CuBeatSystems

先日のSTM32開発環境構築と共に進めていたmp3 player kitについての仕様を詰めてみます。

今考えているのはちょうどB046 : uMP3PLAYERとB051 : WAV MODULEを混ぜたような内容。
B046の液晶表示器は扱いづらかったのでそれを変更し、B051のオーディオ出力を付けたような感じになると思います。

• mp3ファイルなどをmicroSDカードから再生できる。
• LCDに再生状況を表示できる。
• 赤外線リモコンで制御できる。
• 時計機能が付いていて目覚ましmp3プレイヤーとしても機能する。
• ステレオスピーカ内蔵でアンプいらず。
• プラスチックケースに入っていて扱いやすい。

本格的に実運用できるような物にしたいと思います。

AVRISP mkIIは便利なのですがオンフィールドで書き換えるには不便ですし、ユーザに書き変えを頼むわけにもいきません。

Atmelが公開しているアプリケーションノートAVR109に自己プログラミングがありましたので試してみました。ターゲットMPUはATmega8とATmega328Pです。

preprocessor.shを使うとdefines.hに記述する内容を吐き出してくれるようになっています。

usage: preprocessor.sh device bootsize progport prog_no cpu_freq baud_rate

デバイス名とブートコードサイズ、プログラミングモードに入るポート名とポート番号、CPU周波数とUSARTのボーレートを指定します。

ATmega8の例では

preprocessor.sh atmega8 1024 PORTB 0 8000000 9600> defines.h

と言った感じです。
このケースの場合、PORTBのビット0がLOWレベルになっていたらプログラミングモードに入ります。ブートローダ内部では対象ポートのプルアップレジスタを有効にしますので、外付け抵抗は必要ありません。ピンにスイッチを付けておくだけでこの機能をサポートするボードが完成します。
（ブートローダはこれ以外のI/O設定は一切行いません。要するにすべてのピンが入力のままです。）

ターゲットにブートローダを書き込んで一度電源を切り、PORTBのビット0をLOWにして電源を入れます。ブートローダが起動したはずですのでminicomを使って接続してみましょう。

コンソールに大文字Sを入力した時にAVRBOOTという文字列が帰ってくればブートローダが期待通りに動作しています。ホストは特定のプロトコルに従って書き換え対象プログラムをブートローダに渡すことで、ブートローダが自身のフラッシュを書き換えてくれるというわけです。

ここで疑問が湧いてきます。

• ユーザプログラムはどこに配置するのでしょう？
• 何か特別な配慮が必要になるのでしょうか？
• ブートローダは上書きできないようにできるのでしょうか？
  

さて、疑問を一つずつみていきましょう。

試しに、ブートローダのことを意識せず従来のユーザプログラムを書き込んでみましょう。
avrdude -c ?とすると対応しているプログラマを表示できます。
この中に「avr109 = Atmel AppNote AVR109 Boot Loader」というのがあります。

sudo avrdude -c avr109 -b 9600 -P /dev/ttyUSB0 -p m8 -U flash:w:sdcmod.hex

書き込んでみました。

Connecting to programmer: .
Found programmer: Id = "AVRBOOT"; type = S
Software Version = 1.5; No Hardware Version given.
Programmer supports auto addr increment.
Programmer supports buffered memory access with buffersize=64 bytes.

Programmer supports the following devices:
Device code: 0x77

avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.01s

avrdude: Device signature = 0x1e9307
avrdude: NOTE: FLASH memory has been specified, an erase cycle will be performed
To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: butterfly_recv(): programmer is not responding

あれれ。
プログラマIDやソフトウェアバージョンは取得できているようです。
でも書き込めませんでしたね。
プログラマからの応答がないようです。

ここで言うプログラマとはまさにブートローダの事です。
おかしいですね。
プロトコルの仕様では0x13を返すようになっています。
ブートローダのソースを見るとまさにそういう実装になっています。

あれれ？
ちょっと何か思い違いがありそうですね。

ここからは次回のデバッグ編に続くことになりそうです。

B046 : uMP3 PLAYERはAtmelのATmega328Pを使っている。
FreeRTOSにはATmega323への対応がある。

基本的にはカーネルティックタイマ周辺のレジスタ設定を変更するだけで使用できる。

• TIMSKをTIMSK1に変更する。ATmega328PにはTIMSKというレジスタは存在しない。
• portCOMPARE_MATCH_A_INTERRUPT_ENABLEのビット定義を修正する。_BV(OCIE1A)
• 割り込みハンドラ名を修正する。TIMER1_COMPA_vect
  

portCOMPARE_MATCH_A_INTERRUPT_ENABLEは値でハードコーディングされていて気づくまでに無駄な時間を費やしてしまった。
基本に戻ってシミュレータでハードウェアタイマがきちんと動作しているのか確認すると、タイマオーバーフロー時の割り込み有効フラグが設定されていないことに気づく。
修正した結果が_BV(OCIE1A)というわけ。
ハードウェア依存箇所の値によるハードコーディングはできれば避けてほしいなぁと思う。

使用したFreeRTOSのバージョンは6.0.1。
バージョンが上がっても幅広いデバイスをきちんとサポートし続けている。
今のところすごく信用のできるオープンソースプロジェクトだ。

