第２部 組み込み Android 入門コース カーネルのデバイス・ファイルを直接制御 第 3章 LED 点灯 / 消灯 アプリケーションの製作 出村 成和 Android が動作するようになったところで，次に， 使用する GPIO この BeagleBone Black と rowboat ならではの処理を 行ってみます． こ こ で は，BeagleBone Black の 拡 張 端 子 に あ る まず，BeagleBone Black の GPIO について確認しま GPIO（General Purpose Input/Output）に LED を接続 しょう．GPIO は，拡張端子 P8，拡張端子 P9 のどち し，アプリケーションから LED の点灯と消灯ができ らにも割り当てられています．ここでは，P9 の GPIO るようにします（図 1） ． を利用します．拡張端子 P9 の詳細は，表 1 のとおり このような GPIO の制御は，Android のアプリケー です． ション開発キットである Android SDK ではサポート BeagleBone Black の拡張端子はピンごとに役割は されていません．そこで，アプリケーションから， 固定化されておらず，複数の役割が割り当てられてい Linux カーネルのデバイス・ファイルを直接制御して ます．これらの役割を切り替えるには，ソフトウェア 実現します． でピンごとにモードを指定します． ここでは，LED を拡張端子 P9 の 12 番ピンの GPIO （GPIO1_28）を利用し，LED を接続，制御します． 接続方法 今回は，拡張端子 P9 の 12 番ピン（GPIO1_28）を利 用します．なお，BeagleBone Black の拡張端子の I/O 電圧は 3.3V となっており，12 番ピンから LED，抵抗 （100 Ω）を接続し，P2（GND）に接続しています（図 2， 写真 1）． 図 1 LED を制御する Android アプリケーションの画面 表 1 拡張端子 P9 の配置（13 番ピンまでの抜粋） ピン プロセッサ 番号 のピン番号 名 称 モード 0 モード 1 モード 2 モード 3 1，2 GND 3，4 DC_3.3V 5，6 VDD_5V 7，8 SYS_5V 9 PWR_BUT モード 4 モード 5 モード 6 モード 7 10 A10 11 T17 UART4_RXD gpmc_wait0 mii2_crs gpmc_csn4 uart4_rxd_mux2 gpio0[30] 12 U18 GPIO1_28 gpmc_ben1 mii2_col gpmc_csn6 mmc2_dat3 gpmc_dir mcasp0_aclkr_mux3 gpio1[28] 13 U17 UART4_TXD gpmc_wpn mii2_rxerr gpmc_csn5 rmii2_rxerr mmc2_sdcd uart4_txd_mux2 gpio0[31] 66 SYS_RESET rmii2_crs_dv mmc1_sdcd NFS と tftp を使ったネットワーク・ブートで開発効率アップ！ 第 2章 1-1 Linux SDK クロス開発環境の構築 1-2 1-3 石井 孝幸 本章では，カーネルのビルドを含めた作業環境を構 もちろん，ここで言う新しいハードディスクとは仮 築します．ここでは，テキサス・インスツルメンツの 想上のハードディスクで，実際には仮想 PC に接続す Linux SDK（ソフトウェア開発キット）を使用します． るディスク・イメージ・ファイルを新しく作ることを テ キ サ ス・ イ ン ス ツ ル メ ン ツ の Linux SDK は， 指します． ARM のツールチェインを含んだ形でインストールで 仮想 PC 環境でしたら，物理的なディスク容量が許 き，NFS（Network File System）やtftp（trivial file transfer す限り仮想ハードディスクを追加し放題です．ですの protocol）の設定もセットアップ・スクリプトで実行 で，最初に PC Linux をインストールした仮想ディス してくれるので簡単です． クとは別に，これから試していく ARM 用のいろいろ Linux SDK のダウンロードと インストール ● テキサス・インスツルメンツの Linux SDK の 特徴 な Linux，Android ごとに個別に仮想ディスクを用意 2-1 2-2 2-3 2-4 3-1 3-2 す れ ば，Ubuntu や Android と 切 り 替 え る た び に PC 3-3 Linux をインストールしなおす手間が省けます． 割り当てるディスクの容量の目安は，使い方にもよ るのですが，Linux で 10G バイト，Android で 20G バ テキサス・インスツルメンツの Linux SDK は，テ イト以上は必要になります． キサス・インスツルメンツのウェブ・サイトからダウ 用意する仮想ディスクのイメージを仮想環境内で ンロードできます．執筆時点での最新版は，ti-sdk- 使った分だけ増えていくタイプのものにして，余裕を am335x-evm-06.00.00.00 で，Linux カーネルのリビジョ 見て 32G バイトくらいを割り当てるのがよいと思いま ンは 3.2.0 となっています． す． 