#lpc-link2

Spresenseでアプリケーション開発をしようと色々と調べています。昨日、ili9341コントローラーを搭載したAdafruitのTFT LCDをSpresenseに接続してサンプルを動かそうとしましたが、どうやってもうまく行きませんでした。

NXのウィンドウを描画するタイミングで一瞬表示がチラつくという症状でした。

夜になってArduino NanoやArduino Unoで試したら似たような症状でしたのでLCDが壊れているようです。一度も表示することのなかったLCDでした。

並行してデバッグ用のICEが欲しくて、LPC-Link2を購入。こちらはなんと付属のフラットケーブルが同梱されていませんでした。

Spresense側に10ピンのピンヘッダーをはんだ付けしないと使えないので、仮にケーブルがあっても使えませんが。

ピンヘッダーを買わないとね。

告知を出すのが遅くなってしまいましたが、8/6と8/7のMaker Faire Tokyo 2016に出展します。今回の展示内容のメインはこれまで試作してきたマイコンベースのSDR受信機です。LPC-Link2を使ったSDRの実験を雑誌記事として紹介してきましたが、なかなか実物をご覧いただく機会がありません。実はこれまでMaker Faireに数回出展したときに、さりげなく置いてあったのですが、今年はソフトウェア受信機をメインに出展の申込をしてみました。

LPC-Link2用ブレイクアウトボードを改版しましたので頒布再開します。前回のものはJTAGコネクタが干渉していたので、切り欠き追加の改良をしてみました。

最小ハードウェアによるSDRの試みとして、LPC-Link2にアンテナとスピーカを直結してAMラジオにしてみました。マイクロコントローラの機能だけを使用して、RF信号の受信から、スピーカの出力まで、アンプも何も無しに放送を受信できています。

最近作っているもの紹介第２弾です。LPC-Link2でFM受信機の作成にチャレンジしていたのですが成功しました。MCUのソフトウェアのみの実装によるダイレクトコンバージョンで、FM放送を受信できているのは、もしかしたら世界初かもしれないと思っています(Loとミキサ無しのSDRでという意味です)。

半年ほど前にLabToolを入手し、簡単なレポートと、アプリケーションをMacでビルドする方法について以前書きました。LabToolはオシロやロジアナとなるハードウェアです。WindowsやRaspberry Pi用に公式にアプリが提供されています。若干の手順を踏めばMacでもアプリを動作させることができていました。

(本題からは外れますが上のキャプチャは10kHz 30%のAM変調をかけた61MHz 0dBmの信号を、裸のLPC-Link2ボードに入れて60MHzでサンプリング、LabToolアプリで波形取得した例です。第３ナイキストなので、キャリアは1MHzに見えていますが61MHzの信号を入れています。実はLabToolボードを使っていない動作例です)

前回の試みではアイコンも付いていないビルドしっぱなしで、しかも通常のアプリケーションのようにダブルクリックでは起動できず、コマンドラインから特定のディレクトリにcdしてから、コマンドを入力する必要がありました。これを、普通のアプリケーションのようにダブルクリックで使えるようにしたいと思っていたのですが、Qtでのやりかたが判らなかったので放置していました。

そんなところに先日なんと秋月でもLabToolが販売開始されてしまいまいました。せっかくですので、興味を持たれる方がいらっしゃるかと思いますので、Mac対応をアップデートすることにしました。

最近のOSXのコンパイラはclangを使用しており、他の環境で広く使われているgccと微妙に差異があります。実は以前アップした手順では、ソースコードを書き換えずに済ませるために、gccを使用する手順となるようにしました。当初はコードを書き換えてビルドを通していたのですが、パッチせずに済ませたかったので、わざわざgccを使う手順にしていました。前回の記事をアップしてから追試をしてくださった方もあり、その結果も踏まえ、やはりデフォルトのコンパイラを使ったほうが良いと考え直しました。書き換えが必要なコードはほんのわずかなのですが、Qtのフレームワークを使った方法がわかりましたので、そちらを採用することにしました。(具体的には、GCC拡張である動的サイズのローカル配列を、QVectorクラスを使用するように変更した)

