeffects:20170404195841p:plain

んで一度コンパイルします。


Main.cでputcharを再定義。

syscall.c内では

__io_putchar(int ch) __attribute__((weak))

のようにWEAK定義されているのでMain内で再定義してこっちを使うよということをコンパイラに教えてあげる作業をします

こういうふうにします。

#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif /* __GNUC__ */
void __io_putchar(uint8_t ch) {
HAL_UART_Transmit(&huart2, &ch, 1, 1);
}

printfというのは内部で書式を整えてputcharを呼び出しているのでそのputcharの内部をHALの一文字送信APIに置き換えるということです。

コンパイルマクロがGNUとかついてるのはARMの純正コンパイラではfputcと定義されてるのでコンパイラごとに読み替えが効くようにしているためです。
GCCだけならこの部分はいらないと思います。

次にprintfを呼ぶ前にどこか最初以下の行を挿入します

setbuf(stdout, NULL);

これはprintfの仕様みたいで1024byte入れた後に呼ばれるのでコレがないと変なハンドラに飛びます。
とりあえずバッファをフラッシュするといいみたいです。

ここまででとりあえずint型のprintfは動きます。

だいたい15KBぐらいになります。

Linkerフラグの編集

リンカーオプションにfloatを追加して再ビルドする必要があります。

やることとしてはlinkerのフラグ部分に-u _printf_floatというのを追加するだけです。

f:id:gsmcustomeffects:20170404201644p:plain

それであとはApplyして再ビルドします。

f:id:gsmcustomeffects:20170404202009p:plain

結構サイズがでかくなります。

いうてGCCならKEILと違って32KB以上もビルドできるしFloat扱うようなマイコンはフラッシュ自体大きい物がのってるので特に悩まないかと思います。

動作のようす

こんな感じに書いて

f:id:gsmcustomeffects:20170404202315p:plain

Teratermで表示する

f:id:gsmcustomeffects:20170404202339p:plain

ちなみに桁数ちゃんと合わせないとゴミが入りますw

ちなみにSemihostingというARMの機能を使ってSWD経由でEclipse上のコンソールに出力することもできます。
それについてはユークリッドさんが書いているので引用させていただきます。

yuqlid.hatenablog.com

yuqlid.hatenablog.com

場合分けで使いたい方使えばいいと思います。

単に値見たいだけならExpression機能もありますしね

ARMのソフトウエアトリガ割り込みについて

ARMのソフトウエア駆動割り込みの覚え書きです。

ARMの割り込みはNVIC(統合ネスト型ベクタ割り込みコントローラ)で管理されていますがその中でSTIRというレジスタがあります

f:id:gsmcustomeffects:20170404051828p:plain

図で言うと赤の部分ですね

詳細はこちらになります

f:id:gsmcustomeffects:20170404052003p:plain

Write to the STIR to generate an interrupt from software

とあるように割り込みの番号を入れてやるとソフトウエアから割り込みを生成できるようです。

実際の使い方はこのような感じです。

f:id:gsmcustomeffects:20170404052313p:plain

STIRレジスタIRQ番号を書くだけです

STM32の場合IRQ番号はstm32f767xx.hに定義されています

f:id:gsmcustomeffects:20170404052432p:plain

ためしにピン割り込みハンドラにソフトウエアから移動してみます

f:id:gsmcustomeffects:20170404052528p:plain

図ではわからないですがスイッチを押さなくても割り込みハンドラに遷移しています。
もちろん割り込みも有効なのでスイッチを押すとそのタイミングでも割り込みがかかります。
なのでこの割り込みを使う際は使わないであろうペリフェラルを殺しておいて使うほうがいいでしょう

STM32でI2C通信をやってみる

この記事は現在一緒に開発やってくれてるオカダ
twitter.com
と共同でデバッグしてた時の記録です。

一応動いていますがHALのバグなのか正しい使い方なのかは不明です。

やる際は自己責任でお願いします。

とりあえずやってく

今回は二つのマイコンで通信するので二つNucleoを用意しないといけません。

Slave側の設定

CubeMXを立ち上げてI2Cを有効にする。
クロックなどは各自自由に設定してください

I2Cの設定はこんな感じにした。

f:id:gsmcustomeffects:20170403011226p:plain

アドレスは7bitモードと10bitモードがあるが今回は7bitモードにした。
アドレス値が0だがあとでコード内で記述するのでここでは放置

次にSW4STM32にインポートしていく。

ここでI2Cのアドレス設定する。

hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0x01<<1;

f:id:gsmcustomeffects:20170403013426p:plain

ここでシフト演算子でアドレスをシフトしているのは後述するのでとりあえずこうしてください。

次に受信処理を書いていきます。

HAL_I2C_Slave_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

というAPIブロッキング受信なのでそれを使っていきます。

HAL_I2C_Slave_Receive(&hi2c1,(uint8_t*)aRxBuffer, 1, 1000);