今回は

1. SDカードからデータを読み出す。
2. 読み出したデータをVS1011eに書き込む。
3. 上記動作前後にAT45DB161Dへの入出力を実行する。
4. 上記動作前後にLCDへの入出力を実行する。
   

という組み合わせデバッグ。

このハードウェアはSPIづくし。
一連の動作を先日までに実装したドライバで行なうことになる。



まずは単機能毎のテスト。
VS1011e周辺のアナログ回路の動作も確認。

一応問題なさそう。


念のため波形も確認しておく。

次にVS1011eを使った再生。
これはSDカードから読み出したデータをVS1011eへ転送するというもの。

アプリケーションノートで再生方法について再度確認。
今回はvs1011e_play関数にストリーム読み出し関数のポインタを与えることで
自動的に読み込みと再生制御を行ってくれるように設計した。

再生してみるとイヤホンから音楽が流れた。
正直に嬉しい。


現段階はハードウェアチェック用ファームウェア。
ユーザ向けのアプリケーション用ファームウェアは別途設計することになる。

VLSI社のVS1011eのドライバを書く。
レジスタ全般を読めるようにして、いくつかのレジスタへの設定インターフェースを実装。

途中レジスタの書き込みや読み込み動作で怪しい挙動を示しているのを発見。
オシロで波形を見ていたらおかしな波形がMISOに出てきていてすぐに気づけた。
データシートを再度確認するとSPIのクロックがスペックを超えていた。



すぐにクロックを修正して、動作確認。
期待通りレジスタが正しく読めることを確認した。

AT45DB161DはAtmelから出ているSPIインターフェースを持つフラッシュロム。



2つのSRAMで構成されたバッファとメインのフラッシュロムから構成されている。
これが8ピンSOPで提供されているのだから使わない手はない。

xputs(PSTR("buffer1 write:\r\n"));
at45db161d_buffer1_write(0, 16, romtest_src);

xputs(PSTR("buffer1 read:\r\n"));
at45db161d_buffer1_read(0, 16, romtest_des);

xputs(PSTR("buffer1 to main memory with erase:\r\n"));
at45db161d_buffer1_to_main_memory_page_with_erase(0);

xputs(PSTR("main memory page to buffer1 transfer:\r\n"));
at45db161d_main_memory_page_to_buffer1_transfer(0);

xputs(PSTR("buffer1 read:\r\n"));
at45db161d_buffer1_read(0, 16, romtest_des);

xputs(PSTR("main memory page read:\r\n"));
at45db161d_main_memory_page_read(0, 0, 16, romtest_des);

at45db161d_main_memory_page_to_buffer1_compare(0);
at45db161d_status_register_read(&stat);
if ((stat & 0x40) == 0x00) {
xputs(PSTR("Verify successed.\r\n"));
} else {
xputs(PSTR("Verify failed!\r\n"));
}

STNの液晶モジュールでSPIで制御できるというもの。
今回B046 : uMP3 PLAYERのために二つの取り扱い店から合計で7個購入した。
これに関して少し整理しておく。

1. 外見が少し異なれば中身は大幅に違う。
2. コネクタの取り扱いについて。
3. バックライトの電圧について。

■外見が少し異なれば中身は大幅に違う。
二つの取り扱い店から購入したのだが、実際に制御しようと思った時にはまるのがこれ。
取り扱い店も正確な情報は把握していないと考えた方が良い。
調べて見ると少なくとも4つのコントローラがあるようだ。

• EPSON社S1D15G00
• EPSON社S1D15G10
• LEADIS Technology社LDS176
• PHILIPS社PCF8833

私が購入した7個のうち、コントローラのモデルが判明したのはPHILIPS社のPCF8833を持つであろう3個。その他はまだ確信が持てないので保留状態。

■コネクタの取り扱いについて
0.5[mm]ピッチ自体はそんなに難しいハンダ付けではないのだが、コネクタの形状に起因した難しさがある。フラックスを軽く塗ってハンダ付けしたところ、コネクタの溝にそってフラックスがハウジング全体に流れ込んでしまう。

また、取り外しや取り付けには細心の注意が必要。
乱暴に取り外そうものならLCD側のコネクタがパターンから離れたり、ハウジング内部のピン（極細）が変形してしまう。
これによって何より困るのが動かないときのデバッグ。
先にあげたコントローラが不明な事が重なった場合、一体何を見ているのかわからなくなる。

実際に最初に実装したコネクタは若干変形していてLCDの初期化に成功したり失敗したりしていた。こういう現象がデバッグ1台目で発生すると結構手間取ってしまうことがある。

■バックライトの電圧について
バックライトの端子に印可する電圧というのが示されているものの、これでは設計できない。
多くは+7Vという一瞬考えてしまう電圧が示されている。
購入したLCDの一つをバラバラにしてみたところ単なるチップLEDの直列回路のように見える。
これなら別に+7Vという電圧に拘らなくても順方向電圧x2と電流制限抵抗を考慮すれば良い。

以上3点が今回のプロジェクトで整理が必要と思ったところ。
機会があれば各LCDモジュールの写真を挙げて識別方法とそのライブラリを掲載したい。

2009年11月23日発送となっているので6日で届いたことになる。今回はすごく早かった。

Olimexから基板発送の連絡を受け取る。

配線を開始。

プロセッサをATmega328に変更。