3-4 4-1 4-2 4-3 最新のカーネルとはいかないのですが，テキサス・ インスツルメンツの Linux SDK は，仕組みや環境が ● ハードディスクのフォーマット 割 と シ ン プ ル で 作 業 内 容 が 把 握 し や す く，Beagle 新しいハードディスクを追加したら PC Linux 上で Bone Black で使用している SoC AM3358 専用に作ら そのハードディスクを使用できるようにフォーマット れているので動作がそれなりに安定しています． する必要があります． そのため，PC Linux を使用したクロス開発環境で まずは，ハードディスクを追加して PC Linux を起 ARM 用 Linux のカーネルやアプリケーションを開発 動 し ま す．Ubuntu で は，Disk Utility を 使 用 す る と する工程がどのようになっているか，といった学習に GUI でディスクのフォーマットが可能です． 向いています． まず初めに，新規ハードディスクのデバイス名を確 4-4 4-5 認します．Disk Utility の左側の「Storage Devices」タ ● ハードディスクの増設 ブから ***Hard Disk をクリックします（図 1） ．一つ目 では早速，前章で構築した PC Linux（Ubuntu）に のハードディスクが /dev/sda，二つ目のハードディ ARM 用の Linux 環境を構築していくのですが，仮想 スクが /dev/sdb のように順に割り当てられます． PC 環境で Linux を使用されている方は，新しいハー /dev/sda は Ubuntu がインストールされているハー ドディスクを増設されることをお勧めします． ド デ ィ ス ク な の で， フ ォ ー マ ッ ト し て し ま う と 119 第 3 部 Linux & Android 環境構築コース U-Boot のカスタマイズやドライバの作成に必須！ 第 4章 JTAGアダプタ＋OpenOCDを 使ったデバッグ環境の構築 袴田 祐幸 / 菅原 大幸 先代の BeagleBone と比べてスペックが格段にアッ ● JTAG 端子がない BeagleBone Black プ し， 価 格 も 約 半 分 の 5,000 円 程 度 に な っ た Beagle ところで，先代の BeagleBone を使用していた方の Bone Black．出荷時には，Ångström Linux がプレイ なかで新たに BeagleBone Black を購入し，「さぁ，デ ンストールされており，ハードウェアを意識すること バッグをしてみよう」と思ったとき， 「ん？」と違和感 なくアプリケーションを作成することが可能で，デ を覚えた方は少なからずいると思います． バッガを利用しないで済んでしまうケースも多いと思 それは，BeagleBone Black には先代の BeagleBone います． にあったデバッグ用の USB ポートがなくなっている しかし，周辺機能のハードウェアなどを拡張し， からです． U-Boot のカスタマイズやドライバなどの作成が必要 実は，先代の BeagleBone では，JTAG 端子を USB となった場合に，どうやってデバッグするの？デバッ に変換するデバッグ用の回路が搭載されていて，USB ガは何を使えばいいの？どんなソフトウェアを用意し ケーブルを接続するだけでデバッグが可能でしたが， たらいいの？などと，お困りの方も多いと思います． BeagleBone Black ではコストダウンのためか削除さ そこで本章では，BeagleBone Black に JTAG アダ れてしまいました． プタを接続してデバッグを行う方法と手順を紹介しま しかし，BeagleBone Black には CPU の JTAG 端子 す．今回は安価な JTAG アダプタとオープン・ソース を引き出したコネクタが用意されているので，ここに の OpenOCD と Eclipse を使用して，実際に U-Boot の JTAG アダプタを接続することでオンチップ・デバッ デバッグを行います． グを行うことができます． JTAG の機能と BeagleBone Black デバッグに必要なハードウェアと ソフトウェア ● JTAG によるオンチップ・デバッグ ● デバッグに必要なハードウェア JTAG は，元々デバイスや基板の検査を行うために BeagleBone Black をデバッグする上で必要なハー 定められたバウンダリ・スキャン・テストの標準規格 ドウェアは，前述した JTAG 端子を利用するための （IEEE1149.1）ですが，近年はこの JTAG の機能を利 「JTAG デバッガ」です． 用し，オンチップ・デバッグを行う方法が一般的に JTAG デバッガは世の中に数知れずあります．例え なっています． ば，テキサス・インスツルメンツの純正 JTAG デバッ オンチップ・デバッグとは，CPU に内蔵されたデ ガ に は「XDS100 エ ミ ュ レ ー タ 」 ，ARM 社 の 純 正 バッグ機能を使って，プログラムのデバッグを行うた JTAG デ バ ッ ガ に は「U-LINK」や「DSTREAM」な ど め の 機 能 で， プ ロ グ ラ ム の 実 行 や 停 止， メ モ リ や があります．