ドローン制御第3回 機体制御 雑談
2024.06.23
YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。
ここではSTEVAL-DRONE01のソースコードをもとにドローンの機体制御を試していきます。
ソースコードの解説は、Interface 2020年3月号の特集記事として取り上げられていますのでバックナンバーを購入されることをお勧めします。
入手できない場合は、2022年4月号に再掲載されていますので、そちらを入手してみてください。
STEVAL-DRONE01は2021年末時点で廃盤になっており、またフライト・コントロール・ユニットFCU001V1が前提としていた開発環境TrueSTUDIOも後継のSTM32CubeIDEに移り変わっています。
●STEVAL-DRONE01用ソースコード
ST_Drone_FCU_F401
STEVAL-DRONE用ソースコードは現時点ではまだ入手可能です。
STM32CubeIDE環境ならビルド可能かもしれませんが、PlatformIOでframeworkにstm32cubeを指定してコンパイルしてみたのですが、HALライブラリに関する部分でエラーが多発します。
うぷ主は機体制御を学習することが目的です。姿勢制御部分のコードのハードウェアに依存しません。
そこで、手軽に環境を構築可能な Arduino Nano 33 IoT用にコードを書き換えていきます。
今回は雑談ということで、STEVAL-DRONE01ハードウェア構成をみてみます。
●STEVAL-DRONE01ハードウェア構成
飛ばすことが目的でなければ、DRONE01のユーザ・マニュアルをもとにMCUやセンサー類を用意することで模擬環境を構築することが可能です。
Getting started with the STEVAL-FCU001V1 flight controller unit evaluation board for mini drones
フライト・コントロール・ユニット STEVAL FCU001V1
●Compact flight controller unit (FCU) evaluation board complete with sample firmware for a small or medium sized quadcopter
●On-board LiPo 1-cell battery charger
●Possibility to directly drive 4 DC brushed motors through the low voltage on-board MOSFET or alternatively use external ESC for DC brushless motor configuration
●Main components:
・STM32F401 - 32-bit MCU with ARM® Cortex®
・LSM6DSL - iNEMO intertial module: 3D accelerometer and 3D gyroscope
・LIS2MDL - High performance 3D magnetometer
・LPS22HD - MEMS pressure sensor: 260-1260 hPa absolute digital output barometer
・SPBTLE-RF - Very low power module for Bluetooth Smart v4.1
・STL6N3LLH6 - N-channel 30 V, 6 A STripFET H6 Power MOSFET
・STC4054 - 800 mA standalone linear Li-Ion battery charger
STEVAL FCU001V1 のMCUはSTM32F401CCU6/84MHz RAM:64KB FLASH:256KB です。
上記ピン配置と、CubeMXで生成されたSTEVAL-DRONE01用の設定ファイルを参考にするとピンの用途がわかります。
STEVAL_FCU001V1_ver1.ioc
#MicroXplorer Configuration settings - do not modify
ADC1.Channel-0\#ChannelRegularConversion=ADC_CHANNEL_9
ADC1.IPParameters=NbrOfConversionFlag,Channel-0\#ChannelRegularConversion,SamplingTime-0\#ChannelRegularConversion,Rank-0\#ChannelRegularConversion,master
ADC1.NbrOfConversionFlag=1
ADC1.Rank-0\#ChannelRegularConversion=1
ADC1.SamplingTime-0\#ChannelRegularConversion=ADC_SAMPLETIME_3CYCLES
ADC1.master=1
File.Version=6
KeepUserPlacement=false
Mcu.Family=STM32F4
Mcu.IP0=ADC1
Mcu.IP1=NVIC
Mcu.IP10=USB_DEVICE
Mcu.IP11=USB_OTG_FS
Mcu.IP2=RCC
Mcu.IP3=SPI1
Mcu.IP4=SPI2
Mcu.IP5=SYS
Mcu.IP6=TIM2
Mcu.IP7=TIM4
Mcu.IP8=TIM9
Mcu.IP9=USART1
Mcu.IPNb=12
Mcu.Name=STM32F401C(B-C-D-E)Ux
Mcu.Package=UFQFPN48
Mcu.Pin0=PH0 - OSC_IN
Mcu.Pin1=PH1 - OSC_OUT
Mcu.Pin10=PB0
Mcu.Pin11=PB1
Mcu.Pin12=PB2
Mcu.Pin13=PB10
Mcu.Pin14=PB12
Mcu.Pin15=PB13
Mcu.Pin16=PB14
Mcu.Pin17=PB15
Mcu.Pin18=PA8
Mcu.Pin19=PA9
Mcu.Pin2=PA0-WKUP
Mcu.Pin20=PA10
Mcu.Pin21=PA11
Mcu.Pin22=PA12
Mcu.Pin23=PA13
Mcu.Pin24=PA14
Mcu.Pin25=PB3
Mcu.Pin26=PB4
Mcu.Pin27=PB6
Mcu.Pin28=PB7
Mcu.Pin29=PB8
Mcu.Pin3=PA1
Mcu.Pin30=PB9
Mcu.Pin31=VP_TIM2_VS_ClockSourceINT
Mcu.Pin32=VP_TIM4_VS_ClockSourceINT
Mcu.Pin33=VP_TIM9_VS_ClockSourceINT
Mcu.Pin34=VP_USB_DEVICE_VS_USB_DEVICE_CDC_FS
Mcu.Pin4=PA2
Mcu.Pin5=PA3
Mcu.Pin6=PA4
Mcu.Pin7=PA5
Mcu.Pin8=PA6
Mcu.Pin9=PA7
Mcu.PinsNb=35
Mcu.UserConstants=
Mcu.UserName=STM32F401CCUx
