ghq で全部落としとくぞ

Mercurial (hg) のレポジトリとして公開されている。

 ghq get https://cho45@developer.mbed.org/users/mbed_official/code/mbed-src/
 ghq get https://cho45@developer.mbed.org/users/mbed_official/code/mbed/ 

してmbed 関係のヘッダと実装を手元に置いておく

mbed LPC1114

メインのレポジトリはこっちなのですが、ヘッダファイルだけ
https://developer.mbed.org/users/mbed_official/code/mbed/file/252557024ec3/TARGET_LPC1114/TARGET_NXP/TARGET_LPC11XX_11CXX/TARGET_LPC11XX

実装は mbed-src にあった。
https://developer.mbed.org/users/mbed_official/code/mbed-src/file/a11c0372f0ba/targets/cmsis/TARGET_NXP/TARGET_LPC11XX_11CXX/TARGET_LPC11XX/system_LPC11xx.c

コード

Arduino のコードとほぼ一緒です。というか殆ど正規表現で置換しただけで動かすことができました。GPIO の操作だけなので本当に頭を一切使わずに移植できました。

GCC かつ -std=c++14 な環境なため mbed のオンラインコンパイラではコンパイルできないと思います (すこし修正すればいけるはずですが C++14 が使えない環境に興味がないので……)

また、なんとなくシリアル経由で周波数を変えるインターフェイスにしてみました。mbed のライブラリに CircularBuffer があるので簡単です。C++ の STL に circular buffer / ring buffer 相当のものがないのが不思議なんですが、いつか入る予定はあるんでしょうかね？

#include "mbed.h"
#include <CircularBuffer.h>
#include <cstdlib>
#include <string>

template <uint32_t CLKIN, bool MULTIPLIER>
class AD9851 {
	static constexpr double PHASE_FACTOR = 0x100000000 / (double)(CLKIN * (MULTIPLIER ? 6 : 1));

	DigitalOut PIN_DATA;
	DigitalOut PIN_FQ_UD;
	DigitalOut PIN_W_CLK;
	DigitalOut PIN_RESET;

	void serial_write(uint32_t freq, uint8_t phase, bool powerdown) {
		// freq (delta phase)
		for (int i = 0; i < 32; i++) {
			PIN_DATA = (freq>>i & 1);
			PIN_W_CLK = 1; wait_us(4);
			PIN_W_CLK = 0; wait_us(4);
		}

		// control bits
		PIN_DATA = MULTIPLIER ? 1 : 0;
		PIN_W_CLK = 1; wait_us(4);
		PIN_W_CLK = 0; wait_us(4);
		PIN_DATA = 0;
		PIN_W_CLK = 1; wait_us(4);
		PIN_W_CLK = 0; wait_us(4);

		// powerdown
		PIN_DATA = powerdown ? 1 : 0;
		PIN_W_CLK = 1; wait_us(4);
		PIN_W_CLK = 0; wait_us(4);

		// phase
		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			PIN_DATA = (phase>>i & 1);
			PIN_W_CLK = 1; wait_us(4);
			PIN_W_CLK = 0; wait_us(4);
		}

		PIN_FQ_UD = 1; wait_us(4);
		PIN_FQ_UD = 0; wait_us(4);
	}

public:
	AD9851(
			PinName data,
			PinName fq_ud,
			PinName w_clk,
			PinName reset
		) :
			PIN_DATA(DigitalOut(data)),
			PIN_FQ_UD(DigitalOut(fq_ud)),
			PIN_W_CLK(DigitalOut(w_clk)),
			PIN_RESET(DigitalOut(reset))
	{
		PIN_DATA = 0;
		PIN_FQ_UD = 0;
		PIN_W_CLK = 0;
		PIN_RESET = 0;
	}

	/**
	 * W0 ... W31  -> Freq (LSB first)
	 * W32, W33    -> Control (for factory test)
	 * W34         -> Power-Down
	 * W35 ... W39 -> Phase (LSB first)
	 */

	void reset() {
		// ensure low
		PIN_DATA = 0;
		PIN_FQ_UD = 0;
		PIN_W_CLK = 0;