それぞれ機能や価格はまちまちですが， CPU の内部レジスタの参照などを行うことができま 基本的には JTAG 端子を利用した JTAG デバッグが目 す． 的です． 今回は，JTAG アダプタとして「HJ-LINK/USB」 （ア ルファプロジェクト）を使用します． 158 第 4 部 I/O 制御，実験，製作コース 拡張端子を使って外部機器と接続 第 1章 GPIO，A-D コンバータ， PWM，I2C の使い方 芹井 滋喜 BeagleBone Black は，Linux を搭載した名刺サイズ のシングル・ボード・コンピュータです（写真 1）． 名刺サイズの小型基板ながら Linux を搭載し，USB ホスト / デバイス，イーサネット，HDMI，microSD カード・スロット，拡張端子などを搭載しており，購 入してすぐに開発を始めることができます． BeagleBone Black には豊富なサンプルがあり，SoC （Sitara AM3359）の内蔵周辺モジュールを使う際に は，これらのサンプルが役立ちます．また，拡張端子 から GPIO などを使用することもできます． 本稿では，BeagleBone Black の拡張端子を使った 写真 1 BeagleBone Black の外観 GPIO，A-D コンバータ，PWM，I2C の使い方を解説 します． BeagleBone Black セットアップ ● PC に繋ぐと USB マス・ストレージ・デバイ スとして認識される BeagleBone Black を USB で PC に 接 続 す る と， USB マス・ストレージ・デバイスとして認識されま す． 図 1 は，Windows PC に BeagleBone Black を 接 続したときのフォルダの状態です． BeagleBone Black の USB は複合デバイスとなって おり，PC からはいくつかの USB デバイスが認識され BeagleBone Black は，通常，USB で PC に接続して ますが，マス・ストレージは Windows 標準のドライ から使用します． バが使用できます．自動でドライバがロードされるた め，最初の接続からフォルダを開くことができます． ● マス・ストレージ以外のドライバのインストー ル マス・ストレージ以外のドライバは，以下の手順で 別途ロードする必要があります． BeagleBone Black のフォルダには，START.htm と いう名前の HTML ファイルがあり，ウェブ・ブラウ ザで開くことができます．図 2 は，START.htm の画 面です． START.htm の Step #2 の 項 目 に， 図 3 の よ う に， 対応 OS の一覧が表示されています． 図 1 BeagleBone Black のマス・ストレージの内容 172 該当 OS の「USB Drivers」セル内の文字列をクリッ AM3359 内蔵マルチチャネル・オーディオ・インターフェース 第 4章 1-1 McASP ＋外付けコーデックを 使ったオーディオ入出力 袴田 祐幸 / 菅原 大幸 本章では，BeagleBone Black にアナログ・オーディ うためにオーディオ・コーデック IC に接続して使用 オ 入 出 力 機 能 を 追 加 す る 方 法 を 紹 介 し ま す． します． ハードウェアの構成 オーディオ入出力を追加する方法として，USB ス 今 回 は，BeagleBone Black 拡 張 ボ ー ド「XG- ピーカや USB マイクを接続する方法もありますが， BBEXT」 （ アルファプロジェクト）の構成を例に説明 今回は AM3359 が内蔵しているオーディオ用のイン します． ターフェース「McASP」を使って回路を拡張し，アナ 「XG-BBEXT」では，オーディオ・コーデック IC に ログ・オーディオの入出力ができるようにします． テキサス・インスツルメンツの TLV320AIC3106 を使 用しています．オーディオ・コーデックの選定にあ 2-2 3-1 3-2 3-3 たっては，McASP に対応していることと，Linux 用 のドライバが公開されていることを基準としました． McASP（Multichannel Audio Serial Port）とは，テ 公開されているドライバを利用することで，ソフト キサス・インスツルメンツの CPU や DSP に搭載され ウェアの開発負担を大きく軽減することができます． ている汎用オーディオ・シリアル・ポートで，I2S や 図 1 に，AM3359 と TLV320AIC3106 の接続図を示 S/PDIF のほか，複数の通信フォーマットをサポート し ま す．BeagleBone Black と TLV320AIC3106 は， しています． McASP と I2C で接続します． 3-4 4-1 4-2 4-3 McASP の信号は，基本的にクロック，データ，フ レーム同期信号で構成されます．表 1 に，AM3359 の ● McASP の接続 McASP の端子一覧を記載します． 