MxCube.Version=4.8.0
MxDb.Version=DB.4.0.80
NVIC.OTG_FS_IRQn=true\:3\:0\:true\:true
NVIC.PriorityGroup=NVIC_PRIORITYGROUP_4
NVIC.SPI1_IRQn=true\:3\:0\:true\:true
NVIC.SPI2_IRQn=true\:3\:0\:true\:true
NVIC.SysTick_IRQn=true\:0\:0\:false\:true
NVIC.TIM1_BRK_TIM9_IRQn=true\:3\:0\:true\:true
NVIC.TIM2_IRQn=true\:2\:0\:true\:true
NVIC.USART1_IRQn=true\:4\:0\:true\:true
PA0-WKUP.GPIOParameters=GPIO_ModeDefaultPP,GPIO_Speed,GPIO_PuPd
PA0-WKUP.GPIO_ModeDefaultPP=GPIO_MODE_AF_PP
PA0-WKUP.GPIO_PuPd=GPIO_PULLDOWN
PA0-WKUP.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_FAST
PA0-WKUP.Locked=true
PA0-WKUP.Signal=S_TIM2_CH1_ETR
PA1.GPIOParameters=GPIO_ModeDefaultPP,GPIO_Speed,GPIO_PuPd
PA1.GPIO_ModeDefaultPP=GPIO_MODE_AF_PP
PA1.GPIO_PuPd=GPIO_PULLDOWN
PA1.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_FAST
PA1.Locked=true
PA1.Signal=S_TIM2_CH2
PA10.Mode=Asynchronous
PA10.Signal=USART1_RX
PA11.Mode=Device_Only
PA11.Signal=USB_OTG_FS_DM
PA12.Mode=Device_Only
PA12.Signal=USB_OTG_FS_DP
PA13.Mode=Serial-Wire
PA13.Signal=SYS_JTMS-SWDIO
PA14.Mode=Serial-Wire
PA14.Signal=SYS_JTCK-SWCLK
PA2.GPIOParameters=GPIO_ModeDefaultPP,GPIO_Speed,GPIO_PuPd
PA2.GPIO_ModeDefaultPP=GPIO_MODE_AF_PP
PA2.GPIO_PuPd=GPIO_PULLDOWN
PA2.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_FAST
PA2.Locked=true
PA2.Signal=S_TIM2_CH3
PA3.GPIOParameters=GPIO_ModeDefaultPP,GPIO_Speed,GPIO_PuPd
PA3.GPIO_ModeDefaultPP=GPIO_MODE_AF_PP
PA3.GPIO_PuPd=GPIO_PULLDOWN
PA3.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_FAST
PA3.Locked=true
PA3.Signal=S_TIM2_CH4
PA4.GPIOParameters=GPIO_PuPd,GPIO_Label,GPIO_Mode
PA4.GPIO_Label=BLE_IRQ
PA4.GPIO_Mode=GPIO_MODE_INPUT
PA4.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PA4.Locked=true
PA4.Signal=GPIO_Input
PA5.Locked=true
PA5.Mode=Full_Duplex_Master
PA5.Signal=SPI1_SCK
PA6.Locked=true
PA6.Mode=Full_Duplex_Master
PA6.Signal=SPI1_MISO
PA7.Locked=true
PA7.Mode=Full_Duplex_Master
PA7.Signal=SPI1_MOSI
PA8.GPIOParameters=GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label,GPIO_ModeDefaultOutputPP
PA8.GPIO_Label=LSM6DS33_CS
PA8.GPIO_ModeDefaultOutputPP=GPIO_MODE_OUTPUT_PP
PA8.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PA8.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PA8.Locked=true
PA8.Signal=GPIO_Output
PA9.Mode=Asynchronous
PA9.Signal=USART1_TX
PB0.GPIOParameters=GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label,GPIO_ModeDefaultOutputPP
PB0.GPIO_Label=BLE_CS
PB0.GPIO_ModeDefaultOutputPP=GPIO_MODE_OUTPUT_PP
PB0.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB0.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB0.Locked=true
PB0.Signal=GPIO_Output
PB1.GPIOParameters=GPIO_PuPd,GPIO_Label,GPIO_Mode
PB1.GPIO_Label=VBAT_SENSE
PB1.GPIO_Mode=GPIO_MODE_ANALOG
PB1.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB1.Locked=true
PB1.Signal=ADCx_IN9
PB10.GPIOParameters=GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label,GPIO_ModeDefaultOutputPP
PB10.GPIO_Label=LPS25H_CS
PB10.GPIO_ModeDefaultOutputPP=GPIO_MODE_OUTPUT_PP
PB10.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB10.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB10.Locked=true
PB10.Signal=GPIO_Output
