STM32 HAL USB-CDC

-

 Blue Pill（STM32F103）のUSBポートとPCを繋いでPCとの間で通信を行ってみる。以前にやっているが、メモ程度だったので再度記述する。

はじめてのマイコンを手にするとLチカからはじめる。これはデジタルのアウトプットを実行する事を身に着けるため。その後デジタルのインプットでスイッチをONするとLEDを連動させて点灯させる・・と。これらの時LEDが表示器、つまりプログラム通りに動いているか？を確認する術となる。

センサから値が読めているか？とセンサ値を確認する場合表示器としてなんらかのディスプレイが欲しくなる。圧倒的にデバッグ時間も短縮できる。そこでUSBポートを経由して結果をPCに映せるようにする事が目的。（Arduinoなんかは、すぐにできるが Blue Pill（STM32F103）はそうはいかない）

前回のおさらい

前回用意した、ブレッドボードにblue pillを設けたスイッチを押すとLEDが付くところまでを改めて作成する。→前回の内容

スイッチを押したらLEDが付くところまで確認する。

USBの設定

Device configuration tool を開く。画面右上に、MXのアイコンがあるので押すと開く。

Categoriesの下に”Connectivity”があるので、それをクリックして展開する。下の方にUSBがあるので選択する。USB Mode and ConfigurationのModeの欄に□Device(FS)があるのでチェックを入れる。

するとCategoriesの下のMiddlewareの所に”USB_DEVICE"が反転し選択できるようになる。USB Mode and ConfigurationにClass For FS IPが現れてDisableになっているが、選択できるようになる。

Communication Device Class(Virtual Port Com)を選択する。

以下STM32で何を実現するかによって選択をかえるざっと説明すると、

Audio:オーディオ機器を接続する際に利用

CDC（Communication Device Class）:デバイス間のデータのやりとりを行うための通信をするとき

DFU: Device Firmware Upgrade　ブートローダーを書いてUSB経由でファームをアップロードできるようにする

HID:Human Interface Deviceなんでキーボードなんかを作る時

Strage:USBハードディスク、USBメモリ、メモリーカードのデバイスを作るとき

  といった感じ。今回の目的からCDCを選ぶ。

クロックの設定

□Device(FS)のチェックボタンにチェックを入れた時に実は、もう一か所画面に変更がされている。


Clock Configurationのタブの左に赤いｘ印がつくようになっている。これはクロックの設定が正しくないですよという警告。



Clock Configurationのタブを開くと、自動でクロック問題を解きますか？とダイアログが開くがNoを選択。YESを選択しても解は見つからない。


まず、エラーが出ている状態を見てみる。HSI RCとLSI RCが青くなってそこからクロックが供給されている事がわかる。HSIは高速内蔵8MHzのRCオシレータでLSIは低速内臓の40kHzのオシレーター。RCからなる共振器は水晶振動子がいらないので回路が簡単に形成できる一方で、外部と通信するなど周波数の絶対値が必要な用途では温度の影響などで周波数変動が起こるので、うまく通信できない事象が起こる。そこで外部に設けた精度の良い外部クロック（水晶振動子/セラミック振動子）を利用する。


Categoriesの下のSytem Coreを展開し、RCCを選択する。Reset and Clock Controlの略。

High Speed ClockU(HSE)をCrystal/Ceramic Resonatorを選択することで外部クロックがMPUに接続される。PD0とPD1ピンが接続される事が確認できる。


再度Clock Configurationのタブを開くと左側のボード上に設けられた8MHzの水晶振動子と接続がなされる絵に変更されている事が確認できる。このままでもよいが、バススピードが最大になるようにPLLの倍率を９倍に変更しUSBのプリスケーラを/1.5に設定する。USBは48MHｚにする必要がある。

ここまでできたら保存（Ctrl＋S）して自動コードを生成する。

コーディング（マイコン→PC)


まず、プライベートのincludesを置く所に、

/* Private includes ---------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN Includes */

#include "usbd_cdc_if.h"

/* USER CODE END Includes */

とusbd_cdc_if.hのヘッダーを読み込む。通常、自動コード生成で必要なものはincludeされるが、この子はされてこない。

implicit declaration of function 'CDC_Transmit_FS' [-Wimplicit-function-declaration]

