いらっしゃませぇ～

おとは～どぅぇぁの社 へようこそ(ﾉ)ﾟ∀ﾟ(ヾ)
こちらのお部屋では実際にルネサス社のマイコンを使ったハードウェア開発で発生した不具合について原因調査の方法や実際の原因などの技術的なノウハウを赤裸々に！？お伝えしちゃいます☆


 事例１　SDRAM実装トラブル
SDRAMと言えばメインメモリですが、おとはは比較的簡単に手に入ったSDRAMの中では容量の大きい32MBのものを使用しています。
マイクロン社のMT48LC16M16A2と言う型番のもので１６ビットアクセスが可能なものです。
ルネサスのマイコンはSDRAMがハードウェアでサポートされているのでしっかりとした配線とアプリケーションノートに基づいて正しく初期化設定することで利用することが可能です。

 

 実際のトラブル

 

1. SDRAMの設定ミス
   アプリケーションノートを眺めて計算を行って直接数値を書いてデバッグしていた
   だが、実際のところ計算を途中で間違えていて正しい数値ではなかった。
   気づいたのは管理処理をクラス化して外部からメモリの仕様を外部から渡してプログラムで計算してみて結果が違ったからです
   ＃２の問題の調査をしていた時に気分転換にコードしたのが良いきっかけだと思います
   
    外部パラメータ設定の例
   
    
2. MCUと変換ボードの接触不良
   これが一番はまったところです
   デバッガーでメモリの状態を見ると書き込みが出来ているように見えて実際のところ先頭アドレスに書き込みした内容が２M先や４Mにも書かれているという不思議な状態になってしまっていた
   この不具合のために７日くらい使ったかと思う。
   ただ７日悩んだわけではなく、バウンダリスキャン技術を使って自作のバウンダリスキャン環境を作るのに３日くらい使ってます
   その他は単純に悩んでいたか配線のし直しとかに使いました
   １つ１つマイコンをテスターでチェックするのも大変ですがやっておくべきですね
   バウンダリスキャンは別途 まとめたページ を作ってますのでご覧くださいませ。
   
    最初に半田づけした時の写真
   
   ちゃんと半田出来ているように見えなくもないけど出来ていない・・・
   やることがなくなった時に初心に返ってテスターで見てみたら見事アウトでした
    
3. ジャンパケーブルの断線
   これはSDRAMだけじゃないけど特に５４ピン分あるので顕著に発生したもんだいです
   ジャンパーケーブルが６０本セットになっている便利なやつを使っているのだけど線材がとっても細いのですぐに内部でちぎれてしまうようです
   秋月電子で購入したものなのでサンハヤトなどのピンと導線が分かれていないタイプの方が良いと思います。
   これもテスターでチェックすればわかります。
   私の場合は取り付けるとき・取り外したとき両方ともテスターでチェックしてから利用するようにしていますが少し触れると断線する中途半端なやつは見つけるのが大変なので消耗品ですが高い良品を買うか定期的に買いかえるべきだと思います。
    
4. アプリケーションノートの掲載ミス？
   MT48LC16M16A2は５４ピンの端子がありますがその中でアドレスに使用するピンは１５本あります。
   そのうち、バンクの切り替えに使用する線の接続先が若干違うのです
   １６ビットでのアクセスの場合はA1５～A1を使用するのでA15とA14がバンク切り替えに使用すべきですがＡ１４とＡ１３になっている
   この点が違うところなので配線に戸惑ってしまった
   アプリケーションノートは間違っていたがハードウェアマニュアルは正しかったのでまあ良しとしますが・・・
   アプリケーションノートの”１６ｂｉｔ ＳＤＲＡＭ　接続およびアクセス例”を参考にされる際は使用するＳＤＲＡＭのＩＣの仕様とＭＣＵのハードウェアマニュアルもどっちもしっかり読んで実装してください

 事例２　ＳＴＤＯＵＴ実装トラブル
プログラムの実装とデバッグとなればデバッガーがほぼ必須と思いますがルネサスのマイコンだとデバッガーはあっても実行ログを出力する機能がない。（もしかしたらあるかもしれないけど）
無いなら実装すればよいだろうってことでＳＣＩ、シリアル通信を使って実装することにしました。
Windows上でＴｅｒａｔｅｒｍを使用してＣＯＭポートを使用したシリアル通信で簡単に実装が出来ますのでおすすめです。
ピン数は２ピンとシンプルだしサンプルプログラムもあってかなり簡単に実装できるので実装トラブルはほぼなかったです。
 

 実際のトラブル

 