		// reset
		PIN_RESET = 1; wait(1);
		PIN_RESET = 0; wait(1);

		// reset to serial mode
		// Pins of D0, D1 = 1, D2 = 0 for serial mode
		PIN_W_CLK = 1; wait_us(4);
		PIN_W_CLK = 0; wait_us(4);

		PIN_FQ_UD = 1; wait_us(4);
		PIN_FQ_UD = 0; wait_us(4);
	}

	void set_frequency(uint32_t frequency) {
		set_frequency(frequency, 0);
	}

	void set_frequency(uint32_t frequency, uint8_t phase) {
		uint32_t deltaPhase = PHASE_FACTOR * frequency;
		serial_write(deltaPhase, phase, 0);
	}

	void powerdown() {
		serial_write(0, 0, 1);
	}
};

AD9851<30000000, true> ad9851(/*data*/dp28, /*fq_ud*/dp26, /*w_clk*/dp25, /*reset*/dp1);

//AnalogIn adc1(dp9);
//AnalogIn adc2(dp10);
//AnalogIn adc3(dp11);
//AnalogIn adc4(dp13);

Serial serial(USBTX, USBRX);

CircularBuffer<char, 80> serial_buffer;

int main() {
	serial.baud(115200);
	serial.printf("init\n");

	ad9851.reset();
	ad9851.set_frequency(10e6);

	for (;;) {
		if (serial.readable()) {
			char c = serial.getc();
			if (c == 0x0D) continue; // ignore CR
			if (c == 0x0A) { // treat LF as line end
				std::string line(80, '\0');
				line.clear();

				char c;
				while (serial_buffer.pop(c)) {
					line += c;
				}
				serial_buffer.reset();

				serial.printf("GOT: %s\n", line.c_str());

				uint32_t new_freq = std::atoi(line.c_str()) * 1e6;
				ad9851.set_frequency(new_freq);
				continue;
			}

			serial_buffer.push(c);
		}
	}
	return 0;
}

メモ: mbed 移植正規表現

S/digitalWrite\(([^,]+), ([^)]+)\)/\1 = \2/
s/delayMicroseconds/wait_us/g
s/delay/wait/g

GPS Fix に時間がかかる

窓際で受信させてみましたが、いつまで経っても GPS Fix しません。u-center でしばらく眺めていると1時間〜2時間ぐらいでようやく GPS Fix しました。

スマフォ内蔵のGPSだと窓際でもすぐGPS Fixできるので、ちょっと残念なところです。

1度3D Fixまでいけば、割と安定して受信が継続されました。

NEO-6M は GPS(アメリカ)のみに対応していて、GLONASS (ロシア)やQZSS(日本)は対応していないので、そのせいかもしれません。

1PPS

自宅でGPS使って位置を知れてもあんまり意味がありません。このGPS モジュールの最大の目的は1PPSです。

1PPS (Pulse Per Second) 出力はLED が接続されており、GPS Fix 時には1秒ごとにLEDがフラッシュします。

この1PPSはGPS衛星に搭載されている原子時計と同期しているので、とても正確です。ただし、GPSモジュール内蔵クロックが48MHzなので最大42nsぐらいのジッタはありそうです。そこそこに長い目で見ると原子時計並に正確な1Hzが得られるというものです。

• For best timepulse performance it is recommended to disable the SBAS subsystem. 

2016-02-16 15:28:5.000Z VALID:YES / 3D Fix [1: 31dB*] [3: 21dB*] [7: 26dB*] [8: 0dB] [10: 0dB] [11: 15dB*] [16: 15dB*] [17: 0dB] [22: 0dB] [27: 0dB] [28: 19dB*] [30: 0dB*]

#!ruby -v
require 'serialport'