また、Mac OSにはバンドルという仕組みがあり、必要なファイルをすべてアプリケーションひとつに纏めてしまうのが普通です。LabToolは、アプリを起動したときにファームウェアをdfu-utilを使ってハードウェアにダウンロードしているのですが、これらのファイルをバンドルにまとめることができればMacらしいアプリケーションとなります。幸いQtにはMacのバンドルを作成するためのコマンドが用意されており、プロジェクトファイルに適切に記述することで、必要なコマンドやファイルをバンドルに含めることができます。またアプリケーション内でバンドル内のファイルにアクセスする方法もちゃんとQtのフレームワークに用意されていましたので、これを使うよう修正しました(普通のOSXアプリであればOSX固有のAPIを使用するのですが、APIが混ざるのは好ましいことではありません。その点Qtは各プラットフォームの事情も考慮した実装がされているようです)

それからアイコンもでっちあげました。RasPiやWindows用にはオシロスコープを象ったアイコンが使われていました。OSXではPDFまたは512x512の大きなアイコンが必要なのですが、解像度の低いicoファイルから、同じように見えるicnsファイルを作成しました。

以上の対応をしてアプリを作成しました。Mac版を追試してくださった方々にツイッターで知らせて、バイナリを試用してもらいました。案の定問題が見つかったのですが無事修正できました。

あとは本家EmbeddedArtistに取り込んでもらうべく、すべての修正とビルド手順をまとめてgithubに上げ、Pull Requestを送って反応を待ちました。そうしたところ一日でマージの通知が来ました。github上では特段何もコメントがありませんでしたが、ツィートは出ていました。

Update! A user contributed with Mac OSX support for LabTool SW https://t.co/HrzqxaRz0F http://t.co/e8ppNMIDGb

— Embedded Artists (@EmbeddedArtists)

2014, 6月 11

残念ながら本家のWebサイトではバイナリはアップされていませんが、代わりにこちらで本家にマージされたソースからビルドしたものをアップしておきます。記事末尾を参照ください。

@nxpfanさんも宣伝してくれました。

話題のEmbeddedArtists社のLabTool． @edy555 さんによりMac対応アプリのバイナリが公開されています．LabToolをお持ちのMacユーザの方はぜひお試し下さい！ http://t.co/A3vhbnxwP4

— nxp fan (@nxpfan)

2014, 6月 10

さらに6/13に秋葉原で行われた「ARM Cortex-M マイコン・ワークショップ 2014」ではLPCのブースにてデモもしていただいていたようです。写真で確かにMacでLabToolが動いています。でっちあげたアイコンがDockに見えています。

Mac版LabToolデモ中。(^^) QuickJackのデモも！by くまさん pic.twitter.com/GS3RnOgYQD

— YoshiHonjo (@momo0sma)

2014, 6月 13

というわけですので、是非ご利用ください。

リファレンス

EmbeddedArtists LabTool http://www.embeddedartists.com/products/app/labtool.php

github https://github.com/embeddedartists/labtool

バイナリLabTool-c8ce5b6b6f.dmg https://db.tt/h1Jwrd0F

ビルド手順メモ(en) https://github.com/embeddedartists/labtool/blob/master/app/COMPILE.macx.md

試用レポートありがとうございました。

https://twitter.com/wtakuo/status/475477864511336449

https://twitter.com/momo0sma/status/476031859017531392

https://twitter.com/nxpfan/status/476158328720994305

LPC-Link2ですが、LPC4370評価ボードとして自前のファームウェアを動作させてみる手始めとしてLチカしてみました。

本来ならいろいろツールを自前で準備して、理解を進めながら到達すべきLチカだとは思うのですが、NXPのサイトにサンプルが用意されていますので、それを使ってしまいます。

開発環境は無料で利用できるLPCXpresso6を使用します。実は初めて使うLPCXpressoです。この環境のことは良く知らないので、その学習も兼ねてます。

まずはLPCXpressoをダウンロードして、インストールしておきます。

LPC-Link2用のサンプルをこちらのページからダウンロードしておきます。LPC4370_LPCLink2_LEDblinky.zipというのがLチカサンプルです。