PB12.GPIOParameters=GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label,GPIO_ModeDefaultOutputPP
PB12.GPIO_Label=LIS3MDL_CS
PB12.GPIO_ModeDefaultOutputPP=GPIO_MODE_OUTPUT_PP
PB12.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB12.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB12.Locked=true
PB12.Signal=GPIO_Output
PB13.Locked=true
PB13.Mode=Full_Duplex_Master
PB13.Signal=SPI2_SCK
PB14.Locked=true
PB14.Mode=Full_Duplex_Master
PB14.Signal=SPI2_MISO
PB15.Locked=true
PB15.Mode=Full_Duplex_Master
PB15.Signal=SPI2_MOSI
PB2.GPIOParameters=GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label,GPIO_ModeDefaultOutputPP
PB2.GPIO_Label=BLE_RSTN
PB2.GPIO_ModeDefaultOutputPP=GPIO_MODE_OUTPUT_PP
PB2.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB2.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB2.Locked=true
PB2.Signal=GPIO_Output
PB3.GPIOParameters=GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label,GPIO_ModeDefaultOutputPP
PB3.GPIO_Label=LED3
PB3.GPIO_ModeDefaultOutputPP=GPIO_MODE_OUTPUT_OD
PB3.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB3.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB3.Locked=true
PB3.Signal=GPIO_Output
PB4.GPIOParameters=GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label,GPIO_ModeDefaultOutputPP
PB4.GPIO_Label=LED2
PB4.GPIO_ModeDefaultOutputPP=GPIO_MODE_OUTPUT_OD
PB4.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB4.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB4.Locked=true
PB4.Signal=GPIO_Output
PB6.GPIOParameters=GPIO_ModeDefaultPP,GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label
PB6.GPIO_Label=MOTOR1
PB6.GPIO_ModeDefaultPP=GPIO_MODE_AF_PP
PB6.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB6.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB6.Signal=S_TIM4_CH1
PB7.GPIOParameters=GPIO_ModeDefaultPP,GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label
PB7.GPIO_Label=MOTOR2
PB7.GPIO_ModeDefaultPP=GPIO_MODE_AF_PP
PB7.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB7.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB7.Signal=S_TIM4_CH2
PB8.GPIOParameters=GPIO_ModeDefaultPP,GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label
PB8.GPIO_Label=MOTOR3
PB8.GPIO_ModeDefaultPP=GPIO_MODE_AF_PP
PB8.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB8.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB8.Signal=S_TIM4_CH3
PB9.GPIOParameters=GPIO_ModeDefaultPP,GPIO_Speed,GPIO_PuPd,GPIO_Label
PB9.GPIO_Label=MOTOR4
PB9.GPIO_ModeDefaultPP=GPIO_MODE_AF_PP
PB9.GPIO_PuPd=GPIO_NOPULL
PB9.GPIO_Speed=GPIO_SPEED_LOW
PB9.Signal=S_TIM4_CH4
PH0\ -\ OSC_IN.Mode=HSE-External-Oscillator
PH0\ -\ OSC_IN.Signal=RCC_OSC_IN
PH1\ -\ OSC_OUT.Mode=HSE-External-Oscillator
PH1\ -\ OSC_OUT.Signal=RCC_OSC_OUT
PinOutPanel.RotationAngle=0
ProjectManager.AskForMigrate=false
ProjectManager.BackupPrevious=true
ProjectManager.CompilerOptimize=2
ProjectManager.ComputerToolchain=false
ProjectManager.CoupleFile=false
ProjectManager.CustomerFirmwarePackage=
ProjectManager.DefaultFWLocation=true
ProjectManager.DeletePrevious=true
ProjectManager.DeviceId=STM32F401CCUx
ProjectManager.FirmwarePackage=STM32Cube FW_F4 V1.5.0
ProjectManager.FreePins=true