@port = SerialPort.new(
	"/dev/tty.usbserial-A50285BI",
	9600,
	8,
	1,
	0
)

cols = `tput cols`.to_i

status = {
	using: [],
	sates: {}
}

loop do
	while line = @port.gets
		type, *rest = line.chomp.split(/,/)
		next unless type[0] == '$'
		_ = rest.pop
		case type
		when "$GPRMC"
			h, m, s = *rest[0].match(/(..)(..)(.+)/).captures.map {|i| i.to_f }
			dd, mm, yy = *rest[8].match(/(..)(..)(..)/).captures.map {|i| i.to_i }
			datetime = "%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02.3fZ" % [yy + 2000, mm, dd, h, m, s]
			state = rest[1]
			status[:UTC] = datetime
			status[:is_valid] = state == "A"
		when "$GPGGA"
			sate_count = rest[6]
			status[:sate_count] = sate_count
		when "$GPGSA"
			mode = rest[0]
			type = rest[1] # 1 = invalid, 2 = 2d, 3 = 3d
			sate_nums = rest[2, 12]
			status[:mode] = mode
			status[:type] = type
			status[:using] = sate_nums.map {|i| i.to_i }
		when "$GPGSV"
			total = rest.shift
			current = rest.shift
			if current == 1
				status[:sates] = {}
			end
			_ = rest.shift # count
			until rest.empty?
				num = rest.shift
				e = rest.shift
				d = rest.shift
				sn = rest.shift
				status[:sates][num] = {
					num: num.to_i,
					e: e,
					d: d,
					sn: sn.to_i,
				}
			end
			if total == current
				# done
			end
		else
			# ignore
		end
		out = "%s VALID:%s / %s Fix %s" % [
			status[:UTC],
			status[:is_valid] ? "YES" : "NO",
			status[:type] == "1" ? "NO" : "#{status[:type]}D",
			status[:sates].values.sort_by {|i| i[:num] }.map {|i|
				"[%s: %ddB%s]" % [
					i[:num],
					i[:sn],
					status[:using].find_index(i[:num]) ? "*" : ""
				]
			}.join(" ")
		]
		print "%- #{cols-1}s\r" % out
		$stdout.flush
	end
end

platformio での開発

platformio.ini を以下にようにして

[env:lpc]
platform = nxplpc
framework = mbed
board = lpc1114fn28
build_flags = -std=c++1y

main.cpp を以下にようにしました。

#include "mbed.h"

DigitalOut led(LED1);

int main() {
	while(1) {
		led = 1;
		wait(0.5);
		led = 0;
		wait(0.5);
	}
	return 0;
}

この状態で platformio run をすると .pioenvs/lpc/firmware.bin にコンパイル済みバイナリができます。

platformio は mbed の開発環境を前提としているようで、upload では単に upload_port 先のディレクトリにコピーをしようとします。今回はシリアル経由で書きこむので、platformio 経由での upload は使いませんでした。

ピンアサイン

https://developer.mbed.org/platforms/LPC1114FN28/ このページを見るのが一番良いようです。

上記コード中で指定している LED1 は左下の dp14 になります。

書きこみ

書きこみツールは lpc21isp を使うのが一番簡単なようです。展開して make するだけで OS X でも普通に動きました。

https://sourceforge.net/projects/lpc21isp/files/lpc21isp/ からダウンロードできます。

以下にような感じで書きこめました。115200 は書きこみ時のボーレート、12000 はMCUの動作周波数をkHz単位で指定するようです。内蔵RCは12MHzなので12Mhzを指定しています。が、mbed 実行時は逓倍して48MHzで動いているようなので、どっちを指定するのかよくわかりません。

lpc21isp -control -bin .pioenvs/lpc/firmware.bin /dev/tty.usbserial-A50285BI 115200 12000

ここでは -control を指定しています

         -control     for controlling RS232 lines for easier booting
                      (Reset = DTR, EnableBootLoader = RTS)

となっており、この通りにシリアル変換の DTR を nR (RESET) 、RTS を dp24 に接続することで、自動リセットしてISPモードへ移行して書きこめます。冒頭の写真の通りの配線です。

追記：シリアル通信を行う

上記の方法だと、普通にシリアル通信を行おうとするとRTS/DTRまわりの挙動によってリセットが発生してISPモードに入ってしまうことがあります。なので普通に screen などでシリアル出力を見ることができません。これは RESET の配線を切れば問題ないのですが面倒くさいところです。

実はこれもlpc21ispを使って以下にようにすると、配線を変えずにシリアルモニタができるようです。

lpc21isp -termonly -control /dev/tty.usbserial-A50285BI 115200 12000

コード例

#include "mbed.h"

Serial serial(USBTX, USBRX);
DigitalOut led(LED1);

int main() {
	serial.baud(115200);

	while(1) {
		serial.printf("Hello, World!\n");
		led = 1;
		wait(0.5);
		led = 0;
		wait(0.5);
	}
	return 0;
}

ref.

