Nucleo-F401REにMicroPythonをインストールする: xshige's beta notes

2020年2月 6日 (木)

Nucleo-F401REにMicroPythonをインストールする

2020/2/6

Nucleo F401RE MicroPython Install

概要

「Nucleo F401RE」にMicropythonをインストールする方法について記載する (ホストPCとしてはubuntuを想定している)

事前準備

(1)ampyのインストール
AMPY_PORTは、自分の環境に合わせる。


  pip install adafruit-ampy
  export AMPY_PORT=/dev/ttyACM0
  export AMPY_BAUD=115200

(2)picocomのインストール


  sudo apt-get install picocom

以上のうち、exportしているものは、.bashrcに登録することを勧める。

参照URL

The MicroPython project
ＳＴＭ３２　Ｎｕｃｌｅｏ　Ｂｏａｒｄ　ＳＴＭ３２Ｆ４０１
 Quick reference for the pyboard ampyを用いたMicroPythonのファイル操作とプログラム実行
 MicroPython pyboard v1.1
新しいボードへMicroPythonを対応させる方法をざっくり解説

ビルド手順


  mkdir mp
  cd mp

  git clone https://github.com/micropython/micropython.git

  cd micropython
  cd mpy-cross
  make

  cd ports/stm32 
  make submodules
  make BOARD=NUCLEO_F401RE

この時点でfirmwareがビルドされる。

ビルドしたファームウェアの書き込み

以下のコマンドでファームウェア書き込みができるはずだが..
dfu-util -a 0 -D ./build-NUCLEO_F446RE/firmware.dfu
「dfu-util: No DFU capable USB device available」のエラーが出て書き込めなかった。
(たぶん、今回のボードがDFU対応になっていないせい)
なので、PlatformIOのツール(stlink)を使う。
新規プロジェクトでF446RE_mbed_01のプロジェクト名で
board:「ST Nucleo F446RE」
platform: mbed
に設定する。
(書き込み方法はデフォルトの「upload_protocol = stlink」のままなので何も設定しない)

~/Documents/PlatformIO/Projects/F446RE_mbed_01/.pio/build/nucleo_f446re/firmware.elf
を今回ビルドした以下のelfに差し替える。
./build-NUCLEO_F401RE/firmware.elf

実行例：


  cp ./build-NUCLEO_F401RE/firmware.elf ~/Documents/PlatformIO/Projects/F446RE_mbed_01/.pio/build/nucleo_f446re/                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                firmware.elf

差し替えた後、PlatformIOのupload（書き込み）を実行する。

以下、書き込み時のログ出力例：


  > Executing task in folder F446RE_mbed_01: platformio run --target upload <

  Processing nucleo_f446re (platform: ststm32; board: nucleo_f446re; framework: mbed)
  ----------------------------------------------------------------------------------
  Verbose mode can be enabled via `-v, --verbose` option
  CONFIGURATION: https://docs.platformio.org/page/boards/ststm32/nucleo_f446re.html
  PLATFORM: ST STM32 6.0.0 > ST Nucleo F446RE
  HARDWARE: STM32F446RET6 180MHz, 128KB RAM, 512KB Flash
  DEBUG: Current (stlink) On-board (stlink) External (blackmagic, jlink)
  PACKAGES: tool-dfuutil 1.9.190708, toolchain-gccarmnoneeabi 1.70201.0 (7.2.1), framework-mbed 5.51401.191023 (5.14.1), tool-stm32duino 1.0.1, tool-openocd 2.1000.190707 (10.0)
  Collecting mbed sources...
  LDF: Library Dependency Finder -> http://bit.ly/configure-pio-ldf
  LDF Modes: Finder ~ chain, Compatibility ~ soft
  Found 14 compatible libraries
  Scanning dependencies...
  No dependencies
  Building in release mode
  Checking size .pio/build/nucleo_f446re/firmware.elf
  Advanced Memory Usage is available via "PlatformIO Home > Project Inspect"
  DATA:    [=         ]  14.4% (used 18936 bytes from 131072 bytes)
  PROGRAM: [=====     ]  53.6% (used 280908 bytes from 524288 bytes)
  Configuring upload protocol...
  AVAILABLE: blackmagic, jlink, mbed, stlink
  CURRENT: upload_protocol = stlink
  Uploading .pio/build/nucleo_f446re/firmware.elf
  xPack OpenOCD, 64-bit Open On-Chip Debugger 0.10.0+dev (2019-07-17-11:25)
  Licensed under GNU GPL v2
  For bug reports, read
          http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
  debug_level: 1

  srst_only separate srst_nogate srst_open_drain connect_deassert_srst

  target halted due to debug-request, current mode: Thread 
  xPSR: 0x01000000 pc: 0x08002364 msp: 0x20002160
  ** Programming Started **
  ** Programming Finished **
  ** Verify Started **
  ** Verified OK **
  ** Resetting Target **
  shutdown command invoked

  ===== [SUCCESS] Took 23.76 seconds =====

  Terminal will be reused by tasks, press any key to close it.