今回は，McASP のマスタ・クロックには CPU の内 McASP はあくまでディジタル・データの通信を行 部クロックを使用するので，マスタ・クロック入出力 うためのものなので，アナログ・データとの変換を行 端子（McASP0_AHCLKX/AHCLKR）は未接続としま 表 1 McASP 端子一覧 機 能 2-1 2-4 ピーカを直接接続することができません． I2S や S/PDIF などを サポートする McASP 1-3 2-3 BeagleBone Black のオーディオ出力は HDMI 経由な ので，従来のアナログ入力タイプのヘッドホンやス 1-2 説 明 本章での使用例 McASP0_AXR2 出力に設定して使用 McASPx_AXR[3:0] オーディオ・データ信号の送受信 McASPx_ACLKX 送信ビット・クロック McASP0_ACLKX 入力に設定して使用 McASPx_FSX 送信フレーム同期 McASP0_FSX 入力に設定して使用 McASPx_AHCLKX 送信マスタ・クロック 内部クロックを使用するため使用しない McASPx_ACLKR 受信ビット・クロック McASP0_ACLKX，McASP0_FSX と同期して動作する設定で使 McASPx_FSR 受信フレーム同期 用するため使用しない McASPx_AHCLKR 受信マスタ・クロック 内部クロックを使用するため使用しない McASP0_AXR0 入力に設定して使用 197 4-4 4-5 第 4 部 I/O 制御，実験，製作コース 50MHz，16 チャンネル，Android を使って波形表示 第 5章 BeagleBone Black＋FPGAボード で作るロジック・アナライザ 岩田 利王 Android で動く ロジック・アナライザを作ろう！ 「組み込み Android」と聞くと何やらとっつきにくい イ メ ー ジ が あ る か も し れ ま せ ん が，BeagleBone 高速な信号処理機能とを兼ね備えたシステムを実現し ます． BeagleBone Black と FPGA ボードで作る理由と方法 Black の登場によりそのハードルが一気に下がりました． ロジック・アナライザのような測定器を実現するに 今回は BeagleBone Black と FPGA（Field Program は，①信号をいかに高速に取り込むか，② GUI をい mable Gate Array）を組み合わせることにより，直感 かに構築するか，が主なキーになります． 的で分かりやすい GUI（Graphical User Interface）と， 今回は①を実現するのに FPGA ボード，②を実現 するのに BeagleBone Black を使用します．本節では これら二つのボードを採用した理由，さらに双方のイ ンターフェースをとるのに効率的な方法は何かを説明 します． 分解能20ns(50MHz)で16ビット の信号を観測できる Androidアプリケー ションで波形を観測 ［波形キャプチャ］ボタンでデータが取り込まれて描画される 16ビット・ジェネレータの 出力をロジック・アナライザ で当たっている 裏にmicroHDMI（DVI変換アダプタ 経由でディスプレイに繋ぐ） FPGAボード. CycloneⅢ EP3C10E144C8 (アルテラ)搭載 USBホスト(ハブを繋ぐ) BeagleBone Black 電源5V(AC アダプタから) キーボードとマウスを 繋ぐ(ハブ経由) USBケーブルで FPGAボードに繋ぐ 写真 1 何を作るか̶̶こんなロジック・アナライザです これが今回製作する「BBB ロジック・アナライザ」！ BeagleBone Black の USB ホスト・ポートは 1 個しかないのでハブ（3 ポート以上）を介してマウス，キーボード，FPGA ボードに繋ぐ FPGA ボードは BeagleBone Black から USB 経由で給電される このようすは以下のサイトで見ることができる http://www.youtube.com/watch?v=xMH5YJ3hof8 206 写真 2 BeagleBone Black 上で走る Android アプリケーションで 波形描画 これがロジック・アナライザ用 Android アプリケーション− BBB APP ！ BeagleBone Black に搭載の microHDMI コネクタから HDMI ケーブル → DVI 変換アダプタを介してディスプレイに繋ぐ アプリケーションの［波形キャプチャ］ボタンを押すたびにロジック・ アナライザの波形が更新される このPDFは，CQ出版社発売の「LinuxガジェットBeagleBone BlackでI/O」の一部見本です． 内容・購入方法などにつきましては以下のホームページをご覧下さい． 内容 http://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/MIF/MIFZ201403.htm 購入方法 http://www.cqpub.co.jp/order.htm
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