AVR側はとりあえずでき 、Windows側も結構出来上がってきました。センサとの接続部で回路設計の見直しが生じ、プログラムの方は待ち状態になりつつあるため、以前から気になっていた以下のことを検証することに。

正確な時間を測定しているのか

AVRを駆動するクロックをカウントして時間を測定しているので、正確さはクロックのそれに直接依存してます。ストロベリーリナックス のボードは16MHzクォーツですのでそれほど狂ってはいないと思いますが。

頻繁にボタン･センサをOn/Offしても正確に測定できるか

回路はOn/Offが切り替わったときだけPC側にその情報を送ります。On/Offが頻繁に起きるとUSB通信も増えるわけで、そういったCPU負荷が高い状態でも時間を正確に刻めるか。

というわけでPC側のプログラムを拡張。

• PCの時計は信用できないので、あらかじめNTP でサーバに同期。
• AVR側は10kHz(1秒間に1万回)、内部のカウンタを延々と+1し続けます。PCから命令を受けるとその時の内部カウンタをPC側に返す機能を追加。
• PC上のWindowsプログラムは1時間ごとにAVR側に内部カウンタを報告させるコマンドを発行、1時間の間にカウンタがいくつ増加しているかを調べる。
• 上の測定をスイッチのOn/Off無しと頻繁に繰り返す状態で行い、比較する。

On/Offの繰り返しは手元にあったPIC 12F683でM系列 を発生させるプログラムを作成、AVR側のスイッチ入力としました。AVRのクロックが正確なら、1時間後のカウンタは3600万増えているはず。測定の結果は以下の通り。

スイッチOn/Off	1時間のカウント増加	1秒あたり
なし	35998815.95	9999.67
あり	35998770.97	9999.66

今やっているのはミリ秒単位の測定なので、1秒間1万カウント中影響が出てくるのは10の位。しかしAVR側のカウンタの狂いはその2桁下、スイッチOn/Off有無による違いは更に1桁下。

スイッチOn/Off間隔が数分にも及ぶような測定の場合はミリ秒単位に影響が出てくるのでこの結果による補正が必要になってきますが、今前提としているのは1～2秒間隔。無視しても良さそうですねぇ。

[2010/9/25 追記] 続き

ミリ秒測定のAVR側は一段落ついた ので、Windows側のプログラムに着手。Windows側からはシリアルポートと認識されるので、そのポートと通信するプログラムにすればOK。実際これまでの動作確認はTeraterm を使ってました。.NET Framework 2.0以降はシリアルポートをサポート してますので、Visual C# 2010 Expressなら通信もさほど苦労しないでしょう。

まずは利用可能なシリアルポートの取得。最初に見つけたのはSystem.IO.Ports.SerialPort.GetPortNames()。これは'COM1', 'COM2'といったポートの番号を返してくれます。しかしTeratermでは'通信ポート (COM1)', 'AT90USBxxx CDC USB to UART MGM (COM3)'のようにより詳細な名前が表示され分かりやすいので、できればこういう表示をしたいところ。

こういう時はWMIを使えばよいそうで、以下サンプルコード。

using System.Collections.Generic;
using System.Management;
(略)
Dictionary PortsTable = new Dictionary<string, string>();
ManagementClass mcW32SerPort = new ManagementClass("Win32_SerialPort");
foreach (ManagementObject aSerialPort in mcW32SerPort.GetInstances())
{
  PortsTable.Add(
    (string)aSerialPort.GetPropertyValue("Caption"),
    (string)aSerialPort.GetPropertyValue("DeviceID"));
}

comboBoxCOMPorts.Items.Clear();
foreach (string aPortCaption in PortsTable.Keys)
{
  comboBoxCOMPorts.Items.Add(aPortCaption);
}

GetPropertyValue("Caption")が画面表示用の詳細な名前を返してくれます。わざわざDictionaryオブジェクトで格納してるのは、この後ポートを開くときにはDeviceIDで指定しないといけないからです。