ProjectManager.HalAssertFull=false
ProjectManager.HeapSize=0x200
ProjectManager.KeepUserCode=true
ProjectManager.LastFirmware=true
ProjectManager.LibraryCopy=0
ProjectManager.PreviousToolchain=
ProjectManager.ProjectBuild=false
ProjectManager.ProjectFileName=STEVAL_FCU001V1_ver1.ioc
ProjectManager.ProjectName=STEVAL_FCU001V1_ver1
ProjectManager.StackSize=0x400
ProjectManager.TargetToolchain=EWARM
ProjectManager.ToolChainLocation=
ProjectManager.UnderRoot=false
ProjectManager.functionlistsort=1-MX_GPIO_Init-GPIO-false-HAL,2-SystemClock_Config-RCC-false-HAL,3-MX_ADC1_Init-ADC1-false-HAL,4-MX_SPI1_Init-SPI1-false-HAL,5-MX_SPI2_Init-SPI2-false-HAL,6-MX_TIM2_Init-TIM2-false-HAL,7-MX_TIM4_Init-TIM4-false-HAL,8-MX_TIM9_Init-TIM9-false-HAL,9-MX_USART1_UART_Init-USART1-false-HAL,10-MX_USB_DEVICE_Init-USB_DEVICE-false-HAL
RCC.48MHZClocksFreq_Value=48000000
RCC.AHBFreq_Value=84000000
RCC.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2
RCC.APB1Freq_Value=42000000
RCC.APB1TimFreq_Value=84000000
RCC.APB2Freq_Value=84000000
RCC.APB2TimFreq_Value=84000000
RCC.CortexFreq_Value=84000000
RCC.FCLKCortexFreq_Value=84000000
RCC.HCLKFreq_Value=84000000
RCC.HSE_VALUE=16000000
RCC.HSI_VALUE=16000000
RCC.I2SClocksFreq_Value=96000000
RCC.IPParameters=48MHZClocksFreq_Value,AHBFreq_Value,APB1CLKDivider,APB1Freq_Value,APB1TimFreq_Value,APB2Freq_Value,APB2TimFreq_Value,CortexFreq_Value,FCLKCortexFreq_Value,HCLKFreq_Value,HSE_VALUE,HSI_VALUE,I2SClocksFreq_Value,LSE_VALUE,LSI_VALUE,MCO2PinFreq_Value,PLLCLKFreq_Value,PLLN,PLLP,PLLQ,RTCFreq_Value,RTCHSEDivFreq_Value,SYSCLKFreq_VALUE,SYSCLKSource,VCOI2SOutputFreq_Value,VCOInputFreq_Value,VCOOutputFreq_Value,VcooutputI2S
RCC.LSE_VALUE=32768
RCC.LSI_VALUE=32000
RCC.MCO2PinFreq_Value=84000000
RCC.PLLCLKFreq_Value=84000000
RCC.PLLN=336
RCC.PLLP=RCC_PLLP_DIV4
RCC.PLLQ=7
RCC.RTCFreq_Value=32000
RCC.RTCHSEDivFreq_Value=8000000
RCC.SYSCLKFreq_VALUE=84000000
RCC.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK
RCC.VCOI2SOutputFreq_Value=192000000
RCC.VCOInputFreq_Value=1000000
RCC.VCOOutputFreq_Value=336000000
RCC.VcooutputI2S=96000000
SH.ADCx_IN9.0=ADC1_IN9,IN9
SH.ADCx_IN9.ConfNb=1
SH.S_TIM2_CH1_ETR.0=TIM2_CH1,Input_Capture1_from_TI1
SH.S_TIM2_CH1_ETR.ConfNb=1
SH.S_TIM2_CH2.0=TIM2_CH2,Input_Capture2_from_TI2
SH.S_TIM2_CH2.ConfNb=1
SH.S_TIM2_CH3.0=TIM2_CH3,Input_Capture3_from_TI3
SH.S_TIM2_CH3.ConfNb=1
SH.S_TIM2_CH4.0=TIM2_CH4,Input_Capture4_from_TI4
SH.S_TIM2_CH4.ConfNb=1
SH.S_TIM4_CH1.0=TIM4_CH1,PWM Generation1 CH1
SH.S_TIM4_CH1.ConfNb=1
SH.S_TIM4_CH2.0=TIM4_CH2,PWM Generation2 CH2
SH.S_TIM4_CH2.ConfNb=1
SH.S_TIM4_CH3.0=TIM4_CH3,PWM Generation3 CH3
SH.S_TIM4_CH3.ConfNb=1
SH.S_TIM4_CH4.0=TIM4_CH4,PWM Generation4 CH4
SH.S_TIM4_CH4.ConfNb=1
SPI1.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_8
SPI1.CalculateBaudRate=10.5 MBits/s
SPI1.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES
SPI1.IPParameters=BaudRatePrescaler,Mode,CalculateBaudRate,VirtualType,Direction
SPI1.Mode=SPI_MODE_MASTER
SPI1.VirtualType=VM_MASTER
SPI2.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_4
SPI2.CalculateBaudRate=10.5 MBits/s
SPI2.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES
