Fenrir's BLog: Embedded System アーカイブ

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カテゴリー Embedded Systemに属する記事の一覧ページです。
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カテゴリー Embedded Systemの説明:

趣味の電子工作のお話。
業界用語では『組込み系』というらしいですが、できるだけお金をかけずに目標を達成することを心掛けています。ターゲットですが、サイト開設当初はH8を中心に作業をしていたのですが、それからどんどん手を広げてSH4やDSPもやりだしました。好きこそ物の上手なれとはまさにこのことではないかと考えています。
回路図や基板のレイアウトも積極的に公開していますので、参考になれば幸いです。

Latest 5 Entries

猫カメラ、空を飛ぶ!!

某所での実験にて空から一枚。

Google先生の地図と比べてみます。

余興として猫カメラを載せてもらった結果です。はやく動画がとれる次バージョンを作りたいにゃあ。

Jun 25, 2009. 20:39 fenrir が投稿 : 固定リンク |

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SEED-XDS560Plusとか VS6724 とか

あまりにも更新がないのも申し訳ないので、軽めの近況報告2つでお茶を濁したいと思います。

まずは1つめのお話ですが、オートパイロットシステムSuper SylphideでTIのDSPを使っている関係で、そのDSPの開発環境を強化しました。購入したのはSEED Internationalという会社の560クラスエミュレータで、SEED-XDS560Plusという製品です。日本の代理店、立野電脳さんから購入しました。いままでは下位機種の510クラスのSpectrum Digital XDS510 USBを使っていたのですが、HS-RTDXという高速データ入出力環境を使いたいがために購入に踏み切りました。
現在、統合開発環境(IDE)のCode Composer Studio 3.3 Service Release 11(CCS3.3 SR11)と組み合わせて快適に使えています。最新パッチのSR12ではドライバがまだ提供されていないので動きません。直接SEEDに問い合わせてみたのですが、『ドライバ開発に必要なキットEPKがTIから提供されていないから、出せないんだよ』と言われてしまいました。eclipseベースの新しいCCS4がリリースされる前に3.3SR12対応になるのか、気になるところです。
なお余談になりますが、TIのDSP関係にはかなりの資本投入をしているので、しばらくは離れることはないと思います。ということは次期SylphideもTIのDSPな予感がしています(笑)

2つ目の話としては、STMicroのUXGAカメラモジュールVS6724を、新しい猫カメラに使おうと考えています。この構想は、自作耳掛けMP3プレーヤTimpyでお馴染みのちあきさんにMTM03でお会いした際、VS6724を1個買わせていただいたことに端を発しています。ご対応いただきありがとうございました。
現在搭載されているsparkfunで買った東芝のTCM8240MD(現在在庫切れのようです)と違い、VS6724は立派なデータシートが手に入るので、どのレジスタがどの設定(例えば生出力とJPEGの切り替え等)に対応しているのか、手探りをしなくてもよいというわけです。TCM8240MDではJPEGのフォーマットがわからず挫折した経験からいうと、現行品ではないためVS6724の入手に難儀していること、半田パッドの形状が特殊なのでできれば嵌合するソケットのSMK製CLE9124-1501FとCLE9124-1401F(リンクは製品PDF)も入手したいこと、それを差し引いてもデータシートがあることは大きいと思います。
現在も捜索中なのですが、もしVS6724とそのソケットの少量入手経路をご存知の方がいたら、教えていただけると大変助かります。ちあきさんの掲示板に質問させていただいたところ、海外在庫品がキーワードのようでした。

Jun 7, 2009. 23:43 fenrir が投稿 : 固定リンク |

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Super Sylphide 進捗状況(24) -- DSP航法ファームウェア開発遍歴

しばらく更新をしていなかったオートパイロットシステム Super Sylphide関連の話です。色々と大人の事情(世の中こういえば許されるらしい?、笑)があって記事を更新していなかったのですが、自分で設計したDSP基板で自分が考えた航法アルゴリズム(注:リンク先は搭載されているアルゴリズムの一部に過ぎません)が走るというのは気持ちがいいものです、という状況にようやく到達しました。そこで現在に至るまでDSPの開発遍歴をまとめておきたいと思います。