LPCXpressoを起動し、さきほどダウンロードしたプロジェクトをインポートします。Quick Start PanelにあるImport Project(s)ボタンを押して、さきほどダウンロードしたzipファイルを取り込みます。zipファイルのままインポートすることができますので、解凍する必要はありません。

インポートが成功したら、さっそくビルドしたいところですが、このままビルドすると失敗してしまいます。ターゲット用のヘッダやライブラリがLPCXpressoに取り込まれていないためです。ファイルそのものはLPCXpressoに添付されていますので、これも同様にインポートしておく必要があります。改めてImport Project(s)ボタンを押して、Archiveファイルとして、LPCXpressoをインストールしたフォルダ(/Applications/lpcxpresso_6.1.2_177)の中にある、　lpcxpresso>Examples>NXP>LPC4000>LPC43xx>LPC43xx_Libraries.zipを指定します。

アーカイブ中に含まれるプロジェクトが列挙されますので、すべて取り込みます。サンプルとライブラリのプロジェクトが並んだ状態になります。

この状態からビルドボタンを押せばビルドに成功するはずです。

さて、これをLPC-Link2ボードにロードしてみたいと思います。LPC-Link2ボードにはLEDが一つだけ用意されています。回路図を参照してみると、MPUのP1_1端子に接続されており、LPC4370のデータシートを参照してみると、これはGPIO0の8番に割り当てられているようです。正直わかりにくいです。

一方コードの方ですが、さきほどのサンプルのLチカ部分は以下のようになっていました。

while(1) { systick_delay(500); GPIO_SetValue(0,1<<8); systick_delay(1000); GPIO_ClearValue(0,1<<8); }

GPIO0の8ビット目をオンオフしているようですので、ボード上に用意されているLEDが操作対象らしいです。そのため別途LEDを接続する必要はありませんでした。

さて、ビルドに成功すると、プロジェクトフォルダの中に、DebugまたはReleaseフォルダができ、その中にaxfという拡張子のファイルが作られます。ELFフォーマットのバイナリファイルです。

LPC-Link2は、そのままの状態では、DFUデバイスとして認識されるので、dfu-utilコマンドで書き込むことができそうな気がしました。LabToolのファームウェアや、LPCExpressoで使用するRedLinkのファームウェアはdfu-utilで書き込まれていますし。

ところが、dfu-utilで書き込みを試してみたのですが、書き込みがうまくいきません。調べてみたところ、LabToolやRedLinkのファームウェアのファイルの先頭には何かヘッダが追加されているらしく、これが無いと書き込みが成功しないようです。真似てヘッダを追加して試してみたのですが、書き込みは成功するようになったのですが、やはり動作しません。何か違いがあるようです。

実は、LPC-Link2で開発を行うためには、別途デバッグ用のインターフェースとしてanother LPC-Link2が必要とWebサイトに書かれています。Lチカしたいだけなのにもかかわらず、2台もLPC-Link2が必要なのは、正直みっともないと思いますが、ちょうど良いことになぜか手元にはLabTool用のLPC-Link2がもう1台あるので、それを使って試してみました。

10Pリボンケーブルを使って、LPC-Link2同士をつなぎます。ホスト側のJ7とターゲット側のJ2を接続します。ホスト側のLPC-Link2から電源供給できるようJP2をショートしておきます。そしてホスト側のLPC-Link2にUSBで接続します。

準備ができました。さっそくLPCXpressoでデバッグボタンを押します。そうすると最初の起動時には、デバッガの起動設定画面が表示されますので、C/C++ (NXP Semiconductors) MCU Applicationsを選択し、＋ボタンを押して設定を追加します。