SPI2.IPParameters=BaudRatePrescaler,Mode,CalculateBaudRate,VirtualType,Direction
SPI2.Mode=SPI_MODE_MASTER
SPI2.VirtualType=VM_MASTER
TIM2.Channel-Input_Capture1_from_TI1=TIM_CHANNEL_1
TIM2.Channel-Input_Capture2_from_TI2=TIM_CHANNEL_2
TIM2.Channel-Input_Capture3_from_TI3=TIM_CHANNEL_3
TIM2.Channel-Input_Capture4_from_TI4=TIM_CHANNEL_4
TIM2.ICPolarity_CH1=TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_BOTHEDGE
TIM2.ICPolarity_CH2=TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_BOTHEDGE
TIM2.ICPolarity_CH3=TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_BOTHEDGE
TIM2.ICPolarity_CH4=TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_BOTHEDGE
TIM2.IPParameters=ICPolarity_CH4,ICPolarity_CH3,ICPolarity_CH2,Channel-Input_Capture2_from_TI2,Period,ICPolarity_CH1,Channel-Input_Capture4_from_TI4,Prescaler,Channel-Input_Capture3_from_TI3,Channel-Input_Capture1_from_TI1
TIM2.Period=32767
TIM2.Prescaler=20
TIM4.Channel-PWM\ Generation1\ CH1=TIM_CHANNEL_1
TIM4.Channel-PWM\ Generation2\ CH2=TIM_CHANNEL_2
TIM4.Channel-PWM\ Generation3\ CH3=TIM_CHANNEL_3
TIM4.Channel-PWM\ Generation4\ CH4=TIM_CHANNEL_4
TIM4.IPParameters=Prescaler,Period,Channel-PWM Generation2 CH2,Channel-PWM Generation3 CH3,Channel-PWM Generation4 CH4,Channel-PWM Generation1 CH1
TIM4.Period=1999
TIM4.Prescaler=83
TIM9.IPParameters=Prescaler,Period
TIM9.Period=1999
TIM9.Prescaler=839
USART1.IPParameters=VirtualMode
USART1.VirtualMode=VM_ASYNC
USB_DEVICE.IPParameters=VirtualModeFS,USBD_HandleTypeDef,VirtualMode
USB_DEVICE.USBD_HandleTypeDef=hUsbDeviceFS
USB_DEVICE.VirtualMode=Cdc
USB_DEVICE.VirtualModeFS=Cdc_FS
USB_OTG_FS.IPParameters=VirtualMode
USB_OTG_FS.VirtualMode=Device_Only
VP_TIM2_VS_ClockSourceINT.Mode=Internal
VP_TIM2_VS_ClockSourceINT.Signal=TIM2_VS_ClockSourceINT
VP_TIM4_VS_ClockSourceINT.Mode=Internal
VP_TIM4_VS_ClockSourceINT.Signal=TIM4_VS_ClockSourceINT
VP_TIM9_VS_ClockSourceINT.Mode=Internal
VP_TIM9_VS_ClockSourceINT.Signal=TIM9_VS_ClockSourceINT
VP_USB_DEVICE_VS_USB_DEVICE_CDC_FS.Mode=CDC_FS
VP_USB_DEVICE_VS_USB_DEVICE_CDC_FS.Signal=USB_DEVICE_VS_USB_DEVICE_CDC_FS
board=STEVAL_FCU001V1_ver1
本体mcu部分は blackpill_f401cc などで代用できるかもしれません。
モータ・ドライバ STL6N3LLH6
N-channel 30 V, 0.021 Ohm typ., 6 A STripFET H6 Power MOSFET in a PowerFLAT 2x2 package
3軸加速度/3軸角速度センサ LSM6DSL
SCL(S2_CLK)、SDA(S2_SDA)の表記は、設定ファイルを確認するとSPIとして使われています。
気圧センサ LPS22HBTR
3軸地磁気センサ LIS2MDL
PWM inputs 6-pin header connector (プロポ受信機用)
UART 4-pin header connector
I2C 4-pin header connector
Debugging micro SWD connector
Battery 2-pin header connector
●ST-LINK プログラマ
ST-LINK V2(左)を持っていないので、書き込みにはSTM32 Nucleo Board STM32F401(右)のST LINKを使います。
試しにNucleo基板のST-LINKを分離して、本体のNucleoボードに書込みを行ってみます。
CN2のジャンパは2つとも外します。
Nucleo本体側PWRのジャンパーピンをE5V側に差し替えます。
ST-LINK部分とNUCLEO本体との配線は下記の通りです。
| ST-LINK(CN4) | F401RE本体 |
| 1:VDD_TARGET | CN6-04:3.3V |
| 2:SWCLK | CN7-15:PA14 |
| 3:GND | CN7-08:GND |
| 4:SWDIO | CN7-13:PA13 |
| 5:NRST | CN6-03:NRST |
| 6:SWO(未使用) | |
電源供給はモバイルバッテリーから5V→(POWER:5V,GND)を供給しています。
補足:電源は下記の使用になっています。
UM1724 User manual - STM32 Nucleo-64 boards (MB1136)
SB2とSB12は表面実装のoΩ抵抗が付いています。
$ pio init -b nucleo_f401re
$ vi platformio.ini
[env:nucleo_f401re]
platform = ststm32
board = nucleo_f401re
framework = arduino