1. ごみ文字が送られてくる
   この問題はパターンとして２つありました。
   １つは電源を入れている状態での配線をいじったり、電気的なノイズを加えるようなこと（指で触る）をするとごみデータが入るようになります
   この場合は、ＭＣＵの電源を入れなおしてあげれば治ります。
    
   ２つ目は転送速度です
   Windows側のＣＯＭポートは通信速度がある程度固定になっています。
   ＭＣＵの種類によっては誤差が出てしまうので分周機能をうまく使って調整しないとごみデータが乗るようになりますのでご注意下さい。

 事例３　Ｃｈａｒａｃｔｏｒ　ＬＣＤ実装トラブル
ハードウェア自身に表示機能をつけるのもデバッグ機能としてうってつけです
文字だけでもあるとかなり変わるので１６文字が２行出せるＬＣＤを実装することにしました
配線数が少ない方がＭＣＵの足に困らないしトラブルも少ないだろうってことでＩ２Ｃ通信出来るものを秋月電子で購入してきました。
ややトラブルはありましたけど何とか実用できるレベルになりました
実装時にＡｒｄｕｉｎｏのサンプルでＬＣＤ制御するものがあるのでそちらのソースコードを利用するとかなり素早く実装出来ますよ。・・・ただし、通信部分はライブラリになっているので参考になりません。
 

 実際のトラブル

 

1. 反応が全くない
   基本通信はＭＣＵをマスターにしてＬＣＤをスレーブにした上で会話をしていく形になります。
   必要な命令を送っていくのですが返事が来ない・・・と言うかすぐにエラーになってしまいました。
   原因は処理速度が速すぎるということで何かしらの通信をしたら少し待ってあげないと駄目だということがわかりました。
   最終的には各命令後の待ちを１００ナノ秒くらい入れれば動くのでかなり適当に設定した待ち時間ですがそのまま利用しています。

 事例４　ＥＥＰＲＯＭ実装トラブル
色々な機能を実装していくと色々なパラメータを保存しておきたくなります
ＳＤカードを実装出来ればそちらでも良いのですが私の場合はＳＤカードの実装にトラブルが発生してしまったため先にＥＥＰＲＯＭの実装をすることにしました
ＥＥＰＲＯＭもＳＤカードもＳＰＩ通信（ルネサスマイコンではＳＣＩを利用しています）で動くのでどっちかが出来ればもう片方も簡単だろうってことでどちらが先でも良かった
 

 実際のトラブル

 

1. データの書き込みだけできない
   ＥＥＰＲＯＭにはレジスタがありこちらの情報を見て「プロテクトされているか」、「ビジーか」、「書き込み可能か」など判断して利用します
   このレジスタの情報を取り出したり、レジスタのライト許可設定だけは変更することが出来た
   なのでデータの読み書きも出来ると思っていたら、見事書き込みが出来なかった。
   原因はＣＳのＬｏｗとＨｉｇｈの切り替え不足だった
   基本命令要求前にＣＳをＬｏｗにして用事が済んだらＨｉｇｈにしなければいけないＷｒｉｔｅ前は書き込み許可の命令を出すのだがこの後にＣＳを一度Ｈｉｇｈにしなくてはいけないのだがそれを忘れていた
   それだけと言えばそんだけだが１日くらいはまってしまった

 

 事例５　ＳＤ Card実装トラブル
ポータブルプレイヤーの開発を目指しているおとはにとってデータを入れておくハードウェアは必須だ
だが、意外に仕様が複雑で実装するのも大変だということが身にしみてわかった
SDカードモードだと高速に利用できるがライセンス料金が発生するため個人では厳しい
比較的簡単に実装出来るSPI通信を利用することになるのだがこれも意外とはまることになりました
 

 実際のトラブル

 

1. 全くもって何も応答がない
   現在調査中です・・・
   
   2015/12/14 01:11:52 by Otoha
    

今後も色々経験したトラブルについてご紹介していきたいと思います
 

いらっしゃませぇ～

おとは～どぅぇぁの社 へようこそ(ﾉ)ﾟ∀ﾟ(ヾ)

今回は高速・高機能なマイコンを制作しているメーカーのルネサス社の総合開発環境についてご紹介します
ルネサスのマイコンは秋葉原の某電子部品販売店や他の中小企業からも開発ボードが制作されて販売されているかなり有名なメーカーです
開発ボードと言えば始めやすいArduinoやRaspberryPiなどもありますがこれらは速度面が悪かったり開発環境が良くなかったりLinux載せて遊んだりとかなり限定的なことしかできません
開発ボードとして考えると使用されているMCUが限られていて行えることも限定されてしまうのでやりたいことが決まっているなら１からチップを組んで実装していく方が楽しめますよ