CDC_Transmit_FSという後ほど使う関数が”暗黙的な宣言だ！”と警告がでる。無くてもエラーにはならず動作はする。

次に、43行目あたりにプライベートな変数を記載する箇所があるので、char型の変数を定義しておく。

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

char cdcBuffer[64];

/* USER CODE END PV */

続いて、無限ループの箇所に

 /* Infinite loop */

  /* USER CODE BEGIN WHILE */

  while (1)

  {

    /* USER CODE END WHILE */

  sprintf(cdcBuffer, "Hello\n\r");

  while(CDC_Transmit_FS((uint8_t*)cdcBuffer, strlen(cdcBuffer)) == USBD_OK) {}

  HAL_Delay(500);

    /* USER CODE BEGIN 3 */

  }

と追記をする。

BOOT０のジャンパーピンを１にしてリセットを押して書き込みを行う。

無事完了したらジャンパーピンを戻す。



TeraTarmを立ち上げて、シリアルにチャックを入れる。ポートにＣＯＭＸ（Xはなんかの数字）にシリアルデバイスが見えるので選択する。

0.5秒間隔でHelloの文字が表示される事が確認できる。

プログラムを編集した場合は、USBポートを抜き差ししてあげる必要があるのが欠点。
（スイッチ付のUSBハブを使って切断すると手間が少ない）

数字（int, float)の転送

文字を映したので、次は数字
  /* USER CODE END WHILE */
 uint8_t int_test;
  float f_test;
  int_test=3;
  f_test=3.141592;
  sprintf(cdcBuffer, "int=%d, float=%f\n\r",int_test,f_test);
  while(CDC_Transmit_FS((uint8_t*)cdcBuffer, strlen(cdcBuffer)) == USBD_OK) {}
  HAL_Delay(500);
と編集する。
すると、sprintfの行になんやらマークがつく。カーソルをもっていくと以下のようなメッセージが見える。


Problem description: The float formatting support is not enabled, check your 
 MCU Settings from "Project Properties > C/C++ Build > Settings > Tool 
 Settings", or add manually "-u _printf_float" in linker flags.
と書いてあって、その通りに設定してやる必要がある。


Project Explorerのフォルダを右クリックしてPropertiesを開く.
>C/C++Buildを展開して、Settingを選択。Toolsettingのタブの下にあるMCU Settingsをクリックする。□Use float with printf from newlib-nano（-u _pringf_float)にチェックをいれる。この状態でコンパイルして焼き付けてあげるとちゃんと表示がされる。


整数も、フロートも表示さえる事が確認できる。

コーディング（PC→マイコン)

今度は、PCからマイコンに文字列を送ってみる。

まず受信するための変数を用意する。送信と同じように、cdc_RX_Bufferという名で用意してみる。

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t cdc_TX_Buffer[64];
uint8_t cdc_RX_Buffer[64];
/* USER CODE END PV */

次にちょっと小細工をする。



Project Explorerのプロジェクトの下にUSB_DEVICEというのがあるので、その中のusbd_cdc_if.cというのをダブルクリックして開く。

３０行目過ぎの所に、プライベート変数として先ほどmain.cで宣言したRX用の変数を外部参照として定義する。

/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
extern uint8_t cdc_RX_Buffer[64];
/* USER CODE END PV */

次に、２６０行目ぐらいにCDC_Receive_FSという関数を探し編集する。４行を追加する。

static int8_t CDC_Receive_FS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, &Buf[0]);
  USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);

   memset (cdc_RX_Buffer, '\0', 64);  // clear the buffer
   uint8_t len = (uint8_t)*Len;
   memcpy(cdc_RX_Buffer, Buf, len);  // copy the data to the buffer
   memset(Buf, '\0', len);   // clear the Buf also


  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */
}

CDC_Receive_FSという関数は、文字を受信するとコールバックされる関数になっているので文字を受信するとここに飛んでくる。mainと共有している変数cdc_RX_Bufferに受け取ったものを格納してあげる。

memset関数はメモリに指定バイト数分の値をセットするC言語の関数で、cdc_RX_Bufferを受信文字列を格納する前に'\0'で埋める（空にする）。前に受け取った文字列が8文字で、次受け取ったのがそれより短い4文字だとすると、後半４文字は前のものが残ってしまうので、いったん空にする。

 uint8_t len = (uint8_t)*Len;

