付録基板で遊ぼ (BSD編)

武藤武士 <mutoh@610t.org> @ K*BUG or @610t

• プレゼンモード 1024x768

むしょく…

• 以前の職場との関係は良好

奈良高専に縁 まくり

• 情報小学科第一期生
• 教官経験あり (1995/4/1-2002/03/31)
• 家も大和郡山 (既に人生の半分以上)

関西 *BSDユーザ会 (K*BUG) メンバー

• 公式URL: : http://www.kbug.gr.jp/
• OSの*BSD好きの集まり (家系図)
• 2ヶ月に1回のペースで勉強会やってます!! 日程はWebで!!

OSは*BSDが好き

• userland(アプリケーション)回りしかわかりません
• でも気がつくと、ドライバまで降りてたり…

イベントブース担当が多い

• オープンソースカンファレンス (OSC) @ Kansai/Kyoto 8月初め頃 (今年2013/08/02, 03)
• KOF 11月初め頃 (今年は11/08,9あたり? )

教育用言語に興味があります

• 主にタイルスクリプティング言語
• Squeak: FreeBSD port maintainer (お世話役; 最新版http://www.redports.org/browser/mutoh/lang/squeak, send-pr)
• 主にSqueak Virtual Machine回りの作業
• C言語のpatchばかり書いてる
• Scratch: MITによるSqueakVMベースの環境

またこのネタでスミマセン(_O_): これまで↓のまとめ編

• ぼくのなつやすみ2008: Gainerとの出会い
• Serial知りはる?知ってはる?
• N:KMでブース出したよ
• FreeBSD port lang/squeak4.4.7-2375への道
• イマドキBSD I/O 2012 (ほぼ未発表) などなど

付録基板は*BSDじゃ無くても使えます

• Windows, Mac(はBSDか?), Linux,...
• FreeBSD linuxlator
• そこは単なる意地
• 決してハマらない訳ではありません

• 今回は、以下の用語で統一しておきます
• 別の用語で呼ばれる場合もあります
• というか結構本によってバラバラです

用語:ハードウエア(HW)

• 付録基板: 雑誌に付いている基板そのもの
• 必須部品: 付録基板を動作させるために必須のHW部品 (別売)
• 拡張部品: 付録基板を便利に使うためのHW部品 (別売)
• 拡張ベースバンド基板: 付録基板に様々なI/Oを追加したりする基板 (別売)
• ライタ: (自作)ソフトウエアを書き込むための装置 (別売)
• 秋月電子・共立エレショップなどで安いものを取り扱っている

用語:ソフトウエア(SW)

• ブートローダー, BIOS: 付録基板を動かすためのOS的SW
• 初期SW: 最初に書き込まれているSW
• 言語インタプリタ
• シリアル経由で自作SWを書き換え
• GDBスタブ などなど
• 自作SW: 自分で作成したSW

新年度はじめなどに雑誌に付録として付いてくる基板

• 初心者がその基板で学習するため
• 基板を使ってなにかをつくるコンテストがある場合も
• 雑誌記事は1年以上続いたりします

使いやすさはピンからキリまで

• 実は部品足さないと使えない
• ライタが必須

それ自体が目的であって、本が付録?

• 巷で反乱している「カバン」も「キバン」も同じ

追加部品は必要?

• 必須部品をそろえるのがめんどくさい
• ライタ: ソフトウエア書き込み用装置
• 最近安いのもあるけど*BSDでは…
• 拡張ベースバンド基板: I/Oボード
• ちょっと高かったり…

元から入っているソフトウエア (初期SW)

• ブートローダーとかBIOSとかいうヤツ
• 言語インタプリタが入っている場合も

自作SW作成と書きこみは難しい場合が多い

• Windows用のIDEと書き込みソフトウエアしか用意されていない
• そもそもライタはあるのか?
• gccで頑張る?