ルネサスのマイコンは実際色々な電化製品にも組み込みされている有名なものなので資料もかなり充実していますのでやりたいことが比較的簡単に実現することができます。
※ArduinoやRaspberryPiよりは難易度はかなり高いのでご注意を。

では、ルネサスの開発環境についてご紹介していきましょう。

 充実したIDE

Visual Studioを意識して製作しているのだろうかと思えるほど機能がかなり似ている開発環境ツールです
割と最近にCS+と言う名前に変わっておりバージョンも３で始まる。

ちなみにCS+無料で利用は出来るが６０日で試用期間が過ぎるのでそしたらプログラムサイズが128KBまでとなってしまう
そこまでのプログラムを組まない人にとっては大したことではないけどね
機能制限以外を気にしなければ、プログラミング及びデバッガーとして本当に充実している。

 ちょいと投資しないと本領発揮しない
デバッガー機能に関してはMCUとCS+だけではほぼどうしようもできないです
と言うのも、本領を発揮するにはオンチップエミュレータのE1かE20を別途購入する必要があります
シリアルデバッガと言うシリアル通信でのデバッグを行う方法もありますがかなり使いにくい分類になるのでお勧めは出来ません
シリアルデバッガでもステップ実行やプログラムの転送は可能ですが、頻繁にデバッガーから切断されるのでがっつり作業は出来ません・・・


オンチップエミュレータのE1はこんなハードウェアです
お値段は1万２千円ほどしますがVisual Studioを5万で買うよりは安いかな
ちなみにトレース機能が付いているE20に関しては12万ほどしますので初めはE1がお勧めです


実際にMCUの実行プログラムを組んだりデバッグするためにMCUとE1を接続した開発はこんな感じになります
私の場合はブレッドボードを使用して開発しているので配線がすごいことになっていますがこんな配線でも大きな問題なくデバッグが滞りなくできています

 JTAGケーブルでE1とMCUの接続
E1は14ピンのJTAG用ケーブルでMCUの対応するピンと接続することになります。
接続方法については詳しくドキュメントが公開されていますのでご参照ください。

配線に問題がなければCS+のデバッグ・ツールをE1に設定するだけでプログラムの転送から実行からデバッグ・CPUリセットやステップ実行など自由に行えます

 開発において便利なウィンドウをご紹介

 

1. ウォッチ（指定変数の監視）
2. CPUレジスタ（レジスタの監視）
3. メモリ（指定アドレスのメモリ内容の一覧表示監視）
4. 逆アセンブル（アセンブル言語レベルでデバッグ）
5. IOR（IOレジスタの監視）
6. イベント（ブレークポイントやタイマーによるブレーク設定）
7. コール・スタック（プログラムの呼び出し元確認）

Visual StudioでもCS+でもデバッグにおいて必要になるウィンドウは大体同じですね
IORはCS+独自でIO制御系のレジスタの状態が一覧で見られるので設定漏れとか設定ミスとかチェックするのに便利です


2015/12/07時点でおとははCS+の製品版購入はしていないですがプログラムサイズ制限が厳しいと感じたら購入を検討してみようかと思います

CS+の製品版の購入となると調べた限りでは大方20万は必要なようなので個人で買えるレベルではなくて困るんだよね・・・

当分はルネサスマイコンとCS+で楽しく開発が出来そうですね
 

いらっしゃませぇ～

おとは～どぅぇぁの社 へようこそ(ﾉ)ﾟ∀ﾟ(ヾ)

今回はハードウェア開発中のトラブル対処のお供に便利なデバッグ方法についてご紹介します。
「 バウンダリスキャン」 ってご存知ですか！？

JTAGと言う通信技術があるのですがその中の１つの機能にバウンダリスキャンがあります。
JTAGの通信技術は他にも「実行ファイルの転送」や「総合環境との連動でのデバッグ」など用意しているメーカーもあります。

なので、ハードウェア業界的には基本的な技術の１つであるのです。
だがしかし、プロが本気で利用する機能なだけあって個人に対してはかなり高価なものが多いです。

実際、日本国内でも安くて１０万くらいは最低必要だと考えないといけない
余裕のよっちゃんで買えてしまう人は目的に応じて買って頂ければと思いますがそれだけで済ませてしまったら 「おとは～どぅぇぁの社」 を立てた意味がないですよ

ちょっとした興味と英語と探求心と向上心や気力やらあれこれ融合したらバウンダリスキャンを自前で実現することが出来ちゃうので実際に作成したツールを踏まえてご紹介しちゃいます