upload_protocol = stlink ←追加
$ vi src/blink.cpp
#include <Arduino.h>
void setup()
{
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop()
{
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(1000);
}
$ pio run -t upload
Error: target voltage may be too low for reliable debugging
[stm32f4x.cpu] halted due to debug-request, current mode: Thread
xPSR: 0x01000000 pc: 0x08001ea4 msp: 0x20018000
** Programming Started **
** Programming Finished **
** Verify Started **
** Verified OK **
** Resetting Target **
shutdown command invoked
●FCU001V1へのArduinoコード書込み
うぷ主は奇跡的にSTEVAL-DRONE01を入手できていたので、フライト・コントロール・ユニット STEVAL FCU001V1への書き込みを行ってみます。
ここでは、プラットフォームに ststm32、フレームワークに Arduino を指定してみます。
ボード情報をPlatformIOで探してみます。
$ pio boards STM32F401CCU6
Platform: ststm32
===============================================================================================================
ID MCU Frequency Flash RAM Name
------------------ ------------- ----------- ------- ----- -------------------------------------------------------
steval_fcu001v1 STM32F401CCU6 84MHz 256KB 64KB STEVAL-FCU001V1 Flight controller unit evaluation board
genericSTM32F401CC STM32F401CCU6 84MHz 256KB 64KB STM32F401CC (64k RAM. 256k Flash)
blackpill_f401cc STM32F401CCU6 84MHz 256KB 64KB WeAct Studio BlackPill V2.0 (STM32F401CC)
STEVALのボード情報を覗いてみると、framworksにarduinoがありません。
$ cat ~/.platformio/platforms/ststm32/boards/steval_fcu001v1.json
{
"build": {
"cpu": "cortex-m4",
"extra_flags": "-DSTM32F4xx -DSTM32F401xC",
"f_cpu": "84000000L",
"mcu": "stm32f401ccu6",
"product_line": "STM32F401xC"
},
"debug": {
"jlink_device": "STM32F401CC",
"openocd_target": "stm32f4x",
"svd_path": "STM32F40x.svd"
},
"frameworks": [
"cmsis",
"stm32cube",
"libopencm3",
"zephyr"
],
"name": "STEVAL-FCU001V1 Flight controller unit evaluation board",
"upload": {
"maximum_ram_size": 65536,
"maximum_size": 262144,
"protocol": "stlink",
"protocols": [
"jlink",
"cmsis-dap",
"stlink",
"blackmagic"
]
},
"url": "https://www.st.com/en/evaluation-tools/steval-fcu001v1.html",
"vendor": "ST"
}
そこで、FCU001V1と同じmcuを持つボードgenericSTM32F401CCで代用します。
$ cat ~/.platformio/platforms/ststm32/boards/genericSTM32F401CC.json
{
"build": {
"core": "stm32",
"cpu": "cortex-m4",
"extra_flags": "-DSTM32F401xC -DSTM32F4xx",
"f_cpu": "84000000L",
"mcu": "stm32f401ccu6",
"product_line": "STM32F401xC",
"variant": "STM32F4xx/F401CC(F-U-Y)_F401C(B-D-E)(U-Y)"
},
"debug": {
"jlink_device": "STM32F401CC",
"openocd_target": "stm32f4x",
"svd_path": "STM32F401x.svd"
},
"frameworks": [
"arduino",
"cmsis",
"stm32cube",
"libopencm3"
],
"name": "STM32F401CC (64k RAM. 256k Flash)",
"upload": {
"maximum_ram_size": 65536,
"maximum_size": 262144,
"protocol": "serial",
"protocols": [
"blackmagic",
"dfu",
"jlink",
"serial",
"stlink"
]
},
"url": "https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors
/stm32f401cc.html",
"vendor": "Generic"
}
genericSTM32F401CCはframworkとして、arduinoをサポートしています。
ピン情報も確認しておきます。
$ cat ~/.platformio/packages/framework-arduinoststm32/variants/STM32F4xx/'F401CC(F-U-Y)_F401C(B-D-E)(U-Y)'/variant_generic.h
/*
*******************************************************************************
* Copyright (c) 2020, STMicroelectronics
* All rights reserved.