BIOSやブートローダによっては利用できる可能性が

• シリアルとかUSBストレージに見せてくれたりするもの

BSDのドライバで使えるか?が重要

• USBシリアル (umodem, uplcom, uslcom, uftdi, ...)
• USBマスストレージ (umass): 最近流行
• umass(のFAT)に対して自作SWを書き込む

「BSDでできるだけすぐに使える」観点から選んでいます

• 必須部品が無い方(10点)
• 初期SW(10点)
• 内蔵センサ(10点)
• BSDでの扱いやすさ(10点)
• その他(+αとしてMax+10点)

価格は全て、発表時点現在のものです

• 変わっているかもしれません

外観: Coldfire基板

• Coldfire はM68000の後継にあたる

良い点: Coldfire基板

• 加速度センサーあり
• C言語(Silent C)でプログラム可
• TCP/IPベースのプログラミングが可能
• 最初からtelnetd, httpd, tftpdが動いている
• 記事ではSMTP, POP, NTPなどを実装
• 2枚あれば、リカバリ可能

いまいちの点: Coldfire基板

• 以下のどっちかが必須部品
• RJ45 + 3.3V ACアダプタ回り
• USBシリアル変換器

• 書籍名: Interface 2008/09
• 価格: 1980円(税込)
• CPU: Coldfire (MFC52233)
• 内蔵センサ: 3軸加速度センサ (MMA7360L)
• 初期SW
• SilentCインタプリタ
• telnet, tftp, httpサーバ起動済み
• 接続: Ethernet (外付USBシリアル)
• 必須部品: 電源コネクタ+AC(3.3V), RJ-45(パルストランス内蔵)

外観: DWM ARM基板 (でーもんくんヨロコビ棒)

良い点: DWM ARM基板

• 必須部品なし

USBでつなぐだけで、

• シリアル経由のGainerサブセットが使える
• 3軸加速度計内蔵

Windowsで開発すると…

• 空中マウス(uhid)として使える
• SDをumassとして見せれる
• gccでの開発ができる
• 書き込みはWindowsのみ

• 書籍名: Design Wave Magazine 2008/05
• 価格: 2480円(税込)
• CPU: ARM Cortex-M3 (STM32F103BV)
• 内蔵センサ: 3軸加速度センサ (LIS344ALH)
• 初期SW: Gainerサブセット
• 接続: USBシリアル (umodem)
• 必須部品: なし!!

• 公式URL: : http://gainer.cc/: 小林茂@IAMASらが開発
• アート系の学校でも使えるものを
• I/Oをシリアル経由のコマンドで行う
• コントローラとしてのPCは必須
• シリアルベースのプロトコル (cu で使える!!)

Gainer mini 4000円程度

SparkFun版 Gainer PSoC Development Board DEV-08480 $34.95

公式サポート: Processing, Flash, Max/MSP

• アート系の学生でも使いやすい言語

非公式サポート

• Squeak+Gainer : Squeak
• gainerm-lib: C言語 (MIT Licence版)
• 他の言語もGoo-gleば山ほど出てきます
• Ruby, Perl, ...

外観: Japanino

良い点: Japanino

• 必須部品なし
• Arduino互換
• 比較的安い方
• AVRなので、*BSDも扱いやすい
• TestLab:番外編 AVRで遊ぼう
• POVが最初からついている

• 書籍名: 大人の科学マガジン Vol.27
• 価格: 3360円(税込)
• 公式URL: : http://otonanokagaku.net/japanino/
• CPU: AVR (ATmega168V)
• 付属HW: POV, 電池ボックス
• 初期SW: Arduino環境
• 接続: USBシリアル (uslcom)
• 必須部品: なし!!

公式URL: : http://arduino.cc/ : イタリー発

• 基本的に完結したマイコンボード
• PCをシリアル経由などでコントローラとして使うことも可能
• ネットワーク経由などの利用も可能

• CPU: AVR; FreeBSDで使えるライタとかあって素敵

互換機たくさん (以下は国産)

シールドと呼ばれる色々な拡張基板

• ネットワーク系: Ethernet, XBee, ...
• 表示系: LCD, マトリックスLED, ...
• ストレージ系: SD, ...

