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@HirohitoHigashi
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【チュートリアル】mruby/c ver4 をSTM32マイコンで動かす Chapter2: mruby/cでElChika（えるちか）

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Last updated at Posted at 2026-08-05

島根県産業技術センター の東です。

mruby/c ver4 をSTM32マイコンで動かす記事

今回はその第2回、mruby/c のポーティングを行い、ElChika1（えるちか = LEDの点滅）を行います。

目標

ST社製マイコン評価ボード 「Nucleo-F401RE」 のオンボードLEDを、mruby/c のコードを使って点滅させる。

前提知識

mruby/c の実行の仕組み

mruby/c は、RubyのソースコードをPC上であらかじめバイトコード（中間コード）に変換し、それをターゲットマイコン上の VM (Virtual machine) を使って実行します。

20260802142801.png

バイトコードはmrubyとコンパチブルなので、mrubyプロジェクトから配布されているコンパイラ (mrbc.exe) をそのまま利用します。

20260802142901.png

VM自体は、C言語(C99) を使って書いてあります。
mruby/c プログラムを動作させるやり方は、以下の2種類が考えられます。

  1. あらかじめVMをROMに書き込んでおき、あとからバイトコードだけを書き込んで実行する方法
  2. mruby/cのバイトコードをC言語の配列へ出力し、他のC言語ファイルとともにビルドしマイコンに書き込む方法

今回は簡単のために2の方法を説明し、別記事で1の方法にトライします。
実際の開発時は、1の方法でできるようにしておくと、開発効率が圧倒的に上がります。

スケジューラ

mruby/cの特徴の一つとして、スケジューラを内包し、OSなしでも複数のrubyプログラムの同時実行が可能です。とはいえ、スケジューラと mruby/c VM 本体は疎結合であるように設計しており分離可能です。すなわち、mrubyのように　VM 本体だけでも使う事ができます。具体的方法は、sample_c フォルダの sample_no_scheduler.c を見てください。
今回は、スケジューラを使う方針にします。

ハードウェアタイマー

スケジューラは、プリエンプティブな動作を実現するために、ハードウェアタイマーを必要とします。しかしポーティングの初期段階でいきなりフルスペック動作をさせるのはハードルが高いので、ハードウェアタイマーなしで疑似動作させるためのモードがあります。
今回は、簡単のためハードウェアタイマーを使わずに動作確認をすることにして、次回ハードウェアタイマーを使った方法に変更します。

参考
このほかにも、PicoRuby (https://github.com/picoruby/picoruby) という、

  • コンパイラを独自開発
  • VMは mruby/c を使う

という処理系もあります。

今回の方針

  • mruby/c のバイトコードをC言語のバイト列へ変換し、STM32CubeIDE 上でリンクする方式とする
  • スケジューラを使う
  • ハードウェアタイマーを使わない

準備するもの

mruby/c リリース版のダウンロードは、該当ページの画面下の方へスクロールして、mrubyc-release4.0.0.tar.gz をクリックしてダウンロードします。
Source code の方も同等ですが、ビルド時に別途 Ruby (CRuby) が必要になります。

mrubyコンパイラは、mruby_compiler_4.0.0 の方を、ダウンロードします。

前回の記事 を参考に、開発環境構築を終わらせておきます。

作業手順

mruby/c VM のポーティングから　Rubyプログラムを動かすまでの手順は、以下の順番で行います。

  1. mruby/c のソースコードを開発環境へ持ってくる
  2. タイマー未使用を宣言する
  3. mruby/c 用の hal ファイルを作る
  4. mruby/c を実行するC関数を作る
  5. Ruby (mruby/c) のプログラムを作る
  6. mrbc.exe を使って、mrubyバイトコードファイルを作る
  7. 全体をビルドし、ターゲットデバイスに書き込む

途中、フォルダの作成など、現時点でのベストプラクティスと思う方法を紹介します。
それではやっていきます。

1. mruby/c のソースコードを開発環境へ持ってくる

ダウンロードした mruby/c ソースコード mrubyc-release4.0.0.tar.gz を任意の場所へ展開します。7-Zip等の展開用ソフトウェアを使っても良いですが、コマンドラインでも展開することができます。

cd Downloads
tar xfz mrubyc-release4.0.0.tar.gz

CubeIDEを起動し、左ペイン Project Explorer 上、Core の上で右クリックし、New > Folder を選びます。
20260802145121.png

New Folder ダイアログで、Folder name 欄へ、mrubyc_src と入力し、[Finish] をクリックし、フォルダを作ります。
20260802145353.png

mruby/cのソースコードを展開したフォルダの src フォルダにある全ファイルを、先ほどの mrubyc_src フォルダへコピーします。
コピーの方法は、全ファイルのドラッグ＆ドロップでも良いですし、以下に示すコピー＆ペーストでも可能です。

  • srcフォルダで [Ctrl]-[A] で全ファイルを選び、[Ctrl]-[C] でコピー
  • CubeIDEの mrubyc_src を1度クリックして選ばれた状態にしてから [Ctrl]-[V]