画面はシリアルポートのリストが取得できているという画面。下のテキストはAVR側からの応答で、受信もちゃんとできていることを確認。

ちなみに'Caption'や'DeviceID'といった文字列は、PowerShellで以下のコマンドを入力すると参考になります。

> Get-WmiObject -Class Win32_SerialPort
または
> $wmiser = new-object System.Management.ManagementClass "Win32_SerialPort"
> $wmiser.GetInstances()

[参考]

• COMポートを列挙する (新日々此何有哉 / kkamegawa氏)
• C# WMI (宇宙仮面の C# プログラミング)

前回 から結構進み、AVR側は一通り動作するようになりました。長時間安定稼動するか確認しつつ、次はWindows側の作成に取り掛かろうかと。

ここまでで遭遇したトラブルは

• Windows側でUSBデバイスとして認識される前にタイマー割り込みを有効にすると、Windows側で認識されないことがある。割り込みの頻度よりは1回の割り込みでかかる処理数のほうが影響あり(一回の割り込み処理に時間がかかるようだと不具合になりやすい)。
• 64ビット用ドライバ。基本的にWindows標準のドライバ(usbser.sys)を使用するのですが、それでもINFファイルが必要。AtmelのCDCサンプルコード には32ビット版のINFファイルしかありませんでした。見よう見まねで64ビット用INFを作成、とりあえず動いているみたい。

[参考]64 bit CDC (AVR Freaks)

[2010/10/14 追記] つづき

前回 はAtmelのUSB-シリアルポート変換サンプルプログラム の動作を確認したので、これをベースに改造していくことに(だって一からUSBの送受信する部分書きたくないもん)。

現在考えている構成は図の通り。

• 右のループはこの手のワンチップマイコンには高確率で搭載されているCPUクロックによる割り込みを利用。1k-10kHz位で割り込みをかけ、その度に内部のカウンタを+1。次に外部に接続されるボタンのOn/Offをチェック、変化があれば左ループに通知する。幸いにもシリコンリナックスのボードはUSB通信する必要があるからか、CPUクロックに水晶発振器を使用しているので精度は期待できそう。できればチャタリング処理もこのループでやりたい。
• 右のループは主にPCとのやり取り。USB経由でPCからの命令を受信し設定変更。またボタンのOn/Offに変化があればそのときのカウンタ値をUSB側に送る。AT80USB162に負荷をかけたくないので、カウンタは右ループで増加するのみ。受信したPC側が前回のOn/Off変化のカウンタ値を記録しておいて、そのカウンタ値の差からOn/Off感覚を計算する。

前回は左側のループで必要なUSB経由でPCとのデータ送受信が確認できたので、今回は右側ループに必要となるUSB通信を維持したまま定期的な割り込み処理ができるかの確認。なのですが、これ、前回にソースコードを読んでいる途中でRXDでデータを受信したときに割り込み処理が使われいるのを見たので、できるだろうなとは分かっていたりします。

とりあえず、今後COMポート側の機能は不要だし変な割り込みかけられても困るので削除。Sim氏 の記事を参考にしながら割り込み処理を追加。

今回変更したのはcdc_task.cのみ。変更内容は

• RXD-TXD接続なしにプログラム内でループバック。
• 1秒に1回USB側にピリオドを送信

結果がTeratermの画面。1秒に1個ピリオドが表示されつつ、PCからの入力に対してオウム返しします。この1秒間隔内で、axion/sakura/ne/jpとキーを叩けば、このサイトのアドレスが画面に表示されることになるのですが、キータイプが遅くてなかなかsakuraが入力できませんでしたorz

[参考]AVR でタイマー割り込み (Sim's blog 2008/9/20)

[2010/7/2 追記] つづき

[2010/10/12 追記] この記事に貼りつけてあるcdc_task.cを使用したHEXファイルをアップロード。TXD-RXDの短絡不要でPCから打ち込んだ文字をそのまま返します。また1秒に1回PC側に'.'(ピリオド)を送信します。