ソフトウエア環境: Processing+α

• USB経由で、avrdudeでライティング

国産

• ちびでぃ〜の２
• 基本キットで1000円
• LCDなどなどがついて1500円
• GR-SAKURA (FULL版 4705円)
• クラウドによる開発環境

その他

• ダ・ヴィンチ32U 1260円

• 時間がどれぐらいかかるか謎なので､上位からいきます
• 時間によっては､適宜省きます

準備: permissionやownerの調整

• デバイスを一般ユーザで使えるように設定調整

各基板デモ

• Japaninoデモ
• DWM ARM基板デモ
• Gainerデモ (寄り道)
• Coldfire基板デモ

• シリアルのpermissionやownerに注意

• PC-BSD (FreeBSD) 9.1のデフォルト

pcbsd-1361 [ ~ ] % ls -l /dev/cuaU0* /dev/ttyU0*
crw-rw----  1 uucp  dialer    0, 181 Mar 25 13:48 /dev/cuaU0
crw-rw----  1 uucp  dialer    0, 182 Mar 25 13:48 /dev/cuaU0.init
crw-rw----  1 uucp  dialer    0, 183 Mar 25 13:48 /dev/cuaU0.lock
crw-------  1 root  wheel     0, 178 Mar 25 13:48 /dev/ttyU0
crw-------  1 root  wheel     0, 179 Mar 25 13:48 /dev/ttyU0.init
crw-------  1 root  wheel     0, 180 Mar 25 13:48 /dev/ttyU0.lock

パーミッションやユーザ調整方法

• /etc/groupで設定
• devfsを使う
• devdを使う

• owner+read&writerだと、まず使える
• groupやotherに+rwの場合でも使える
• rootだと確実に使えますが、危ないのでやめましょう!!

dmesgより抜粋

crw-rw----  1 uucp  dialer    0, 181 Mar 25 13:48 /dev/cuaU0
crw-rw----  1 uucp  dialer    0, 182 Mar 25 13:48 /dev/cuaU0.init
crw-rw----  1 uucp  dialer    0, 183 Mar 25 13:48 /dev/cuaU0.lock

dialer groupならread, write可能

• ⇒ dialer groupに自分を入れてやる

/etc/group : dialerグループに追加

pcbsd-z61t [ ~ ] % egrep dialer /etc/group
dialer:*:68:mutoh

ログインし直す

pcbsd-z61t [ ~/hobby/NNCT13 ] % id
uid=1001(mutoh) gid=1001(mutoh) groups=1001(mutoh)
 ,0(wheel),5(operator),68(dialer)

devfs: ファイルが増えた時に、なんらかの操作をする

• owner, permissionの変更

設定ファイル: /etc/devfs.conf

 # Serial related
own     /dev/ttyU*      mutoh
perm    /dev/ttyU*      0660
own     /dev/cuaU*      mutoh
perm    /dev/cuaU*      0660

devfsを再起動

pcbsd-z61t [ ~ ] % sudo /etc/rc.d/devfs restart

devfs: デバイスが変更された時に何らかの操作をする

• 任意のコマンドが実行可能!!

設定ファイル: /etc/devd.conf

attach 10 {
       device-name             "uslcom[0-9]+";
       action                  "chown mutoh /dev/ttyU*";
       action                  "chown mutoh /dev/cuaU*";
};

devdを再起動

pcbsd-z61t [ ~ ] % sudo /etc/rc.d/devd restart
Stopping devd.
Starting devd.