以下のとおり、mrubyc_src 以下に全てのファイルがコピーされたのを確認します。
20260802154847.png

2. タイマー未使用を宣言する

この章では簡単のため、ハードウェアタイマーを使わずに動かします。そのための宣言をプロジェクト設定に追加します。

  • メニューから、Project > Properties を選び、ダイアログを開きます
  • ダイアログ左ペインの C/C++ General > Paths and Symbols をクリックし、右ペインの　Symbols タブをクリックします
  • Languages が GNU C になっていることを確認し、[Add...] ボタンをクリックします

20260802155503.png

  • Add symbol ダイアログが開くので、Name欄に、MRBC_NO_TIMER と入力して　[OK]　をクリックします

20260802155426.png

[Apply and Close] をクリックしてダイアログを閉じます。2

3. mruby/c 用の hal ファイルを作る

STM32環境にもHALがあり、ややこしいですがそれとは別物です。
以下の手順で、Core/mrubyc_src フォルダへ、hal.h ファイルを作ります。

  • CubeIDEの左ペイン Project Explorer の、先ほど作った mrubyc_src フォルダの上で右クリックし、New > Header File を選びます
  • New Header File ダイアログが開くので、Header file: 欄へ、hal.h と入力して [Finish] をクリックします

20260802160205.png

  • 作成されたhal.hをダブルクリックして開き、以下の内容をコピーします
Core/mrubyc_src/hal.h
#ifndef MRBC_SRC_HAL_H_
#define MRBC_SRC_HAL_H_

#include "main.h"

#define MRBC_TICK_UNIT 1
#define MRBC_TIMESLICE_TICK_COUNT 10

#define mrbc_hal_init()        ((void)0)
#define mrbc_hal_enable_irq()  ((void)0)
#define mrbc_hal_disable_irq() ((void)0)
#define mrbc_hal_idle_cpu()    (HAL_Delay(MRBC_TICK_UNIT), mrbc_tick())

int mrbc_hal_write(int fd, const void *buf, int nbytes);
int mrbc_hal_flush(int fd);
void mrbc_hal_abort(const char *s);

#endif

mruby/c で必要とする hal は、4つのマクロ (define) と、3つの関数、たったこれだけです。
今回のレポートではとりあえず動かすことを重要視し、ダミーで定義して後々拡張します。

名前から大まかな動作は想像できると思いますが、簡単にそれぞれを説明します。

mrbc_hal_init
hal独自の初期化が必要になる場合、このマクロに定義する。
mrbc_hal_enable_irq
CPUの割り込み許可処理関数を記述する。
mrbc_hal_disable_irq
CPUの割り込み禁止処理関数を記述する。
mrbc_hal_idle_cpu
CPUをアイドルモードにするための処理関数を記述する。
int mrbc_hal_write(int fd, const void *buf, int nbytes)
mruby/c の putc などの標準出力先を記述する。
int mrbc_hal_flush(int fd)
標準出力にバッファを持つ場合のバッファフラッシュを記述する。
void mrbc_hal_abort(const char *s)
なんらかの原因で abort する場合にコールする関数を記述する。

mrbc_hal_idle_cpu マクロに関して、今回のようにハードウェアタイマーを使用しないモードでCPUを止めてしまうと、起きるためのトリガーがなくなって本当に動作が完全停止してしまいます。そのため、1ミリ秒の時間待ちと、併せて mruby/c のスケジューラ内部処理に必要な関数 mrbc_tick() を記述します。詳細は次の章を見てください。

4. mruby/c を実行するC関数を作る

mruby/c を実行する関数を、新たに Core/mrubyc/start_mrubyc.c ファイルを作って記述します。

  • 先ほどと同じように、CubeIDEの左ペイン Core の上で右クリックし、New > Folder を選びます
  • 表示されたダイアログの Folder name 欄へ、mrubyc と入力し、[Finish] をクリックし、フォルダを作ります
  • できた mrubycフォルダ上で右クリックし、New > Source File と選びます
  • 表示されたダイアログの Source file 欄へ、start_mrubyc.c と入力します

20260802161454.png

  • 作成されたstart_mruby.cをダブルクリックして開き、以下の内容をコピーします
Core/mrubyc/start_mrubyc.c
#include "main.h"
#include "../mrubyc_src/mrubyc.h"

static void c_led_write(mrbc_vm *vm, mrbc_value v[], int argc);

/* mruby/c プログラムが使うワークメモリの確保 */
#define MRBC_MEMORY_SIZE (1024*30)
static uint8_t memory_pool[MRBC_MEMORY_SIZE];

/*! mruby/c プログラムの実行開始
*/
void start_mrubyc( void )
{
  mrbc_init(memory_pool, MRBC_MEMORY_SIZE);

  // ユーザ定義メソッドの登録
  mrbc_define_method(0, 0, "led_write", c_led_write);

  // タスクの登録
  extern const uint8_t task1[];
  mrbc_create_task( task1, 0 );

  // 実行開始
  mrbc_run();
}


/*! オンボードLED ON/OFF メソッドの実装
*/
static void c_led_write(mrbc_vm *vm, mrbc_value v[], int argc)
{
  int on_off = GET_INT_ARG(1);
  HAL_GPIO_WritePin( GPIOA, GPIO_PIN_5, on_off );
}