そしてDebugボタンを押すと、デバッグプローブ(エミュレータ)の選択ダイアログが出ます。OKを押します。

そうするとホスト側のLPC-Link2にファームウェアが書き込まれて、デバッグプローブとして動作するようになります(LEDが消えます)。

続いて、MCUの選択ダイアログが現れます。選択肢が三つありますが、LPC4370はマルチコアで、M4/M0/M0と三つのコアがあることを示していると思われます。最初のデバイスにチェックを入れてOKを押します。

そうすると、ターゲットにバイナリがロードされて、main関数の最初の行で停止します。

Resumeボタンを押すと動作を開始します。うまく動作していれば無事Lチカできたと思います。ブレークやステップ実行など自由にできるようです。

dfu-utilでのLPC-Link2への書き込みは、他のファームウェアは.hdrという拡張子を持ち、16バイトのヘッダが追加されています。labtoolのソース中にその書き換えを行っている部分があります。同様の書き換えをするツールをpythonで作ったのでgistに上げておきます。lpcxpressoディレクトリにarm用のコマンドラインツールが揃っていますので、objcopyでbinaryフォーマットに変換してから、スクリプトhdr.pyに掛けます。このままでは動作しませんが、dfu-utilでの書き込みはできるようになります。おそらくロードされるアドレスの問題だろうと予想しています。設定をもう少し見直してみようと思います。

$ /Applications/lpcxpresso_6.1.2_177/lpcxpresso/tools/bin/arm-none-eabi-objcopy -O binary LPC4370_LEDblinky.axf LPC4370_LEDblinky.bin $ ./hdr.py LPC4370_LEDblinky.bin LPC4370_LEDblinky.bin.hdr $ dfu-util -D LPC4370_LEDblinky.bin.hdr

LPC-Link2を評価ボードとして使う http://www.lpcware.com/content/faq/lpcxpresso/using-lpclink2-as-lpc4370-eval

LPC-Link2詳細。回路図もあります。http://www.embeddedartists.com/products/lpcxpresso/lpclink2.php

LPC4370データシート http://www.nxp.com/documents/data_sheet/LPC4370.pdf

ヘッダ追加スクリプトhdr.py https://gist.github.com/8976352.git

前回からちょっと間が空いてしまいましたが、LabToolネタの続きです。改めましてLabToolについてですが、NXP/Embedded Artistsによって発売されている、ロジックアナライザやオシロ、シグナルジェネレータ機能を持つモジュールです。LPC-Link2というデバッガボードにアドオンすることで、これらの機能を実装しています。LPC-Link2とは、本来はJTAG等を使うためのデバッガインターフェースですが、汎用ボードとして使えるようにいくつものコネクタで、信号が外部に引き出されています。これに搭載されているMCUは、Cortex-M4/M0/M0というマルチコアARMのLPC4370というチップです。80MspsのADCを持っていたり、サブコアとしてCortex-M0を2つ搭載しているなどちょっと変わった機能を持っています。このMCUの機能を活用した例がLabToolということのようです。

LabToolを動作させるためには、ホスト側のPC等にソフトウェアが必要です。前回書いたように、ソースコードはオープンソースとして公開されており、Windows用とRaspberry Pi用については、すぐ使えるバイナリが提供されています。Raspberry Piを標準プラットフォームとして選択したということのようです。ところが、普通のPC向けLinuxやMac OSXには残念ながらバイナリは用意されていません。ソースコードをざっと眺めてみたところ、Mac OSXについても動作させることができそうでしたので、チャレンジしてみました。おおむね問題なく動作させることができているようですので、その手順を示したいと思います。

ソフトウェアはGUIツールキットとしてQtを使用しています。そのため、Qtの開発環境を準備する必要があります。開発環境をセットアップする方法はいくつかありますが、qt-project.orgからダウンロードするのがもっとも簡単だと思います。他にnokiaからもSDKが提供されていますし、brewで環境をセットアップする方法もあります。

今回はqt-project.orgからダウンロードしたQt-5.2を使用してみます。サイトのダウンロードページから、"Qt Online Installer for Mac (9 MB)"をダウンロードします。

qt-mac-opensource-1.5.0-x64-online.dmgを開き、インストーラをダブルクリックしてインストールを進めます。

ウィザードに従ってQtのインストール作業を進めますが、ダウンロード(400MByte弱)しながらインストールするので、完了するまでにはそれなりに時間がかかります。