こんな感じに書きます。
aRxBufferは上のほうでこんな感じに定義してます。

uint8_t aRxBuffer[1] = {0};

無限ループ内はこんな感じになります

f:id:gsmcustomeffects:20170403015132p:plain

Master側の設定

上記と同様にCubeMXの設定をする。

f:id:gsmcustomeffects:20170403015318p:plain

今回はマスターなのでアドレスはノーケアでOK

AC6に読み込んで送信コードを書いていく

HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

送信APIなのでそれを使って書いていく。

ここで注意するのがAddressをシフトして引数に入れることだ

f:id:gsmcustomeffects:20170403022048p:plain

んでそれにならって書くとこんな感じ

f:id:gsmcustomeffects:20170403015515p:plain

ここでは上部に何も記述してないが実際の動作コードでは送信バッファaTXBufferに0xAB、0xBAを順番に代入し交互に送られるようにした。

実際に動作させていく

両方のI2CピンとGNDピンをつなぎバス間部分をロジアナでみてみる

f:id:gsmcustomeffects:20170403015919p:plain

きちんと交互にデータが来ていることがわかる。

ちなみにその時の送受信レジスタの値はこのようになっている。

f:id:gsmcustomeffects:20170403020702p:plain

問題のシフトの説明

上記の例は動作するケースだけを示している。

それはシフト演算子でアドレスをシフトしているのできちんと読みこめています。
それについて最初まったく原因がわからず時間を溶かしました・・・・・・・

結局

CubeMXが出力するコードに問題があり自身のアドレスを示すレジスタの値がおかしいことになっていた。

設定レジスタはI2C_OAR1のOA1ビット(7:1bit)である

f:id:gsmcustomeffects:20170403022913p:plain

そこを見てみると

f:id:gsmcustomeffects:20170403021443p:plain

f:id:gsmcustomeffects:20170403021512p:plain

上記のように自身のアドレスをシフトして入れないとレジスタに正しく値がセットされていない。
CubeMX上でPrimaryアドレスにそのままの値を入れてもこうなってしまう

正しくはシフトがついた状態で出力されているもしくはHALの内部でシフトしてセットしているはずである。

よって使い方が悪いわけではなさそうなので一応バグに入るのかね?

これについては海外フォーラムでも話題になっていたみたいである。
先に読めばよかった・・・・・・・・

community.st.com

今回はこんな感じです

皆さんのお役に立てたらうれしいです。それでは!

STM32のMCO機能を使ってGPIOからクロックを出してみる

MCO機能

マイクロコントローラクロック出力(MCO)機能では、外部 MCO ピンにクロックを出力することができます。

5 つのクロック信号のうちの 1 つを MCO クロックとして選択できる。

実際の使用例ではNucleoなんかがそうですね、
STLINKのF103からボード上のMCUへクロックを供給してます。

MCOへ供給可能なクロックは以下の通りだ

  • LSI
  • LSE
  • SYSCLK
  • HSI
  • HSE
  • 2 分周された PLL クロック

選択はクロック設定レジスタRCC_CFGR)の MCO[2:0] ビットによって制御できる。
STM32F303xD/E、STM32F303x6/8 および STM32F328x8、 では、このレジスタの追加ビット
PLLNODIV が、MCO への PLL クロック入力の分周バイパスを制御します。
MCO 周波数は、クロック設定レジスタRCC_CFGR)の MCOPRE[2..0] ビットで制御される設定可能な分周器によって低減できます。

とあるがこれをまとめると

  • RCC_CFGRのMCOビットでクロックの元を選べる
  • STM32F303xD/E、STM32F303x6/8 および STM32F328x8はプリスケーラを持っているので分周できる
  • PLLNODIVを設定することでPLLCLKを使う場合分周の有無を選べる
  • RCC_CFGRのMCOPREビットでMCOを分周できる

f:id:gsmcustomeffects:20170401174659p:plain

レジスタの説明

主にRCC_CFGRで設定する
f:id:gsmcustomeffects:20170401180911p:plain
追記
ここでMCOFビットはSTM32F303xB/C and STM32F358xC onlyとあるので30:28がMCOPREとなる。
英語版最新データシートより
f:id:gsmcustomeffects:20170401220727p:plain

