STM32F4DISCOVERYにCircuitPythonをインストールする: xshige's beta notes

2020年4月11日 (土)

STM32F4DISCOVERYにCircuitPythonをインストールする

2020/4/11+

STM32F4DISCOVERY CircuitPython Install

概要

STM32F4DISCOVERYにCircuitPython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)書き込みツール(st-link)のインストール


  sudo apt install cmake
  sudo apt install libusb-1.0

  git clone https://github.com/texane/stlink.git
  cd stlink
  make
  cd build/Release
  sudo make install
  sudo ldconfig

  # インストール確認
  st-flash --version
  #以下のように出力されればＯＫ(数字などはバージョンによって異なる)
  v1.6.0-154-g99a8aaa

(2)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

(3)picocomのインストール


  sudo apt-get install picocom

(4)コンパイラのバージョンアップ
以下でインストールしたコンパイラが古いのでバージョンアップする。
sudo apt-get install gcc-arm-none-eabi

(1)以下のurlから最新版をダウンロードする：  
  https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads

  解凍したものを以下のフォルダに置く：   
  $HOME/Downloads/gcc-arm-none-eabi-8-2019-q3-update

  (2)パス設定  
  #古いコンパイラを削除する  
  sudo apt-get remove gcc-arm-none-eabi  
  #パスを設定する  
  export PATH=$PATH:$HOME/Downloads/gcc-arm-none-eabi-8-2019-q3-update/bin

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。

ビルド手順

以下の手順で行なう：


  mkdir mp_cpy
  cd mp_cpy

  git clone https://github.com/adafruit/circuitpython.git
  cd circuitpython
  git submodule sync
  git submodule update --init
  git submodule update --recursive

  make -C mpy-cross

  cd ports/stm

  make clean BOARD=stm32f4_discovery
  make BOARD=stm32f4_discovery

以上の手順で、　./build-stm32f4_discovery/firmware.bin　が生成される

stm32f411ve_discoveryの場合：


  make clean BOARD=stm32f411ve_discovery
  make BOARD=stm32f411ve_discovery

stm32f412zg_discoveryの場合：


  make clean BOARD=stm32f412zg_discovery
  make BOARD=stm32f412zg_discovery

書き込み手順


  st-flash write ./build-stm32f4_discovery/firmware.bin 0x8000000

  #出力例：
  st-flash 1.6.0-154-g99a8aaa
  2020-04-11T09:27:18 INFO common.c: F4xx: 192 KiB SRAM, 1024 KiB flash in 16 KiB pages.
  2020-04-11T09:27:18 INFO common.c: Attempting to write 365636 (0x59444) bytes to stm32 address: 134217728 (0x8000000)
  Flash page at addr: 0x08040000 erasedEraseFlash - Sector:0x6 Size:0x20000 
  2020-04-11T09:27:24 INFO common.c: Finished erasing 7 pages of 131072 (0x20000) bytes
  2020-04-11T09:27:24 INFO common.c: Starting Flash write for F2/F4/L4
  2020-04-11T09:27:24 INFO flash_loader.c: Successfully loaded flash loader in sram
  enabling 32-bit flash writes
  size: 32768
  size: 32768
  size: 32768
  size: 32768
  size: 32768
  size: 32768
  size: 32768
  size: 32768
  size: 32768
  size: 32768
  size: 32768
  size: 5188
  2020-04-11T09:27:34 INFO common.c: Starting verification of write complete
  2020-04-11T09:27:41 INFO common.c: Flash written and verified! jolly good!

書き込んだプログラムが実行されると、USBストレージとして、CIRCUITPYが現れる。
注意：USBケーブルは、電源供給のためのデバッグボード側のUSB、CPU本体側のUSBの２つをホストPCに接続すること。

動作確認(REPL)

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

  Auto-reload is on. Simply save files over USB to run them or enter REPL to disable.

  Press any key to enter the REPL. Use CTRL-D to reload.
  Adafruit CircuitPython 5.0.0-87-g3a5f79a on 2020-04-10; STM32F4_DISCO with STM32F407VG
  >>> 

  >>> import os
  >>> os.uname()
  (sysname='stm32f4', nodename='stm32f4', release='5.0.0', version='5.0.0-87-g3a5f79a on 2020-04-10', machine='STM32F4_DISCO with STM32F407VG')
  >>> 

  >>> import gc
  >>> gc.collect()
  >>> gc.mem_free()
  75392
  >>> 

  >>> 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]
  >>> 

  >>> help('modules')
  __main__          displayio         neopixel_write    terminalio
  analogio          fontio            os                time
  array             gc                pulseio           ulab
  board             io                random            usb_hid
  builtins          json              storage           usb_midi
  busio             math              struct
  collections       microcontroller   supervisor
  digitalio         micropython       sys
  Plus any modules on the filesystem
  >>> 

  >>> import board
  >>> dir(board)
  ['__class__', 'A0', 'A1', 'A2', 'A3', 'A4', 'A5', 'LD3', 'LD4', 'LD5', 'LD6', 'LED1', 'LED2', 'LED3', 'LED4', 'LED_BLUE', 'LED_GREEN', 'LED_ORANGE', 'LED_RED', 'PA00', 'PA01', 'PA02', 'PA03', 'PA04', 'PA05', 'PA06', 'PA07', 'PA08', 'PA09', 'PA10', 'PA13', 'PA14', 'PA15', 'PB00', 'PB01', 'PB02', 'PB03', 'PB04', 'PB05', 'PB06', 'PB07', 'PB08', 'PB09', 'PB10', 'PB11', 'PB12', 'PB13', 'PB14', 'PB15', 'PC00', 'PC01', 'PC02', 'PC03', 'PC04', 'PC05', 'PC06', 'PC07', 'PC08', 'PC09', 'PC10', 'PC11', 'PC12', 'PC13', 'PC14', 'PC15', 'PD00', 'PD01', 'PD02', 'PD03', 'PD04', 'PD05', 'PD06', 'PD07', 'PD08', 'PD09', 'PD10', 'PD11', 'PD12', 'PD13', 'PD14', 'PD15', 'PE00', 'PE01', 'PE02', 'PE03', 'PE04', 'PE05', 'PE06', 'PE07', 'PE08', 'PE09', 'PE10', 'PE11', 'PE12', 'PE13', 'PE14', 'PE15']
  >>>