これは単に小文字のlenという変数を用意しているだけ。（以後Lenを使ってもよく多分これいらない）

 memcpy(cdc_RX_Buffer, Buf, len);  // copy the data to the buffer

memcpy関数も、C言語の関数で、Bufをcdc_RX_Bufferにしていバイト数だけコピーする。

memset(Buf, '\0', len);   // clear the Buf also

最後にCDC_Receive_FS関数の受け取り文字列格納されるBufも空にしてあげる。理由は同じで文字列の長さ違いが入ってきた時の対処のため。


usbd_cdc_if.cの編集はここまでなので保存する。

再度main.cに戻りメインループを記載する。

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

char RESP_TEST1[] = "ON\r\n";
char RESP_TEST2[] = "OFF\r\n";

  if (strcmp((char *)cdc_RX_Buffer, RESP_TEST1) == 0)
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
  sprintf((char*)cdc_TX_Buffer, "LED turned on.\n\r");
    while(CDC_Transmit_FS(cdc_TX_Buffer, strlen((char*)cdc_TX_Buffer)) == USBD_OK) {}

  }
  else if (strcmp((const char *)cdc_RX_Buffer, RESP_TEST2) == 0)
  {
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
  sprintf((char*)cdc_TX_Buffer, "LED turned off.\n\r");
    while(CDC_Transmit_FS(cdc_TX_Buffer, strlen((char*)cdc_TX_Buffer)) == USBD_OK) {}

  }
memset(cdc_RX_Buffer, '\0', strlen(cdc_RX_Buffer)); 
  }
  /* USER CODE END 3 */

解説していくと

次に、RESP_TEST1のRESP_TEST2と二つの文字列の配列を用意。ここでは”ON"と”OFF"というコマンドを定義してみる。

  if (strcmp((char *)cdc_RX_Buffer, RESP_TEST1) == 0)

strcmpという関数は２つの文字列の比較をして一致すると０を返すというC言語の関数。受け取った文字列が”ON"と一致するなら｛｝の中を実行する。
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
でONと一致するならPC13をGNDに接続してLEDを点灯させる。
その後、
sprintf((char*)cdc_TX_Buffer, "LED turned off.\n\r");
”LED turned on.”とLEDついたよ！とメッセージをＰＣに送ってやる。

 while(CDC_Transmit_FS(cdc_TX_Buffer, strlen((char*)cdc_TX_Buffer)) == USBD_OK) {}

USBの送信がＯＫになるまで待機。ＯＦＦ側も同じ。
最後に、
memset(cdc_RX_Buffer, '\0', strlen(cdc_RX_Buffer)); 

cdc_RX_Bufferを空にしてあげる。









コメント

コメントを投稿

このブログの人気の投稿

Attiny85とAQM0802A(LCD)のI2C接続

-
イメージ
Attiny85とAQM0802A(LCD)のI2C接続 以前に 、ブレッドボード上でArduinoにAQM0802を接続して文字を表示できたので、今度はAttiny85での表示。 Arduino　UNO,Nanoだと"Wire.h"を読み込むんだがAttinyでI2Cを扱うには、”TinyWireM"を読み込む。 またLCDで提供されているST7032.hの中身とかも変更する必要がある。 そこは自分でやらなくても、非常に先人の方々がまとめてくれている。（ ここと か） ・はまった点症状 AttinyにちゃんとISPから書き込みができているのに液晶に何も映らない。 かと言って同じスケッチをNanoに書き込み”Wire”に戻してあげて接続すると動く。 つまり、スケッチが悪い訳でもないし、液晶が壊れている訳でもない。 VCCのラインにスイッチを設けてやって、スイッチをなぜかダブルクリックすると液晶が映る。一度映ると消える事はないが、たまに映らない事があり不安定・・・ なぞのままである。 でAttinyが表示器を手にいれられた。 でスケッチを書き換えて温度計としてみる。 サーミスタのテストをしたとき のスケッチとマージして、Attiny85で計測して表示する。 26度付近の室温を示して、サーミスタを手でつまむと3４度とかまですぐ上昇。 温度表示まではできた。 //this is a test for attiny85 thermistor //measured temperature is displayed on LCD AQM0802A  //  PB5[  ]VCC  //  PB3[  ]PB2 SCL  //  PB4[  ]PB1  //  GND[  ]PB0 SDA #include <TinyWireM.h> #include <ST7032.h> ST7032 lcd; const int PIN_ANALOG_INPUT = 4; const float V5V = 5.0;//measured voltage +5V pin. const float R10k = 9980;//measured R R1
Read more »