*
* This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
* the "License"; You may not use this file except in compliance with the
* License. You may obtain a copy of the License at:
* opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
*
*******************************************************************************
*/
#pragma once
/*----------------------------------------------------------------------------
* STM32 pins number
*----------------------------------------------------------------------------*/
#define PA0 PIN_A0
#define PA1 PIN_A1
#define PA2 PIN_A2
#define PA3 PIN_A3
#define PA4 PIN_A4
#define PA5 PIN_A5
#define PA6 PIN_A6
#define PA7 PIN_A7
#define PA8 8
#define PA9 9
#define PA10 10
#define PA11 11
#define PA12 12
#define PA13 13
#define PA14 14
#define PA15 15
#define PB0 PIN_A8
#define PB1 PIN_A9
#define PB2 18
#define PB3 19
#define PB4 20
#define PB5 21
#define PB6 22
#define PB7 23
#define PB8 24
#define PB9 25
#define PB10 26
#define PB12 27
#define PB13 28
#define PB14 29
#define PB15 30
#define PC13 31
#define PC14 32
#define PC15 33
#define PH0 34
#define PH1 35
// Alternate pins number
#define PA0_ALT1 (PA0 | ALT1)
#define PA1_ALT1 (PA1 | ALT1)
#define PA2_ALT1 (PA2 | ALT1)
#define PA2_ALT2 (PA2 | ALT2)
#define PA3_ALT1 (PA3 | ALT1)
#define PA3_ALT2 (PA3 | ALT2)
#define PA4_ALT1 (PA4 | ALT1)
#define PA7_ALT1 (PA7 | ALT1)
#define PA15_ALT1 (PA15 | ALT1)
#define PB0_ALT1 (PB0 | ALT1)
#define PB1_ALT1 (PB1 | ALT1)
#define PB3_ALT1 (PB3 | ALT1)
#define PB4_ALT1 (PB4 | ALT1)
#define PB5_ALT1 (PB5 | ALT1)
#define PB8_ALT1 (PB8 | ALT1)
#define PB9_ALT1 (PB9 | ALT1)
#define NUM_DIGITAL_PINS 36
#define NUM_ANALOG_INPUTS 10
// On-board LED pin number
#ifndef LED_BUILTIN
#define LED_BUILTIN PNUM_NOT_DEFINED
#endif
// On-board user button
#ifndef USER_BTN
#define USER_BTN PNUM_NOT_DEFINED
#endif
// SPI definitions
#ifndef PIN_SPI_SS
#define PIN_SPI_SS PA4
#endif
#ifndef PIN_SPI_SS1
#define PIN_SPI_SS1 PA15
#endif
#ifndef PIN_SPI_SS2
#define PIN_SPI_SS2 PNUM_NOT_DEFINED
#endif
#ifndef PIN_SPI_SS3
#define PIN_SPI_SS3 PNUM_NOT_DEFINED
#endif
#ifndef PIN_SPI_MOSI
#define PIN_SPI_MOSI PA7
#endif
#ifndef PIN_SPI_MISO
#define PIN_SPI_MISO PA6
#endif
#ifndef PIN_SPI_SCK
#define PIN_SPI_SCK PA5
#endif
// I2C definitions
#ifndef PIN_WIRE_SDA
#define PIN_WIRE_SDA PB3
#endif
#ifndef PIN_WIRE_SCL
#define PIN_WIRE_SCL PB10
#endif
// Timer Definitions
// Use TIM6/TIM7 when possible as servo and tone don't need GPIO output pin
#ifndef TIMER_TONE
#define TIMER_TONE TIM10
#endif
#ifndef TIMER_SERVO
#define TIMER_SERVO TIM11
#endif
// UART Definitions
#ifndef SERIAL_UART_INSTANCE
#define SERIAL_UART_INSTANCE 2
#endif
// Default pin used for generic 'Serial' instance
// Mandatory for Firmata
#ifndef PIN_SERIAL_RX
#define PIN_SERIAL_RX PA3
#endif
#ifndef PIN_SERIAL_TX
#define PIN_SERIAL_TX PA2
#endif
/*----------------------------------------------------------------------------
* Arduino objects - C++ only
*----------------------------------------------------------------------------*/
#ifdef __cplusplus
// These serial port names are intended to allow libraries and architecture-neutral
// sketches to automatically default to the correct port name for a particular type
// of use. For example, a GPS module would normally connect to SERIAL_PORT_HARDWARE_OPEN,
// the first hardware serial port whose RX/TX pins are not dedicated to another use.
//
// SERIAL_PORT_MONITOR Port which normally prints to the Arduino Serial Monitor
//
// SERIAL_PORT_USBVIRTUAL Port which is USB virtual serial
//
// SERIAL_PORT_LINUXBRIDGE Port which connects to a Linux system via Bridge library
//
// SERIAL_PORT_HARDWARE Hardware serial port, physical RX & TX pins.
//
// SERIAL_PORT_HARDWARE_OPEN Hardware serial ports which are open for use. Their RX & TX
// pins are NOT connected to anything by default.