スクリプト実行

blinkBlue.py


  import board
  import digitalio
  import time

  led = digitalio.DigitalInOut(board.LED_BLUE)
  led.direction = digitalio.Direction.OUTPUT

  while True:
      led.value = True
      time.sleep(0.1)
      led.value = False
      time.sleep(0.1)

なお、LED_BLUEの部分は、LED_GREEN, LED_ORANGE, LED_REDに置き換えて LEDの色を変えることができる。

ストレージのCIRCUITPYに上のblinkBlue.pyを書き込み REPLで以下を実行すると該当のプログラムが実行される。


  import blinkBlue

注意：実行前(import前)にControl-Dを押して、ボードを初期化する必要がある。
(そうでないと、リソースが既に使用中だったりするとエラーになる)

CIRCUITPY上のcode.pyは、電源オン時またはREPLのCtrl-D押下時に、自動実行される。

Adafruit_CircuitPython_Bundleのモジュールのインストール方法


  # ホストＰＣ上(CircuitPythonボードが接続されている前提)
  # パス設定
  export CPY_LIB=$HOME/.local/lib/python3.5/site-packages
  # 上の「python3.5」の部分は、自分の使用している(ホストPCの)python3のバージョンに合わせる
  export CPY=/media/$USER/CIRCUITPY

  # MODULEというモジュールをインストールする場合、以下を実行する：
  pip3 install adafruit-circuitpython-MODULE
  # CircuitPython上でimportする場合のスクリプト
  import adafruit_MODULE
  # ダッシュ(-)とアンダースコア(_)の使い分けに注意すること

  # モジュールのCircuitPythonボードへのコピー(インストール)
  cp $CPY_LIB/adafruit_MODULE.py $CPY/lib/

  # 具体例：
  pip3 install adafruit-circuitpython-mpl115a2
  cp $CPY_LIB/adafruit_mpl115a2.py $CPY/lib/

Pin Assignment

I2C pin:


  PB06 = I2C1_SCL
  PB09 = I2C1_SDA

  PB10 = I2C2_SCL
  PB11 = I2C2_SDA

  PA08 = I2C3_SCL
  PC09 = I2C3_SDA

sample code for i2c

import time
  import busio
  import board

  i2c = busio.I2C(board.PB06, board.PB09) # I2C1 for F4DISCO
  #i2c = busio.I2C(board.PB10, board.PB11) # I2C2 for F4DISCO
  #i2c = busio.I2C(board.PA08, board.PC09) # I2C3 for F4DISCO

  i2c.try_lock()

  i2c.scan()

SPI pin:


  PA04 = SPI1_NSS
  PA05 = SPI1_SCK
  PA07 = SPI1_MOSI
  PA06 = SPI1_MISO

  PB12 = SPI2_NSS
  PB13 = SPI2_SCK
  PB15 = SPI2_MOSI
  PB14 = SPI2_MISO

SPI設定例：

spi = busio.SPI(board.PA05, MOSI=board.PA07, MISO=board.PA06) # SPI1
  spi = busio.SPI(board.PB13, MOSI=board.PB15, MISO=board.PB14) # SPI2

AnalogIn pin:


  PC01 = ADC123_IN11
  PC02 = ADC123_IN12
  PC05 = ADC12_IN15
  PC04 = ADC12_IN14
  PB01 = ADC12_IN9
  PB00 = ADC12_IN8

Sample Code for AnalogIn

import time
  import board
  from analogio import AnalogIn

  analog_in = AnalogIn(board.PC01)

  def get_voltage(pin):
      return (pin.value * 3.3) / 65536

  while True:
      print(get_voltage(analog_in))
      time.sleep(0.1)

GPIO pin:


  PE07 = FSMC_D4
  PE08 = FSMC_D5
  PE09 = FSMC_D6
  PE10 = FSMC_D7
  PE11 = FSMC_D8
  PE12 = FSMC_D9
  PE13 = FSMC_D10
  PE14 = FSMC_D11
  PE15 = FSMC_D12
  PD08 = FSMC_D13
  PD09 = FSMC_D14
  PD10 = FSMC_D15
  PD11 = FSMC_A16
  PD12 = FSMC_A17
  PD13 = FSMC_A18
  PD14 = FSMC_D0
  PD15 = FSMC_D1

  LED Green  = PD12
  LED Orange = PD13
  LED Red    = PD14
  LED Blue   = PD15

  User Button = PA00 # User and Wake-Up button
  # 使用する際は、プルアップしない。押すとTrueになる。
  # LEDは負論理なのでボタンに押すとLEDが消える。
  # 他のピンでブルアップしたいる場合は、
  # そのピンをグランドに落とすとＬＥＤが光る。

Sample Code for GPIO


  import time
  import board
  from digitalio import DigitalInOut, Direction, Pull

  led = DigitalInOut(board.PD13)
  led.direction = Direction.OUTPUT

  switch = DigitalInOut(board.PA00)
  switch.direction = Direction.INPUT
  #switch.pull = Pull.UP   # Pull.Down is available on some MCUs

  while True:
      led.value = not switch.value
      print(switch.value)
      time.sleep(0.01)