Attiny85 FuseRest

-
イメージ
Attinyシリーズのマイコンに書き込みをする際に arvdude: Device singnature = 0x000000 arvdude: Yikes! Invalid device signature. とエラーが出て書き込めない場合の対処の話。フィーズリセッターを作ってリセットすると無事に書き込めるようになる。フィーズの設定をしないと書き込めなくなる場合がある事は知っていたが、その状況にいざなったので備忘録。  Attiny85を使ったプロジェクトをと久々にブレッドボードで、ライターを作成。 ArduinoのISPのスケッチをNanoに書き込みし、LチカをAttiny85から実行する。 https://www.studiopieters.nl/miniaturizing-attiny85/ を参考にして書き込み回路を作っている。昔Attiny85書き込み用のライター回路を作ったのだがどこかに行って見当たらないのでブレッドボードで。 Lチカまではなんて事ないし、沢山WEBで情報がひらえるので問題ない。 手元に7個あったが2個に書き込みができない事象が発生。おそらく、昔、digispark化したものなんだろうと・・・ arvdude: Device singnature = 0x000000 arvdude: Yikes! Invalid device signature. とエラーが出て、0x000000とデバイスを認識してくれない。 本来は、0x1e930Bと表示され、（たぶんat85)と表示される。 これも調べると、よくあるらしく、フューズの設定を12VをResetピン（１番ピン）に与えて書き換えれば復活するとの情報がたくさんあり、フィーズを書き換えればいいんだろうと以前から見当はついていたが、書き込めない事象に出会ってこなかったので。 フューズリセッターの回路とスケッチが以下に見つけられたのでさっそくやってみた。 https://sites.google.com/site/wayneholder/attiny-fuse-reset https://gijin77.blog.jp/archives/32869284.html これを参考に、ブレッドボードで回路を作ってみた。 12Vの供給は、別に電源を用意してもよいが昇圧回路をアマゾンで大量購入していたも
Read more »

HS101 STM32の自作お手軽オシロスコープ

-
イメージ
 オシロスコープの作製 https://www.martinloren.com/hs10x-diy-oscilloscopes/ ①準備 ：ハードオフに行って安いスマホか、タブレットを購入してくる（画面として使いたい。1200円でNEXUS7を購入してきた。手元のスマホを使うでもむろんよい。 ②電子部品 物をそろえる。基本手元にある部材でほとんど揃えられたがUSB OTG Cable だけはアマゾンで調達。100均のケーブルを加工する方法が検索すると出てくるが、さすがに面倒なので購入。martinlorenの解説では、TTLケーブルを調達して書き込むと書いてあるが、まあおれはST-LINKをもっているのでこれを使う。 ③ハード部分の組み立て http://hscope.martinloren.com/HS101-oscilloscope.html に記載の通りに回路を構成。 部品数が少ないので１０分程で半田は終了。基板を切断する。 bulePillがすでにブレッドボードにさしてつかっていたものなのでジョイントが裏側に。特段高さ問題なく、bulepillの基板に接触する事はない。 これにプローブとなる線を半田してハードは終わり。 ④ソフト側 アンドロイドに、HScopeをインストール。これはgoogleアプリからサクッとDLするだけ。 https://play.google.com/store/apps/details?id=com.martinloren.hscope ファームの書き込み 公式ページでは、USB-TTL Connectorを購入してきて、スマホのSTM32への書き込みアプリをＤＬしてきてスマホから焼き付けるという事だが、そんなケーブルわざわざ用意しないので、ST-LINK(中華）を使う。 ファームをgithubからDL https://github.com/martinloren/HScope/tree/master/HS10X 2022年12月時点で最新は、V10.2。 STM32 ST-LINK utilityを落としてくる。 https://www.st.com/ja/development-tools/stsw-link004.html? stFirstName=&stLastName= DL時に、名前とメアドが聞かれて、メールに届い
Read more »