デバイス認識: Japanino

ugen0.2: <Silicon Labs> at usbus0
uslcom0: <CP2104 USB to UART Bridge Controller> on usbus0

準備: Japanino

• devel/arduinoをインストール

% cd /usr/ports/devel/arduino
% sudo make install

• Japanino用設定
• ボード種類の選択: Tools->Board->Arduino Pro or Pro Mini (3.3V,8MHz)w/ATmega168
• シリアルポートの選択: Tools->Serial Port -> /dev/ttyU0

Japaninoデモ内容

• Lチカ (Blink)
• POV
• シールドの利用

• DWM ARM基板デモの基礎知識としてGainerデモをします
• 今回は､Gainer miniを使う

Gainerデモ内容

• dmesg

ugen0.2: <RTcorporation> at usbus0
umodem0: <RTcorporation GAINERmini v1.1, class 2/0, rev 2.00/0.00, addr 2> on usbus0
umodem0: data interface 1, has no CM over data, has no break

• cu

pcbsd-z61t [ ~/hobby/NNCT13 ] % cu -s 57600 -l /dev/ttyU0
can't open log file /var/log/aculog.
Connected

• setting

KONFIGURATION_1*

• onboard LED on off: h*,l*
• digital-in: R*, r*
• analog-in: I*, i*
• stop cont mode: E*
• digital-out:
• analog-out: anxx* (*a000*, *a0ff)

• 今回も、Squeak+Gainerを使います

• Squeak(FreeBSD)のデフォルトシリアルは/dev/ttyS*
• バイナリエディタ(bviなど)で変更

• 変更前: /usr/local/lib/squeak/4.4.7-2383/squeakvm

00084200  48 89 5C 24 F0 48 89 6C 24 F8 48 B8 2F 64 65 76 H.\$.H.l$.H./dev
00084210  2F 74 74 79 48 83 EC 18 83 FE 09 48 89 FB 89 F5 /ttyH......H....
00084220  48 89 07 66 C7 47 08 53 30 C6 47 0A 00 7F 0C E8 H..f.G.S0.G.....

• 変更後: /usr/local/lib/squeak/4.4.7-2383/squeakvm

00084200  48 89 5C 24 F0 48 89 6C 24 F8 48 B8 2F 64 65 76 H.\$.H.l$.H./dev
00084210  2F 74 74 79 48 83 EC 18 83 FE 09 48 89 FB 89 F5 /ttyH......H....
00084220  48 89 07 66 C7 47 08 55 30 C6 47 0A 00 7F 0C E8 H..f.G.U0.G.....

ugen0.2: <STMicroelectronics> at usbus0
umodem0: <STMicroelectronics STM32 Virtual COM Port, class 2/0, rev 2.00/1.00, addr 2> on usbus0
umodem0: data interface 1, has no CM over data, has no break

pcbsd-1361 [ ~ ] % squeak SqueakGainer.20.image

初回のみMacアドレスの設定が必要(ここでは省略)

• 設定用コンピュータのIPを 192.168.1.?/24に設定
• デフォルト(192.168.1.10)IPアドレスでtelnet
• 専用コマンド(util::macset)で雑誌付属のコードを入力

• トップメニュー: jュー: : http://192.168.1.10/

pcbsd-z61t [ ~ ] % w3m http://192.168.1.10/
                              インターフェース ColdFireボード

                                      ネットワーク設定
                                       加速度センサー
                                         ポート操作                                                                            

• ネットワーク設定メニュー: 定メニュー: �ー: http://192.168.1.10/netconfig.htm

                                      ネットワーク設定

                          IPアドレス      [192.168.1.10        ]
                          Net Mask        [255.255.255.0       ]
                          Default Gateway [192.168.1.1         ]
                          DNS IP          [192.168.1.1         ]

                                     [ ]設定を保存する

                                           [設定]                                                                                           

• 加速度センサー値表示: ー値表示: 示: http://192.168.1.10/accel.htm ; reloadで値が変わる

                                       加速度センサー

                                        X Axis  1835
                                        Y Axis  2236
                                        Z Axis  2856

                                        トップへ戻る                                                                                     

• ポート操作: [http://192.168.1.10/port.htm

                                         ポート操作

                                   Port TA3 (*)ON ( )OFF

                                           [設定]                                                                                      

• login

pcbsd-z61t [ ~ ] % telnet 192.168.1.10 
Trying 192.168.1.10...
Connected to 192.168.1.10.
Escape character is '^]'.
SilentC (May 13 2008)
OK