　 おとは制作のバウンダリスキャンツール　

テスト製作したツールなのでRX621の144ピンタイプのMCU以外では利用できないとっても限定的なツールです
そのうち、改良してもっと利用しやすくしようかとも思いますが現状維持です
（2015/12/06現在）

 では具体的にどんな風に制作していくのかをご紹介しますね
注意事項
ツールを購入せずに自分で１から制作していくため10万円は必要ありませんが通信用のハードウェアを1200円ほどで購入しておりますのでその点は費用が0円にはなっておりませんのでご了承ください

　JTAG通信が可能なハードウェアを手に入れる
JTAG通信を使用しないでバウンダリスキャンツールを開発するのには時間が掛かりすぎるのでまずはJTAG通信が出来るハードウェアを購入します。

何を買うのかはほぼ決まりなのですが今回、バウンダリスキャンツールを制作するうえで利用するライブラリがFTDI社のライブラリなのでそのライブラリが利用できるハードウェアに限定されます。
 

アマゾンでサクッと購入できるのは左記の商品のみのようです。 その他は秋月電子でも買えるのでFT232HLで検索して頂ければ私が開発に使用したチップの製品が見つかるかと思います。 必要な機能はMPSSEを使用したJTAG通信のみですので代用の聞くものであればFT232HLにこだわりはありません。 動作確認が行えているのはFT232HLですのでその他の動作保証は出来ません。 USBの場合は通信速度もバウンダリスキャンの結果にかかわりますので可能な限りHi-Speedタイプのものを選択してください。

おとはは秋月電子で購入したものを使用しております。


　設定変更ツールで設定を変更する

FTDI社のホームページから専用のプログラム（設定書き換え）ツールをダウンロードしてカスタマイズします。 後からわかったことはこのツールで設定してもJTAG通信にはあまり影響がないことだ。 一応、USBドライバタイプにした上でツールのプログラムが楽なのでデバイスに名前とシリアル番号をオリジナル設定にして間違ったデバイスを使わないように対処しています。 プログラムツールはこちらからダウンロードできます。 ツールは”FT_Prog”と言う名前です。

　ドライバーとライブラリを入手する
お次もFTDI社より専用のドライバーやライブラリをダウンロードしてきます。

ドライバーはこちらから。
ライブラリはこちらから。

上記のライブラリのリンクからは.Net Frameworkを使用したC#向けのライブラリがダウンロードできます。
ついでにサンプルも色々ダウンロードできるので実際に動かしてみると分かりやすいかと思います。
速度優先としたい方はC++などの言語のライブラリを取得してください。


　プログラムを組んでいく
こちらのドキュメントを読みながら実装を進めていきます。
私の場合はJTAG通信以外にも便利に利用できそうだと思ったのもあってC#向けに専用のライブラリを組んでからUIプログラムを構築していきました。


こちらの画像はVisual Studioの開発画面でエディタの左側がWPFのUI設定の一部で右側がおとは自己流ライブラリのソースコードの一部です。
こんな感じで順番にマニュアルを参考にしてコーディングしては動作確認してテストの繰り返しです。


　動作確認
実際の動作はこの動画を見て頂ければわかるかと思います。
UIの実装優先でC#で制作したこととライブラリもC++/CLI等の高速化をせずにC#のままなのでかなりもっさりしています。
 
UIも速度もって人はWPFを使いつつC++/CLIを組み合わせてやっていけばかなり良い感じに作れるかと思います


　ツールの公開について
2015/12/06現在ではRX621の144ピンしか対応していないのでツールの公開は考えておりません。
ご希望がありましたら直接、おとはまでお問い合わせしてくれたら個別に対応致します。
RX621以外のMCUでもBSDLがあればツールの拡張対応は可能なのでBSDLを頂ければ対応も可能ですが依頼の量によっては有料とさせて頂きます。
 お問い合わせ先は本ページの最後に記載してあります。

　ライブラリの公開について
C#ライブラリの仕様の都合上、ライブラリDLL単体での公開は行う予定はございません。
ライブラリの提供をご希望される方はソースコードの利用権のみを購入して頂く形となりますのでご相談頂ければと思います。
 お問い合わせ先は本ページの最後に記載してあります。



　おとはへのお問い合わせ方法について
質問やその他お問い合わせなどはメールアドレスまでお問い合わせください。
あて名は”おとは”で頂ければと同名での返答を致します。
何かしらの契約をさせて頂く際は本名で連絡致します。

いらっしゃませぇ～

おとは～どぅぇぁの社 へようこそ(ﾉ)ﾟ∀ﾟ(ヾ)

ノウハウ・技術編と言うことで、実際におとはが考えて行動して開発してみて感じた事やあれこれの良いところ悪いところ、気にするところ、注意点など色々ご紹介していこうかと思います。