/*! HAL（ダミー）
*/
int mrbc_hal_write(int fd, const void *buf, int nbytes)
{
  return 0;
}
int mrbc_hal_flush(int fd)
{
  return 0;
}
void mrbc_hal_abort(const char *s)
{
}

前回、C言語で動作確認をした時に書き換えた Core/Src/main.c を、以下の通り start_mrubyc 関数をコールするように書き換えます。

Core/Src/main.c
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  void start_mrubyc(void);
  start_mrubyc();
  /* USER CODE END 2 */

5. Ruby (mruby/c) のプログラムを作る

mruby/c のソースファイル　task1.rb を作ります。

  • 左ペイン Project Explorer 上、mrubyc の上で右クリックし、New > File を選びます
  • 表示されたダイアログの File name 欄へ、task1.rb と入力し、ファイルを作ります

20260802162448.png

作成された task1.rb をダブルクリックして開き、以下の内容をコピーします

Core/mrubyc/task1.rb
while true
  led_write( 1 )
  sleep 1
  led_write( 0 )
  sleep 1
end

6. mrbc.exe を使って、mrubyバイトコードファイルを作る

mrubyコンパイラを使って、Rubyソースコードをコンパイルするとともに、バイトコードをC言語のバイト列へ変換します。

  • ダウンロードした mruby コンパイラ mruby_compiler_4.0.0_***.zip を展開します
  • mrbc.exe を、先ほどの mrubyc フォルダへコピーします
  • コマンドプロンプトを起動し、先のフォルダへ cd します
cd \PATH\TO\PROJECT\mrubyc_v4\Core\mrubyc
  • mrbc.exe コンパイラで、rubyソースコードをバイトコードに変換します
mrbc.exe -Btask1 task1.rb

Rubyソースコードがバイトコードに変換されて、task1.c ファイルが生成されます。
task1.c ファイルを表示して、どのように出力されたかを確認しておくと良いでしょう。

task1.c
#include <stdint.h>
#ifdef __cplusplus
extern
#endif
const uint8_t task1[] = {
0x52,0x49,0x54,0x45,0x30,0x34,0x30,0x30,0x00,0x00,0x00,0x6e,0x4d,0x41,0x54,0x5a,
(snip)
0x73,0x6c,0x65,0x65,0x70,0x00,0x45,0x4e,0x44,0x00,0x00,0x00,0x00,0x08,
};

ここでできた task1 配列が、「4. mruby/c を実行するC関数を作る」 の箇所で記述したプログラムのタスクの登録部で使われます。

7. 全体をビルドし、ターゲットデバイスに書き込む

ビルド

メニューから、Project > Build Project を選びます。
下部コンソールペインに、Build Finished. と表示されるのを確認します。

書き込み

メニューから、Run > Run を選んでターゲットへ書き込みます。

オンボードのLEDが点滅したでしょうか。

2026080401.png

mruby/c プログラムの書き換え

プログラムを書き換えて、点滅の速度をもっと早くしてみましょう。

task1.rb を、以下のように書き換えて保存します。

Core/mrubyc/task1.rb
while true
  led_write( 1 )
  sleep 0.1        # ここと
  led_write( 0 )
  sleep 0.5        # ここ
end

保存するのを忘れないようにしましょう。
次に、コマンドプロンプトで、書き換えたrubyソースコードをバイトコードに変換します。

mrbc.exe -Btask1 task1.rb

CubeIDE で、ビルドしてターゲットへ書き込みます。

メニューから、Run > Run を選んでターゲットへ書き込みます。
先ほどは、ビルドと書き込みを別々に行っていましたが、じつは書き込み前に自動的にビルドされるので、書き込みの操作だけでOKです。

実行が始まると、LEDが先ほどより早く点滅します。

2026080402.png

ダウンロード

ファイル全体は、以下のリンクからダウンロード出来ます。
CubeMXプロジェクトファイルダウンロード

おわりに

今回は、STM32（Nucleo-F401RE）上で mruby/c を動かし、オンボードLEDを点滅させる「えるちか」までを解説しました。

ハードウェアタイマーを使わないモード（MRBC_NO_TIMER）とC言語配列によるバイトコードの埋め込みを利用することで、まずは最小限の手順で動作確認ができました。一度環境を構築してしまえば、Rubyコード側で sleep の数値を書き換えるだけで点滅速度を自由に変更できる mruby/c の手軽さを実感していただけたかと思います。

次回は、今回はスキップしたハードウェアタイマーを使った、より正確なタイミングを有するスケジューリング動作にチャレンジしていく予定です。

  1. ElChika : Electro Luminescence　Chika Chika ですんで、LED (Light Emitting Diode) に限らずそれっぽいものを点滅させてます。 ↩

  2. このほかにも、同 Properties ダイアログの、C/C++ Build > Settings > Tool Settings > MCU GCC Compiler > Preprocessor > Define symbols の画面でも同様の定義ができます。試した結果、どちらでも同じ効果でした。 ↩

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