以上でfirmwareがボードに書き込まれる。

動作確認

picocomを使いボードとシリアルで通信する。以下、通信例：


  $ picocom /dev/ttyACM0 -b115200
  #反応がない場合、Ctrl-C,Ctrl-Dを押す。
  PY: sync filesystems
  MPY: soft reboot
  MicroPython v1.12-58-g7ef2f65-dirty on 2020-02-06; NUCLEO-F401RE with STM32F401xE
  Type "help()" for more information.
  >>> 

  >>> import os
  >>> os.uname()
  (sysname='pyboard', nodename='pyboard', release='1.12.0', version='v1.12-58-g7ef2f65-dirty on 2020-02-06', machine='NUCLEO-F401RE with STM32F401xE')
  >>> 

  >>> import gc
  >>> gc.collect()
  >>> gc.mem_free()
  60240
  >>> 
  >>> list(5 * x + y for x in range(10) for y in [4, 2, 1])
  [4, 2, 1, 9, 7, 6, 14, 12, 11, 19, 17, 16, 24, 22, 21, 29, 27, 26, 34, 32, 31, 39, 37, 36, 44, 42, 41, 49, 47, 46]
  >>>

内蔵モジュール表示：


  >>> help('modules')
  __main__          math              ucollections      urandom
  _onewire          micropython       uctypes           ure
  builtins          network           uerrno            uselect
  cmath             onewire           uhashlib          usocket
  dht               pyb               uheapq            ustruct
  framebuf          stm               uio               utime
  gc                sys               ujson             utimeq
  lcd160cr          uarray            umachine          uzlib
  lcd160cr_test     ubinascii         uos
  Plus any modules on the filesystem
  >>>

ampy実行例


  $ ampy ls /flash
  /flash/boot.py
  /flash/main.py

  $ ampy get /flash/boot.py
  # boot.py -- run on boot-up
  # can run arbitrary Python, but best to keep it minimal

  import machine
  import pyb
  pyb.country('US') # ISO 3166-1 Alpha-2 code, eg US, GB, DE, AU
  #pyb.main('main.py') # main script to run after this one

  $ ampy get /flash/main.py
  # main.py -- put your code here!

サンプル・スクリプト

blink.py


  print("LED blinking test...")
  led = pyb.LED(1) # (pin_A5) // Green LD2 LED on Nucleo

  while True:
      led.on()
      pyb.delay(100)
      led.off()
      pyb.delay(100)

cpuが同じこともあり、pyboardと同じボードと見做されているようだ。

実行例：


  $ ampy run blink.py

この場合、flashにスクリプトを書き込まずに直接RAMで実行される。

スクリプトを保存/実行する場合

ボードの電源オンで直接スクリプトを実行する場合は /flash/main.pyにプログラムを置く。

実行例：


  $ ampy put blink.py /flash/main.py

いったん[reset]を押すと書き込んだプログラムが起動する。

ピン・アサイン状況

ソースの./STM32_micropython/ports/stm32/boards/NUCLEO_F401RE/mpconfigboard.h を見るとピンのアサイン状況が分かる：
以下、抜粋：


  // I2C busses
  #define MICROPY_HW_I2C1_SCL (pin_B8) // Arduino D15, pin 3 on CN10
  #define MICROPY_HW_I2C1_SDA (pin_B9) //         D14, pin 5 on CN10
  ...
  // SPI busses
  ...
  #define MICROPY_HW_SPI3_NSS (pin_A4) // Arduino A2,  pin 32 on CN7
  #define MICROPY_HW_SPI3_SCK (pin_B3) // Arduino D3,  pin 31 on CN10
  #define MICROPY_HW_SPI3_MISO (pin_B4) // Arduino D5,  pin 27 on CN10
  #define MICROPY_HW_SPI3_MOSI (pin_B5) // Arduino D4,  pin 29 on CN10
  ...
  // LEDs
  #define MICROPY_HW_LED1 (pin_A5) // Green LD2 LED on Nucleo

技術情報

NUCLEO-F401RE
Quick reference for the pyboard

追記情報(DFU-mode)

後日、調べたら、以下のようにDFU-modeにする方法が分かった。

BOOT0端子をH(3.3V)に接続し、ボートをリセット(電源オン)すると、PA12,PA11(D+,D-)がUSB端子になり、DFU-modeになる。なので、そこにホストPCのUSBを接続し、ボード立ち上げ後、dfu-utilを使用すればファームウェアを書き込むことができる。
ただし、色々接続しなければならないので、本件のボードの場合、DFU-modeではなく、stlinkで書き込むのが正解だと思う。

以下、DFU-modeに関する詳細情報：
STM32 NUCLEO AND DFU USB BOOTLOADING
・接続時の写真があり分かりやすい。
STM32シリーズへの書き込み(DFU編)
USB Tester 3.0

以上

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