PLLNODIV

bit 機能
0 MCOの前でPLLを2分周
1 MCOの前でPLLは分周されない

MCOPRE[2:0]

bit 機能
000 MCO を1分周
001 MCO を2分周
010 MCO を4分周
011 MCO を8分周
100 MCO を16分周
101 MCO を32分周
110 MCO を64分周
111 MCO を128分周

MCO[2:0]

bit 機能
000 出力無効、MCO にクロックなし
001 予約済み
010 LSI クロックの選択
011 LSE クロックの選択
100 システムクロック(SYSCLK)の選択
101 HSI クロックの選択
110 HSE クロックの選択
111 PLL クロックの選択(PLLNODIV ビットに応じて 1 または 2 で分周)

CubeMXでのやり方

RCC画面でMCOを有効する
f:id:gsmcustomeffects:20170401181248p:plain

クロック設定画面で好きなように設定してみる
今回はSYSCLKを選んで8分周するので8MHzが出てくるはずである

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あとは出力してビルドするだけ
今回はNucleoF303kを使っているのでD9ピンからクロックが出ているはずだ。

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8分周したMCOから8Mhzが出てきていることから64MHzがSYSCLKということになる
SystemCoreClockは64MHzなのできちんとこの周波数で動いていることがわかる

f:id:gsmcustomeffects:20170401182118p:plain

おまけで500kHzも出してみた



まとめ

  • MCOを使ってクロック出力ができた
  • MCO機能で他のマイコンにクロック供給できるので今度やってみたいと思った

EclipseベースIDEの便利機能

今回はEclipseの話です
この前プレゼンしたやつのまとめです。
(プレゼン資料のまんまです)

はじめに

今回はARMマイコン統合開発環境で利用されることが多くなってきたEclipseの機能についての説明です。
最近デバッガやらなんやらいろいろ増えてきてどう使う?的な意見が多かったので書いてみました。
僕も始めたときに環境でかなり苦労した覚えがあるので・・・・・
慣れてきた今だからこそよく使う機能的なのをつまんで紹介するというのか今回のコンセプトです。

EclipseベースIDEのいろいろ

今んとこよく見るやつを並べてみるとこんな感じ

IDE メーカーと補足
SystemWorkBenchforSTM32(SW4STM32) STM32
TrueStudio Atollicの開発環境
Kinetis Design Studio Freescaleのやつ
LPCXpresso NXPのやつ
DAVE NXPのやつ
Simplicity Studio シリコンラボのやつ
e2 Studio ルネサスのやつ
MCUXpresso NXPの最新環境(Kinetisもできる)

つかいっぱいあり過ぎて説明できない
DS-5とかもそうだよね・・・

EclipseベースIDEを使う理由

  • 無料なのが多い
  • エディタが優秀
  • デバッグ設定が楽
  • GNUARMEclipseがJLinkとかOpenOCDの専用プラグインを出している(素のEclipseを使う場合かなり役立つ
  • 多社が出しているので一個慣れてしまえばだいたい同じ

とりあえずこんな感じです。
個人的意見がもろに出てますね

今回紹介する機能

  • BreakPoint機能
  • IOレジスタ列挙および書き込み機能
  • 定義先ジャンプ
  • Expression機能
  • エディタ補間(オートコンプリート機能)

BreakPoint機能

デバッグ中に任意の行でプログラムを止めて確認できる機能。
主にifの中に入ってるかなどそういう確認に使える。
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IOレジスタ列挙および書き込み機能

Breakpoint動作中にIOレジスタをbit単位で列挙したり書き換えたりできる機能

  • 各種ペリフェラルの初期化設定内容を確認するときに有効
  • ちょっといじってみたいときとかにも有効
  • 割り込みステータスレジスタとかも確認できるので初心者の勉強に非常に役立つ


上記メニューから開く
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デバッグ開始してブレーク中にダブルクリックでレジスタを有効にする。
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LEDを付けたりしてみるとこんな感じになる

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定義先ジャンプ機能

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  • 最近メーカー製ライブラリ群(HALと呼ばれることが多い)が多くなってきておりAPIの数がすごく多い。そういったときに毎回データシートを見に行くのは面倒(いや見ようねw
  • 定義先にいけばなんとなく何してるかわかる場合も多い。
  • 理解の補助になる。
  • Defineマクロを多用してるライブラリの解析。

やり方は関数にカーソル合わせてF3を押すか右クリでOpen Declarationをクリック

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Expression機能

変数や構造体の中を見れる機能

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SystemCoreClockとか見れる
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ちなみにSystemCoreClockはCMSIS内で定義されてる変数なので以下の画像を参照してほしい

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ちなみにGPIOレジスタも列挙できる

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まとめ

  • EclipseベースIDEの主な便利機能を紹介した。
  • 今後も何かあれば紹介していきたい