他に必要なモジュールとして、USBアクセスのためのlibusbを用意する必要があります。今回はlibusbxを使用してみました。libusbxはbrewでインストールします。brewを使う場合にはbrew updateしてから作業したほうが良いようです。libusbがすでにインストールされている場合はコンフリクトしますので、事前にunlinkしておきます。

$ brew update $ brew unlink libusb $ brew install libusbx

その他、labtoolの動作にdfu-utilが必要になりますので、これもbrewでインストールしておきます。

$ brew install dfu-util

さて、ツールやライブラリの用意ができたら、ソースを準備してビルドします。ソースはgithubから取得します。

$ git clone https://github.com/embeddedartists/labtool

コマンドラインからビルドする方法もありますが、今回はQt Creatorでビルドしてみます。/Applications/QtフォルダにインストールされたQt Creatorを起動します。

Qt Creatorを起動するとこのような画面が表示されます。

ここで'Open Project...'ボタンを押して、ダウンロードしたソースコードにあるlabtool/app/LabTool.proを開きます。

プロジェクトを開くとこのような表示になります。

libusbxのパスを設定するためにプロジェクトファイルを一部修正します。LibTool.proをダブルクリックして開き、INCLUDEPATHの設定にMac OSX用の設定を追加します。

INCLUDEPATH += . win32:CONFIG(release, debug|release): LIBS += -L$$PWD/libusbx/MinGW32/dll/ -lusb-1.0 else:win32:CONFIG(debug, debug|release): LIBS += -L$$PWD/libusbx/MinGW32/dll/ -lusb-1.0 else:mac: LIBS += -L/usr/local/Cellar/libusbx/1.0.17/lib -lusb-1.0 -lobjc -Wl,-framework,IOKit -Wl,-framework,CoreFoundation else:unix:!symbian: LIBS += -L$$PWD/libusbx/Linux/ -lusb-1.0 -ludev

書き換える内容は、pkg-configで確認することができます。

$ pkg-config --libs --static libusb-1.0 -L/usr/local/Cellar/libusbx/1.0.17/lib -lusb-1.0 -lobjc -Wl,-framework,IOKit -Wl,-framework,CoreFoundation

準備ができたらビルドですが、念のため左下の設定ボタンを押して、Qtバージョン(4.8.1)とターゲット(Debug)を確認します。

ビルドボタンを押してビルドします。

ワーニングは出ますが、最後にステータスがグリーンになることを確認します。

ビルドが成功すると、LabTool-build-desktop-Desktop_Qt_4_8_1_for_GCC__Qt_SDK__Debugというフォルダができ、その中にアプリがLabToolという名前で完成しているはずです。

さっそく起動してみたいところですが、LabToolと接続して動作させるためには、ファームウェアを用意し、書き込みのためにdfu-utilが使えるようにしておく必要があります。そのため、ファームウェアとdfu-utilを所定の場所にコピーしておく必要があります。

ファームウェアは、サイトからlabtool_binaries_2013-10-30.zip (84Kb) をダウンロードして展開し、firmware.binをlabtoolフォルダにコピーしておきます。

一方dfu-utilは、toolsフォルダ内のdfu-util-0.7-binaries/linux-i386フォルダ内に、brewでインストールしておいたdfu-utilのバイナリをコピーしておきます。