前回 の内容で提案してみたところ、AVRでゴーサイン(というか、できるやつでやってて感じw)出たので、ストロベリーリナックス のボードを購入。

この手のワンチップマイコンはPIC&アセンブラしかやったことないので、まずは開発環境の使い方を知る意味で手堅くサンプルプログラムのCDC(USBシリアルポート)を動かしてみることに。

• AVR Studio 4.18 、FLIP 3.4.1 、WinAVR-20100110 をダウンロード、インストール。
• AT80USB162が分類されるSeries 2 software package からAVR272: USB CDC Demonstration: UART to USB Bridge をダウンロード、ZIPファイルの中からSTK526-series2-cdc-2_0_3-doc.zipを適当なところに展開。
• AVR Studio 4を立ち上げ、(展開したディレクトリ)¥STK526-series2-cdc-2_0_3¥demo¥STK526-series2-cdc¥gcc内にあるapsファイルを開く。
• (展開したディレクトリ)¥STK526-series2-cdc-2_0_3¥demo¥STK526-series2-cdc¥conf¥config.hを開き、#define FOSC 8000を16000に変更。

ここまではすん氏 のサイトに書いてあったことに従っただけ。ここでコンパイルすると、

../main.c:107: error: expected expression before 'do'
../main.c: In function '__low_level_init':
../main.c:126: error: expected expression before 'do'

なるエラーが出て二日悩む。答えはSTK526-series2-cdc-2_0_3¥lib_mcu¥power_drv.hの以下の部分を以下のように()を削除。

#ifdef  __GNUC__
   #define Clear_prescaler()   (clock_prescale_set(0))
    ↓
   #define Clear_prescaler()    clock_prescale_set(0)

関数clock_prescale_setがWinAVR側のヘッダファイルでマクロとして定義されているのですが、これがカッコ内で展開されると文法エラーになるため。たぶんここ に書いてあるinline関数を使っても解決できると思います。

すん氏のサイトを参考に、gccディレクトリにできたSTK526-series2-cdc.hexファイルをFLIP 4を使って書き込み。一度抜いて差し込むと新規デバイスとして認識するので、STK526-serise2-cdc-2_0_3-doc¥demo¥sTK526-series2-cdcディレクトリにあるINIファイルを指定してドライバをインストール。無事XP/Vista上で仮想COMポートとして認識される。

ところがループバック(入力をオウム返しする)はずなのにターミナルソフトで通信しても何の反応もないことにまた二日悩み、ある勘違いに気づく。このプログラム、USB側に対してオウム返しするデバイスになるんじゃなくって、USBと本当のCOMポートの変換しているのね。

AT80USB162の端子でCOMポートの役割を担っているのが、PD2(RXD)・PD3(TXD)・PD5(XCK)・PD6(RTS)の4つ。これを9ピンD-Subに接続すれば本当にUSB-COMポート変換機。ループバックさせるにはRXDとTXDを接続して、自分が発した信号を自分で受け取るようにしないといけないわけか。同期信号は自分で自分の出した信号受けるから不要(自然と同期されている)と。すん氏のページよく読んだら両方を接続しろと書いてあるぢゃないかorz

写真のようにPD2とPD3を短絡して再度ターミナルソフトで入力すると無事オウム返しするのを確認。またcdc_task.cを

uart_putchar(uart_usb_getchar());   // loop back USB to USART
↓
uart_putchar(uart_usb_getchar()+1);   // loop back USB to USART

と変更して、入力文字がアルファベット順で一文字ずれる(HALとタイプするとIBMと返ってくる)のも確認。よし、これでPCと通信ができるようになりましたと。

[参考]

• Atmel　USB CDCデモ (趣味の電子工作の部屋 by すん)
• AVR Freaks AVR GCC forum - AVR328
• [bug #28756] Bug in AVR libc 1.6.7 (power.h for 8-bit AVR) (Old Nabble - AVR - Libc - Dev)

[2010/6/26 追記] 続き

[2010/10/12 追記] 16MHz用機能変更なしのHEXファイルをアップロード。USB側に接続したPCがデータを受け取るにはRXDとTXDを接続する必要があります。

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