• ファイル名一覧

dir
SilentC_Registry     79
SystemRegistry       139
send.htm             367
SetEnd.htm           273
netconfig.htm        841
port.htm             492
accel.htm            513
index.htm            409
file                 967
ad                   328
util                 2361
Main                 37
39339 left 610 fragment
OK

• プログラムの表示と実行

type Main
main(){PrStr("Hello World!!\r\n");}
OK
run
Hello World!!
OK

• ファイルのダウンロード: ファイルのバックアップ

pcbsd-z61t [ ~ ] % tftp 192.168.1.10                        
tftp> get Main
Received 36 bytes during 0.0 seconds in 0 blocks
tftp> get SilentC_Registry
Received 73 bytes during 0.0 seconds in 0 blocks
tftp> get SystemRegistry                                                        
Received 128 bytes during 0.0 seconds in 0 blocks
tftp> get send.htm
Received 354 bytes during 0.0 seconds in 0 blocks
tftp> get SetEnd.htm
Received 262 bytes during 0.0 seconds in 0 blocks
tftp> get netconfig.htm
Received 813 bytes during 0.0 seconds in 1 blocks
tftp> get port.htm
Received 474 bytes during 0.0 seconds in 0 blocks
tftp> get accel.htm
Received 487 bytes during 0.0 seconds in 1 blocks
tftp> get index.htm
Received 399 bytes during 0.0 seconds in 0 blocks
tftp> get file
Received 948 bytes during 0.0 seconds in 1 blocks
tftp> get ad
Received 323 bytes during 0.0 seconds in 0 blocks
tftp> get util
Received 2305 bytes during 0.0 seconds in 4 blocks
tftp> get Main
Received 36 bytes during 0.0 seconds in 0 blocks

• 新規ファイル作成(new_accel.htm)
• 加速度センサー値を扱いやすくしてみよう

pcbsd-z61t [ ~ ] % cat new_accel.htm 
$EXEC'ad::disp(4)',$EXEC'ad::disp(5)',$EXEC'ad::disp(6)'

• ファイルのアップロード

pcbsd-z61t [ ~] % tftp 192.168.1.10
tftp> put new_accel.htm

• 結果確認: 認: http://192.168.1.10/new_accel.htm

pcbsd-z61t [ ~ ] % cat new_accel.htm
1873              ,2272              ,2892     

dmesg

pcbsd-z61t [ ~/hobby/NNCT13 ] % cu -l /dev/cuaU0 -s 57600
can't open log file /var/log/aculog.
Connected
dir
SilentC_Registry     79
SystemRegistry       139
send.htm             367
SetEnd.htm           273
netconfig.htm        841
port.htm             492
accel.htm            513
index.htm            409
file                 967
ad                   328
util                 2361
Main                 37
new_accel.htm        58
39257 left 610 fragment
OK

雑誌付属資料類をしっかり確認!!

• ブロック図: 内蔵センサーや必須部品、追加部品の確認
• CPUピン配置: どんなI/Oが可能か?

ブートローダやBIOSでできる事を確認

• そもそも、*BSDでドライバがあるか?
• 素敵なインタプリタがはいっているか?

• USBシリアルなのにugenになる…
• Mac OS XやOpenBSDでは大丈夫だったりする
• 特にumodemがハマりやすい気がする
• OSのバージョンによって、動いたり動かなかったり…
• FreeBSDだとメジャーリリース変更時に遭遇する
• USB4BSD (8.0R)
• NetBSDやOpenBSDだとシリアルとして動いたりするけど､実装が結構違う

まともなデモを作りたい

• 行き当たりばったりはやめよう
• Gainer miniでーもんむし, DWMよろこび棒, Coldfire 3Dグルグル

次点ボード: touch_sensor

• Mac OS X ならumodemで使える
• FreeBSDはugenに落ちる

FPGA使ってみたいなぁ…

• (Altera DE0 Board)
• ハードウエアとソフトウエアの夢の融合
• NetBSD/Zynq
• PC-6001Fが動く!!