まずは、箇条書きではありますが良く感じる基本的なところを書いておきますのでしっかり身に着けておきましょう


 ハードウェア開発の基本　

1. 各種電子部品の基本的な特性は抑えておく
   • 電子部品を選ぶときに商品説明を読んで理解できるようにしておこう
   • 電子部品にも癖はあるので値段によっては十分に調べてから買おう
2. 電子部品は大事に扱おう
   • 電子部品は部品同士をはんだ付けしていくので熱の加え過ぎに注意だ
   • ピン数が多いICとか小物は簡単に足が壊れるのでそっと扱おう
   • 水晶発振子とか振動する系は特に衝撃に注意だ
3. 配線は短く済ませるように心がける
   • ブレッドボードなどで開発する時は特に導線の長さに注意する
   • 周波数の高いICではクロック単位の間隔がせまいので導線を長くし過ぎないようにすることで遅延対策をしよう
   • 求められる速度によってはブレッドボードはなくユニバーサル基板でも良いので短く配線しよう
4. 電子部品も導線も消耗品だ
   • 電子部品も消耗品だし導線も消耗品ですので摩耗には注意です
   • 断線・接触不良の導線を使ってしまうと思わぬところでトラブルになりますので再利用時は極力導通チェックをしよう
5. はんだ付けを過信しない
   • 特に1mm満たないピンのはんだ付けは見た目通りに接触しているかなんてわからないので極力導通チェックをしてから開発しよう
   • トラブルが発生したときは接触不良も疑おう
6. ノイズが少ない環境で開発しよう
   • ACアダプターやUSBなど簡単に電気が手に入る分、どちらもノイズがびっしりなので影響を受けないようにコンデンサなど対策しよう
   • 人の体にも電気が微量ながら流れているのでタッチノイズも動作不良にさせてしまうことがあるので触れるときも注意しよう
   • 絶対にやってはいけないのは静電気なので特に冬場は静電気対策をしっかりしておこう
7. （予算によるが）色んな部品を試した方が発見がある
   • 部品も格安から超高級まで多種多様なので色々試してみた方が発見がありますし品質向上もできます。
   • 値段が高ければ品質が良いとしても開発製品に合致するとは限らないのでこれも試していくしかない

 

 ソフトウェア開発の基本　

1. 機能調査
   • マニュアルを見て目的が果たせるか調べる
   • サンプルプログラムを実行してテストする
2. テスト実装
   • 実際に開発している環境へ組み込みしてテストを行う
   • テスト実装の時点ではハードコーディング・直値が多くなっても良いので速度優先とする
3. 本実装
   • 機能が複雑になるほど外部からの入力を受けて処理を変更できるような臨機応変に動作する処理にして本実装を行っていく
   • 他人に説明がしやすい、引継ぎしやすいコーディングを優先して実装速度に気を取られてわかりにくくならないように気を付ける
4. コーディングルール
   • 一人で作業する場合は特に気にする必要もなのだがルールを決めて作業する方が奇麗なコードが書ける
   • 変数の型も標準のを利用するよりは独自に定義しておいた方が他プラットフォームへの移植も楽にできる
5. コード整理
   • 機能によってまとめられるものは順次まとめていく
   • 同じようなコードはメンテナンス性も悪いので管理しやすく整理しよう
   • 随時、実装を進めながら処理の挙動を変えないようにしつつ、煩雑化したコード、複雑になったコードなど少しずつ整理して簡潔なコードに修正していく（リファクタリング）
6. オブジェクト指向
   • マイコンプログラムでも最近はC++言語の利用も可能なのでオブジェクト指向のプログラミングを使用
   • 守りたい変数があったり、異なるデータを同じ処理で管理したりする場合などに非常に便利である
   • コード整理もしやすく目的がわかりやすい処理に出来る
7. ライブラリ化
   • 良く利用する処理、特に開発プロジェクトが変わっても利用する処理はライブラリとしてまとめていく
   • メインのプログラムに直接組み込みせずにライブラリプロジェクトを作成してまとめていこう
8. マニュアルの作成
   • 大きなものになるほど引継ぎが大変になるので少しずつマニュアルを作成して担当者が変わってもスムーズに作業が続行できるようにしていこう
   • マニュアルはDoxygenのようなツールを利用してマニュアル化するのがかなり楽なのでコーディングルールもしっかり決めておく
   • 複雑な処理になるほどクラス図やシーケンス図は大切なので設計の段階から仕様としてまとめておく方が実装トラブルも少なくなる

ひとまず、ざっと書いてみたけど更新は随時行っていきます。