まずは象徴的な図を一枚あげます。

番号1～3の順に開発が進行してきた

当初いきなりDSPで動くアルゴリズムをプログラムするのは難しいと考えました。そこでSylphideから取得したセンサの生データをPCで後から処理するためのプログラム analyze.exeをまずは書きました。analyze.exeは最も時間的制約が緩く、データを都合のよい順に並べ替えて処理しているので、オフラインでの解析に相当します。
ここで並べ替えをしている理由について軽く触れておきます。A/D変換を行う加速度計、ジャイロから出力されるデータは時間遅れが無視できるほど小さいため問題がないのですが、GPSなど内部で複雑な処理を行うものについては無視できない時間遅れが発生するため、データの到着時刻と、そのデータが表現する状態の時刻は一致していません。そのためanalyze.exeでは並べ替えによってこの問題に対応しました。
なおanalyze.exeについてはその後高機能化し、複数GPSアンテナによる解析等を行えるようにしました。

その後、それをリアルタイム化したanalyzeRT.exeというPCで動くプログラムをリリースしました。analyzeRT.exeでは、データの到達順に逐次処理、言い換えれば遅れて入ってきたデータについても最新の状態まで追いかけ処理することによって、時間的に常に最新の状態が出力されるようにしてあります。このプログラムは入力として、analyze.exeと同じSylphideで取得された生データログファイル、あるいはSylphideをPCにUSB経由で接続する際に作られる仮想COMポートから流れてくる生データストリーム、の両者を受け取れるようにしてあります。これでリアルタイムのアルゴリズム的な動作検証を行いました。

最後にDSPへのanalyzeRT.exeの移植をし、NAV2_Coreファームウェアを作成しました。行列計算等の基本演算部分はDSPの特性が生かせるPCのコードを変更しましたが、肝心のアルゴリズム部分はPCと共通のヘッダとし、新たな問題がうきる可能性をできうる限り回避しました。PCとコードを共通化できたのは、使用したDSPがC++でコーディング可能であることによっています。
DSPのデバックフェーズでは検証のしやすさを優先させ、Sylphideのデータを直接処理させずに、DSPの統合開発環境(IDE)であるCode Composer Studio (CCS)に搭載されたRTDX(Real-time Data Exchange)の機能を活用し、PCからデータを送りつけてDSPでそれを処理、またPCに回収するという流れを使いました。行ったのは2つの検証です。1つはanalyzeRT.exeの結果と比べことによるDSP内での処理の妥当性、もう1つはCCSに搭載されたプロファイラによる負荷の見積もりです。両内容ともクリアし、後者によれば加速度計、ジャイロによる20Hzの時間更新(行列の積算、加算が中心)と、GPSによる4Hzの観測更新(行列の加算、逆行列計算が中心)で、最適化オプション-O2で約20Mticks/secの演算量でした。使用しているDSPは200MHzで200Mticks/secの演算能力があるのですが、更新レートが同じであればオーバーヘッドを考えても最大でDSPの演算能力の3割以内くらいで済むと予想しています。これなら航法の後に続く誘導、制御にも相当の能力を割り当てられそう、とほっと胸を撫で下ろしています。

文章にまとめてしまうと量をあまりこなしているようには見えませんが、試行錯誤、紆余曲折をしつつ現在に至っていますので、かけた時間はかなりのものになりました。今後の誘導、制御ルーチンの開発では今回までに獲得した検証スキームを有効活用して効率化をはかりたいと思います。

May 30, 2009. 11:09 fenrir が投稿 : 固定リンク |

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奇数割の分周器VHDL

以前、猫カメラ向けにSDRAMのコントローラ等をVHDLで作成したことをお伝えしましたが、その際に紹介したVHDLに含まれていた分周器(divider.vhd)が論理合成不可能なコードを使っていたため、修正しましたのでお知らせします(リンクは修正済みの最新版です)。

もともと分周器のコードは偶数割(例えば1/2とか1/4とか)と奇数割(1/3とか1/5とか)で違うインスタンスが生成されるようにgenerate構文で制御していたのですが、シミュレーションでは偶数割、奇数割の両方を行ったにもかかわらず、CPLDやFPGAに実装するために必要となる論理合成は偶数割しか試していなかったことが問題発覚が遅れた原因です。シミュレーションで実証できても全てが論理合成できるわけではないという基礎を疎かにしていました。