• https://developer.mbed.org/platforms/LPC1114FN28/
• http://qiita.com/erukiti/items/7815134e2dab6183d4c8
• http://morecatlab.akiba.coocan.jp/lab/index.php/2014/01/lpc21isp-lpc1114/

コード

ライブラリみたいにしてあるのもありましたが、結局自分で書きました。

入手したモジュールは125MHzが源クロックでした。

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>

template <uint32_t CLKIN>
class AD9850 {
	static constexpr double PHASE_FACTOR = 0x100000000 / (double)CLKIN;

	const uint16_t PIN_DATA;
	const uint16_t PIN_FQ_UD;
	const uint16_t PIN_W_CLK;
	const uint16_t PIN_RESET;

	void serial_write(uint32_t freq, uint8_t phase, bool powerdown) {
		// freq (delta phase)
		for (int i = 0; i < 32; i++) {
			digitalWrite(PIN_DATA, (freq>>i) & 1);
			digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
			digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);
		}

		// control bits
		digitalWrite(PIN_DATA, LOW);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);

		// powerdown
		digitalWrite(PIN_DATA, powerdown ? HIGH : LOW);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);

		// phase
		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			digitalWrite(PIN_DATA, (phase>>i) & 1);
			digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
			digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);
		}

		digitalWrite(PIN_FQ_UD, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_FQ_UD, LOW); delayMicroseconds(4);
	}

public:
	AD9850(
			uint16_t data,
			uint16_t fq_ud,
			uint16_t w_clk,
			uint16_t reset
		) :
			PIN_DATA(data),
			PIN_FQ_UD(fq_ud),
			PIN_W_CLK(w_clk),
			PIN_RESET(reset)
	{
		pinMode(PIN_DATA, OUTPUT);
		pinMode(PIN_FQ_UD, OUTPUT);
		pinMode(PIN_W_CLK, OUTPUT);
		pinMode(PIN_RESET, OUTPUT);
	}
	
	/**
	 * W0 ... W31  -> Freq (LSB first)
	 * W32, W33    -> Control (for factory test)
	 * W34         -> Power-Down
	 * W35 ... W39 -> Phase (LSB first)
	 */

	void reset() {
		// ensure low
		digitalWrite(PIN_DATA, LOW);
		digitalWrite(PIN_FQ_UD, LOW);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW);

		// reset
		digitalWrite(PIN_RESET, HIGH); delay(1);
		digitalWrite(PIN_RESET, LOW); delay(1);

		// reset to serial mode
		// Pins of D0, D1 = HIGH, D2 = LOW for serial mode
		digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);

		digitalWrite(PIN_FQ_UD, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_FQ_UD, LOW); delayMicroseconds(4);
	}

	void set_frequency(uint32_t frequency) {
		set_frequency(frequency, 0);
	}

	void set_frequency(uint32_t frequency, uint8_t phase) {
		uint32_t deltaPhase = PHASE_FACTOR * frequency;
		serial_write(deltaPhase, phase, 0);
	}

	void powerdown() {
		serial_write(0, 0, 1);
	}
};

AD9850<125000000> ad9850(9, 10, 11, 12);

void setup() {
	Serial.begin(9600);

	ad9850.reset();
	ad9850.set_frequency(10e6);
}

void loop() {
}

出力

商品説明だと40MHz まで出せると書いてありました。たしかに出せることは出せるようです。

このモジュールの出力には7次のローパスフィルタがついています。これはAD9851のデータシート通りの定数のフィルタのようで、70MHzぐらいにカットオフ周波数ががあるみたいです。