$ cp /usr/local/bin/dfu-util tools/dfu-util-0.7-binaries/linux-i386

起動前にLabToolをUSBで接続しておきます。

ファームウェア書き込みの関係で、最初はカレントディレクトリをlabtoolとしてコマンドラインから起動する必要があります。

$ cd labtool $ LabTool-build-desktop-Desktop_Qt_4_8_1_for_GCC__Qt_SDK__Debug/LabTool.app/Contents/MacOS/LabTool Using libusbx v1.0.17.10830 Initializing library... Failed to open device 1FC9:0018 Opened device 1FC9:0018 [Probe] bus: 253, port path from HCD: 1 ->2 [Probe] speed: 480 Mbit/s (USB HighSpeed) [Probe] Reading device descriptor: [Probe] length: 18 [Probe] device class: 0 [Probe] S/N: 0 [Probe] VID:PID: 1FC9:0018 [Probe] bcdDevice: 0100 [Probe] iMan:iProd:iSer: 1:2:0 [Probe] nb confs: 1 [Probe] Reading configuration descriptors: [Probe] nb interfaces: 1 [Probe] interface[0]: id = 0 [Probe] interface[0].altsetting[0]: num endpoints = 2 [Probe] Class.SubClass.Protocol: FF.FF.FF [Probe] endpoint[0].address: 85 [Probe] max packet size: 0200 [Probe] polling interval: 01 [Probe] endpoint[1].address: 02 [Probe] max packet size: 0200 [Probe] polling interval: 01 [Probe] Reading string descriptors: [Probe] String (0x01): "Embedded Artists" [Probe] String (0x02): "LabTool" [Probe] MCU PLL is running at 200 MHz Calibration data: V/div A0 A A0 B A1 A A1 B ------- ---------- ---------- ---------- ---------- 20mV 0.0994865 -0.0000555 0.0943872 -0.0000512 50mV 0.2614163 -0.0001324 0.2559450 -0.0001310 100mV 0.5064960 -0.0002560 0.5089394 -0.0002563 200mV 0.9960396 -0.0004950 0.9962217 -0.0004955 500mV 2.7654913 -0.0013694 2.8068729 -0.0013746 1000mV 5.4500269 -0.0026867 5.5113330 -0.0026983 2000mV 10.2890467 -0.0050710 10.3855975 -0.0051073 5000mV 22.3351648 -0.0109890 22.4448124 -0.0110375 Device connected

最初に、Failed to open device 1FC9:0018と出ていますが、ここでdfu-utilによってファームウェアがダウンロードされます。そして再試行によってオープンに成功し最後にDevice Connectedと表示されています。

ファームウェアはSRAMに書き込まれますので、USB接続を外して電源が切れてしまうと、再度書き込む必要があります。電源が供給されている間は書き込みが必要無いので、ダブルクリックでLabToolを起動しても大丈夫です。

起動に成功するとこのようなウインドウが表示されます。動作させる場合には、DevicesメニューからLabTool Deviceを選択しておきます。もしLabToolとの接続失敗している場合は、選択できなかったり、左上のLabTool Deviceの表示が赤字になります。

以上でLabToolのビルドは完了です。使い方については、前回のメモを参照してください。

参考までにコマンドラインからビルドするには下記のように行います。qmakeコマンドでMakefileを作成し、makeします。この場合はカレントディレクトリにアプリがビルドされます。他の手順は上記と同様です。

$ cd labtool/app $ mkdir build $ cd build $ /Applications/Qt/5.2.0/clang_64/bin/qmake .. $ make

成功したらbuildディレクトリ内にLabTool.appが作られているはずです。

ファームウェア書き込みの関係で、特定のディレクトリから起動しなければならないのが面倒です。少し修正が必要になりそうですが、対策を検討してみたいと思います。

また、ファームウェアについては、ビルド済のバイナリを使用しました。ファームウェアのソースコードも提供されているのですが、これのビルドには、開発環境としてKeil uVisionが必要なようです。フリーで利用可能なサイズを超えてしまうので残念ながら構築することができていません。ソースコードを眺めてみると、SCTモジュールを使った周波数カウンタなども含まれているようですので、試してみたいところなのですが。。こちらも何か方法がないか検討してみたいと思います。

LabToolのユーザマニュアル http://www.embeddedartists.com/sites/default/files/support/app/labtool/LabTool_UsersGuide_revPA5.pdf

Embedded ArtistsのLabToolサイト。各プラットフォーム向けバイナリや、ファームウェアのダウンロードはこちらから http://www.embeddedartists.com/products/app/labtool.php

githubにあるソースコード https://github.com/embeddedartists/labtool