というわけで問題があったのは奇数割のコードなのですが、修正前(r3008.divider.vhd)はエッジの検出を立上り(L to H)と立下り(H to L)の両方で行い、カウンタはインクリメントするものでした。ダイジェスト版を以下に示します。

clk_n <= not clk;
gen_odd: if (divide_value mod 2 = 1) generate
    process(clk, clk_n, reset) begin
        if reset = '1' then
            timer <= (others => '0');
        elsif (clk'event and clk = '1') or (clk_n'event and clk_n = '1') then
            if timer < conv_std_logic_vector((divide_value * 2) - 1, required_bits) then
                timer <= timer + 1;
            else
                timer <= (others => '0');
            end if;
        end if;
    end process;

    clk_out <= '1' when timer < conv_std_logic_vector(divide_value, required_bits) else '0';
end generate;

timerは指定した分周比の2倍まで数えられるカウンタです。このコードで論理合成を行うと、立上りと立下りのエッジをorでつなぐことができないと文句を言われてしまいました。orでつなぐことができないなら、と、elsifで分離したり、processを分けて試行錯誤してみましたが、両方のエッジで同じレジスタの値を変更することができないという別のエラーが発生しました。こういった両方のエッジで論理合成を可能にするためには、立上りと立下りでカウンタを2つ用意するのがよいようです。

しかし何とかレジスタ数を減らしたかったので、カウントの方法を工夫しカウンタを1つにした結果できたのが今回のコードです。立上りでは最下位ビットのみをコントロールします。立下りでは最下位以外のビット列の加算を行います。このようにすることで、立上りと立下りで同じレジスタをいじることを防いでいます。

もしかしたら論理合成を行う際の最適化によって、カウンタが2つの場合でも変わらないコードが生成されているかもしれません。とりあえずは、奇数割の際にも機能を達成できたということで満足しています。

Apr 21, 2009. 09:33 fenrir が投稿 : 固定リンク |

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ネタかと思いきや

某所にあったオシロスコープです。

いや僕のメインマシンよりも遥かに高性能です。あ、この画像が語るところは真実ですよ。

Apr 1, 2009. 17:54 fenrir が投稿 : 固定リンク |

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Old Entries @ Embedded System

『猫カメラ』試作中

こんな怪しいサイトを構えていると色々な話が舞い込んできますが、カメラモジュールを役立てていただける方が現れました。例によって未踏がらみなのですが、猫にぶら下げるカメラがほしいとのことでした。題して『猫... [この記事を読む]

Feb 18, 2009. 19:49 fenrir が投稿 : 固定リンク |

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Super Sylphide 進捗状況(23) -- 下位プロトコルの策定

オートパイロットシステム Super Sylphideですが、地上側のソフトウェアが整備されつつあり、通信環境に関する作業を中心に行っています。そこで問題となったのが、通信プロトコルや通信回線の太さと... [この記事を読む]

Feb 12, 2009. 23:59 fenrir が投稿 : 固定リンク |

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LiPo電池 400mAh 600mAh

開発をほぼ終えたカメラモジュール用の電池を入手しました。LiPo(リチウムポリマー)の1セル(3.7V)で、容量は400mAhと600mAhです。LiPoは専用の充電回路を用意しなければならない等、そ... [この記事を読む]

Feb 3, 2009. 23:59 fenrir が投稿 : 固定リンク |

猫カメラ、空を飛ぶ!!

SEED-XDS560Plusとか VS6724 とか

Super Sylphide 進捗状況(24) -- DSP航法ファームウェア開発遍歴

奇数割の分周器VHDL

ネタかと思いきや

『猫カメラ』 試作中

Super Sylphide 進捗状況(23) -- 下位プロトコルの策定

LiPo電池 400mAh 600mAh

カメラモジュールによる画像取得

カメラモジュール基板 Rev.B

Super Sylphide 進捗状況(22) -- MSD + CDC 改め MSD + FTDI Mimic

Arduino serproxyをFlash XMLSocketで使う

カメラモジュール基板用のVHDL

ChumbyでArduino等をFlashからコントロールする方法 (XMLSocketが使える?)