なおローパスフィルタの後の出力インピーダンスは200Ωになっているみたいです。

AD9850自体の出力は電流出力で、12ピンについている抵抗でフルスケールの出力電流が決まることになっています。このモジュールでは3.9kΩが実装されており、10mA フルスケールの出力に設定されています。200Ωで10mW(10dBm)。実際使う場合バッファして50Ω出力とする必要はありそうです。

片方だけにローパスフィルタが入っており、もう片方の出力は200Ωで電圧変換されて直接ピンヘッダに出ています。ということで差動出力には使えません。

コード

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>

template <uint32_t CLKIN, bool MULTIPLIER>
class AD9851 {
	static constexpr double PHASE_FACTOR = 0x100000000 / (double)(CLKIN * (MULTIPLIER ? 6 : 1));

	const uint16_t PIN_DATA;
	const uint16_t PIN_FQ_UD;
	const uint16_t PIN_W_CLK;
	const uint16_t PIN_RESET;

	void serial_write(uint32_t freq, uint8_t phase, bool powerdown) {
		// freq (delta phase)
		for (int i = 0; i < 32; i++) {
			digitalWrite(PIN_DATA, (freq>>i) & 1);
			digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
			digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);
		}

		// control bits
		digitalWrite(PIN_DATA, MULTIPLIER ? HIGH : LOW);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_DATA, LOW);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);

		// powerdown
		digitalWrite(PIN_DATA, powerdown ? HIGH : LOW);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);

		// phase
		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			digitalWrite(PIN_DATA, (phase>>i) & 1);
			digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
			digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);
		}

		digitalWrite(PIN_FQ_UD, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_FQ_UD, LOW); delayMicroseconds(4);
	}

public:
	AD9851(
			uint16_t data,
			uint16_t fq_ud,
			uint16_t w_clk,
			uint16_t reset
		) :
			PIN_DATA(data),
			PIN_FQ_UD(fq_ud),
			PIN_W_CLK(w_clk),
			PIN_RESET(reset)
	{
		pinMode(PIN_DATA, OUTPUT);
		pinMode(PIN_FQ_UD, OUTPUT);
		pinMode(PIN_W_CLK, OUTPUT);
		pinMode(PIN_RESET, OUTPUT);
	}
	
	/**
	 * W0 ... W31  -> Freq (LSB first)
	 * W32, W33    -> Control (for factory test)
	 * W34         -> Power-Down
	 * W35 ... W39 -> Phase (LSB first)
	 */

	void reset() {
		// ensure low
		digitalWrite(PIN_DATA, LOW);
		digitalWrite(PIN_FQ_UD, LOW);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW);

		// reset
		digitalWrite(PIN_RESET, HIGH); delay(1);
		digitalWrite(PIN_RESET, LOW); delay(1);

		// reset to serial mode
		// Pins of D0, D1 = HIGH, D2 = LOW for serial mode
		digitalWrite(PIN_W_CLK, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_W_CLK, LOW); delayMicroseconds(4);

		digitalWrite(PIN_FQ_UD, HIGH); delayMicroseconds(4);
		digitalWrite(PIN_FQ_UD, LOW); delayMicroseconds(4);
	}

	void set_frequency(uint32_t frequency) {
		set_frequency(frequency, 0);
	}

	void set_frequency(uint32_t frequency, uint8_t phase) {
		uint32_t deltaPhase = PHASE_FACTOR * frequency;
		serial_write(deltaPhase, phase, 0);
	}

	void powerdown() {
		serial_write(0, 0, 1);
	}
};

AD9851<30000000, true> ad9851(9, 10, 11, 12);

void setup() {
	Serial.begin(9600);

	ad9851.reset();
	ad9851.set_frequency(10e6);
}

void loop() {
}

AD9851 とほぼ同じですが、6倍の周波数逓倍器がの有効無効化のビットがあるので、その部分だけ実装を変えてあります。

出力

購入したモジュールは 30MHz の源発振のものなので、逓倍後は 180MHz になります。

40MHz ぐらいから出力が低くなります。