#ifndef SERIAL_PORT_MONITOR
#define SERIAL_PORT_MONITOR Serial
#endif
#ifndef SERIAL_PORT_HARDWARE
#define SERIAL_PORT_HARDWARE Serial
#endif
#endif
ST-LINKとの配線は下記の通りです。
| ST-LINK(CN4) | FCU001V1 |
| 1:VDD_TARGET | P8-1 |
| 2:SWCLK | P8-4 |
| 3:GND | P8-3 |
| 4:SWDIO | P8-2 |
| 5:NRST | P8-10 |
| 6:SWO(未使用) | |
SWDIO(deta)とSWCLK(clock)ラインにプルアップ、プルダウン抵抗を取り付けています。
FCU001V1にモバイルバッテリーから給電しています。
回路図ではP8の5,7,9をGNDに落としていますが、これをするとアップロードに失敗します。
ピンソケット 1.27mm 2×5(10P)/ピッチ変換基板 2×5⇔1×10
はんだ付けするとこんな感じになります。
これをコントロール・ユニットのSWDに挿します。
コントロール・ユニットをST-LINKを介して、Raspberry Pi model 3 A+に繋いでいます。
コントロール・ユニットへはモバイルバッテリーから給電しています。
$ mkdir genericSTM32F401CC
$ cd genericSTM32F401CC
$ pio init -b genericSTM32F401CC
$ vi platformio.ini
[env:blackpill_f401cc]
platform = ststm32
board = genericSTM32F401CC
framework = arduino
upload_protocol = stlink ←追加
ドローン制御ログ表示のためのSerial.print()の動作を確認します。
$ vi src/serial.ino
HardwareSerial Serial1(PA10, PA9);
void setup() {
Serial1.begin(115200,SERIAL_8N1);
while (!Serial1) delay(100);
Serial1.printf("%s\n","Hello World!");
}
void loop() {}
$ pio run
PLATFORM: ST STM32 (17.3.0) > STM32F401CC (64k RAM. 256k Flash)
HARDWARE: STM32F401CCU6 84MHz, 64KB RAM, 256KB Flash
DEBUG: Current (blackmagic) External (blackmagic, jlink, stlink)
PACKAGES:
- framework-arduinoststm32 @ 4.20701.0 (2.7.1)
- framework-cmsis @ 2.50900.0 (5.9.0)
- toolchain-gccarmnoneeabi @ 1.120301.0 (12.3.1)
低電圧のエラ＝が表示されますが、正常に書き込まれます。
●LSM6DSL 3軸加速度/3軸角速度センサ
stm32duino/LSM6DSL
platformio.ini
[env:genericSTM32F401CC]
platform = ststm32
board = genericSTM32F401CC
framework = arduino
upload_protocol = stlink
lib_deps =
stm32duino/STM32duino LSM6DSL
#include <LSM6DSLSensor.h>
HardwareSerial Serial1(PA10, PA9);
#define SPI_MOSI PB15
#define SPI_MISO PB14
#define SPI_SCK PB13
#define LSM6DS33_CS PA8
SPIClass dev_spi(SPI_MOSI, SPI_MISO, SPI_SCK);
LSM6DSLSensor AccGyr(&dev_spi, LSM6DS33_CS);
int32_t accelerometer[3];
int32_t gyroscope[3];
void setup()
{
Serial1.begin(19200,SERIAL_8N1);
while (!Serial1) delay(100);
dev_spi.begin();
AccGyr.begin();
AccGyr.Enable_X();
AccGyr.Enable_G();
while(1) {
AccGyr.Get_X_Axes(accelerometer);
AccGyr.Get_G_Axes(gyroscope);
Serial1.printf("Acc[mg]: %ld %ld %ld",accelerometer[0],accelerometer[1],accelerometer[2]);
Serial1.printf(" | Gyr[mdps]: %ld %ld %ld\n",gyroscope[0],gyroscope[1],gyroscope[2]);
delay(1000);
}
}
void loop() {}
基板を振っても加速度、角速度センサから取得される値が変化しません。
レジスタの設定変更が必要かもしれません。
STEVAL-DRONE01では、気圧センサ、地磁気センサは使用されていません。
●LPS22HBTR 気圧センサ
STMicroelectronics/stm32-lps22hb
●LIS2MDL 3軸地磁気センサ
STMicroelectronics/lis2mdl-pid
●Arduino Nano 33 IoT
Nano 33 IoTは、WiFi通信が可能で、11個のPWM端子、3軸加速度およびジャイロセンサを実装しています。
次回以降、STEVAL-DRONE01用ソースコードの姿勢制御に関する部分をArduinoに書き換えて、Nano 33 IoT に実装していきます。
| MICROCONTROLLER | SAMD21 Cortex®-M0+ 32bit low power ARM |
| Wi-Fi & Bluetooth | u-blox NINA-W102 |
| OPERATING VOLTAGE | 3.3V |
| INPUT VOLTAGE (LIMIT) | 21V |
| DC CURRENT PER I/O PIN | 7mA |
| CLOCK SPEED | 48MHz |
| CPU FLASH MEMORY | 256KB |
| SRAM | 32KB |
| EEPROM | none |
| DIGITAL INPUT / OUTPUT PINS | 14 |
| PWM PINS | 11 (2, 3, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 16 / A2, 17 / A3, 19 / A5) |
| UART | 1 |
| SPI | 1 |
| I2C | 1 |
| ANALOG INPUT PINS | 8 (ADC 8/10/12 bit) |
| ANALOG OUTPUT PINS | 1 (DAC 10 bit) |
| EXTERNAL INTERRUPTS | All digital pins (all analog pins can also be used as interrput pins, but will have duplicated interrupt numbers) |
| LED_BUILTIN | 13 |
| USB | Native in the SAMD21 Processor |
| IMU | LSM6DS3(3軸加速度/ジャイロセンサ) |
| LENGTH | 45 mm |
| WIDTH | 18 mm |
| WEIGHT | 5 gr (with headers) |
Nano 33 IoT
|
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