FTDIチップ経由でマイコン等と通信するためのCGI

ChumbyにFTDIのシリアルUSB変換チップを認識させる

Chumbyだけで設定ファイルを編集

CygwinでChumbyの開発環境

ChumbyでFTDI

Super Sylphide 進捗状況(21) -- 飛行機の中身

パルス頻度をアナログ電圧に変換

秋月GPSモジュールの生データはPECL出力

XBee ワイヤレス電力計 設計資料

サーボ信号をアナログ電圧に変換

カメラモジュール 実装完了

Super Sylphide 進捗状況(20) -- カメラモジュール基板の企画

Super Sylphide 進捗状況(19) --最近の飛行試験

GPSチップアンテナ リベンジしてみたが…

秋月GPSモジュールから生データ抽出

VHDLの可視化ができないものかと

秋月USBオーディオ

Super Sylphide 進捗状況(18) -- i2cでサーボインターフェイス

Amontec JTAGkey-Tiny (FT2232) を Xilinx iMPACTから使う

Super Sylphide 進捗状況(17) -- I/O拡張基板 動作確認済み

Super Sylphide 進捗状況(16) -- Windows XPでMSD+CDCのUSB compositeが相変わらず動かない

データストリームの終端をシリアルポートに

秋月GPSモジュール@4800円

XBeeでワイヤレス電力計

Super Sylphide 進捗状況(15) -- I/O拡張基板

ADIS16350 6DOFセンサ

Chumbyがやってきた!!

Super Sylphide 進捗状況(14) -- McBSP(SPI)におけるCPU割込とEDMAの協調

GPSロガー ファームウェア

Super Sylphide 進捗状況(13) -- Time Keeper 完成

7bits エンコーダ/デコーダ

GPSチップアンテナ 特性解析結果

Super Sylphide 進捗状況(12) -- DSPプログラムROM化

GPSチップアンテナ(LNA付き)

Super Sylphide 進捗状況(11) -- Time Keeper

Super Sylphide 進捗状況(10) -- C6700用行列ライブラリ 再び

Super Sylphide 進捗状況(9) -- McBSPでmulti-words SPI

USB Composite DeviceでCDCが動作しない

GPSチップアンテナ 実装済み

XBeeはじめました

Super Sylphide 進捗状況(8) -- DSP/BIOSを利用した割込みMcBSP(SPI Slave)

GPSチップアンテナ

Super Sylphide 進捗状況(7) -- 圧力センサの較正

Super Sylphide 進捗状況(6) -- ケーブルのスマート化

PA-09

WindowsでMSD+CDC (USB Composite Device)

Super Sylphide 進捗状況(5) -- DSP基板データ公開

USBでMSD+CDC (Composite Device)

RubyによるHEXフォーマットの読み書き

GPSロガー 組立完了

GPSロガー 基板到着

Super Sylphide 進捗状況(4) -- DSPによる開発

GPSロガー 途中経過

GPSロガー

Super Sylphide 進捗状況(3) -- サーボ用基板

リワーク用ホットエアー装置 WHA300

Spartan3の3種電源を1つのICで

Super Sylphide 進捗状況(2) -- sdcc Maniacs

MMC/SDのSPIモードでのbusy信号

SDカードとの闘い

Super Sylphide 進捗状況(1)

USB JTAGとか

Super Sylphide -- an Autopilot System for Small UAVs [English version]

DSP基板+小亀基板+センサ基板

Pulse Repeater

小亀基板 実装済み

『猫カメラ』試作中

XBee ワイヤレス電力計設計資料

カメラモジュール実装完了

GPSチップアンテナリベンジしてみたが…

Super Sylphide 進捗状況(17) -- I/O拡張基板動作確認済み

GPSロガーファームウェア

GPSチップアンテナ特性解析結果

Super Sylphide 進捗状況(10) -- C6700用行列ライブラリ再び

GPSチップアンテナ実装済み

GPSロガー組立完了

GPSロガー基板到着

GPSロガー途中経過

小亀基板実装済み