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がじぇるねGRAdvent Calendar 2021

Day 6
@h7ga40

TinyUSBをGR-ROSEで動かす

Last updated at Posted at 2021-12-05

TinyUSBをGR-ROSEで動かす

TinyUSBはArduino IDEでもサポートされるUSBスタックです。

GR-ROSEのCPU RX65Nもサポートデバイスに入っていますが、ボードとして直接の対応はありません。
また、ソースコードデバッグも行えるようIDEのe2studioで扱えるようにしましたので、その手順を残しておこうと思います。
この記事はWindowsが対象になります。

大まかな流れは、下記のようになります。

  • TinyUSBを標準の方法でビルドする（GR-ROSE向けでは無い）
  • ビルド結果から必要なソースコードだけをコピーする（e2studioはフォルダの下にあるファイルがビルド対象となるため、不要なファイルを省きたい）
  • e2studioのプロジェクトをGR-ROSE向けに作成する
  • GR-ROSE向けにIOレジスタの設定を変更する

ビルド環境を構築する

TinyUSBのビルドにはmakeを使うので、MSYS2環境でビルドを行います。
MSYS2など必要なソフトのリンクを書いておきました。

MSYS2のインストール

下記のサイトからインストーラをダウンロードして、インストールします。

https://www.msys2.org/

パッケージをアップデートします。

$ pacman -Syu
$ pacman -Su

makeコマンドをインストールします。

$ pacman -S make

gitも必要なので、ない場合はインストールします。

$ pacman -S git

RX向けGCCのインストール

下記のサイトからダウンロードし、インストールします。
ダウンロードには、CyberTHORのアカウントが必要です。

https://llvm-gcc-renesas.com/ja

e2studioのインストール

下記のサイトから「統合開発環境e² studio 2021-10 Windows用インストーラ」を探してダウンロードし、インストールします。
ダウンロードには、ルネサスのアカウントが必要です。

https://www.renesas.com/jp/ja/software-tool/e-studio#download

TinyUSBの標準の手順でビルドする

まず標準の手順で、サポートのあるRenesas RX65N Target Board向けのビルドをしてみます。

Getting Startedを参考に進めます。

適当な作業フォルダを作り、MSYS2のbashで開いて作業フォルダに移動します。

msys bashの起動方法は、コマンドプロンプトで次のコマンドを打ちます。rx-elf-gccのパスを通しておく必要があります。

C:\Users\user>PATH=%PATH%;C:\ProgramData\GCC for Renesas RX 8.3.0.202102-GNURX-ELF\rx-elf\rx-elf\bin
C:\Users\user>set CHERE_INVOKING=1
C:\Users\user>set MSYS2_PATH_TYPE=inherit
C:\Users\user>set MSYSTEM=MINGW64
C:\Users\user>C:\msys64\usr\bin\bash.exe --login -i

VSCodeを使っている人は、上記の設定を*.code-workspaceで用意しておくのもいいかもしれません。

以降はbashのプロンプトでの作業です。TiinyUSBのコードをクローンします。

$ git clone https://github.com/hathach/tinyusb tinyusb
$ cd tinyusb

examplesの中にいくつかのお手本があります。
今回はマウスを作りたいので、HIDの中からhid_boot_interfaceで説明していきます。

$ cd examples/device/hid_boot_interface

ビルドするにはターゲットボードを指定する必要があります。
この値の候補はhw/bspの下にあるフォルダ名を指定します。
RX65N向けにはhw/bsp/rx/boards/rx65n_targetがあるので、rx65n_targetを指定します。

$ make BOARD=rx65n_target

examples/device/hid_boot_interface/_build/rx65n_targetに、hid_boot_interface.binファイルが出来ていれば成功です。

e2studioでビルド出来るようにする

上記で出来た実行ファイルはGR-ROSE用ではないので動きませんが、ビルドに必要な情報が集まりました。
ビルド対象の*.cはコンパイルされ、_buildの下に*.oとして保存されるので、*.oの一覧を見ればビルド対象のソースコードが特定できます。
またTinyUSBでは、*.oが保存されるフォルダ構成は、*.cのフォルダ構成と同じなので、フォルダ構成も収集できます。

ソースコードを収集する

クローンしたフォルダから、ビルドに必要なファイルだけ別のフォルダにコピーする手順を説明します。
コピーするファイル一覧を作り、コピーコマンドにしてバッチファイルを作り、そのバッチファイルを実行してコピーします。
バッチファイルの作成には、サクラエディタを使用します。

コピー先のフォルダは、クローンしたフォルダtinyusbと同レベルのフォルダcopyedとして説明します。

まず、_buildの下の*.oをエクスプローラで検索します。

オブジェクトファイル収集.png

検索結果のファイルをCtrl+Aで全選択し、Ctrl+Cでクリップボードにコピーします。
そしてサクラエディタの新規ファイルにCtrl+Vで貼り付けると、ファイルパスの一覧が貼り付きます。
文字列置換や矩形選択などで、tinyusbフォルダ以前のパスを削除します。例えばD:\Github\tinyusb\src\tusb.cをsrc\tusb.cとします。
このファイル一覧を正規表現を使った文字列置換で、コピーコマンドに変換します。
置換前は^(.+)\\([^\\]+)\.oで、置換後はxcopy ..\\tinyusb\\$1\\$2.c $1\\としてすべて置換します。

バッチファイルの作成

これをコピー先のフォルダcopyedにcopy_c.batとして保存し、サクラエディタでCtrl+Bでバッチファイルを実行し*.cをコピーします。

次は、*.hを抽出します。
*.cファイルからインクルードされたファイルは、コンパイラによって*.dに依存関係として保存されています。
Grepで*.dを対象に、(.+)(\\|/)([^\\/]+)\.hで検索します。

edit_batchfile_for_copy3.png

検索結果を編集して、*.hのパスの一覧にします。文字列置換で^.+\([0-9]+,[0-9]+\) +\[\w+\]: *でGrepしたファイルパスの部分を削除します。次に *\\$で行最後の\を削除します。

edit_batchfile_for_copy4.png

検索結果は重複しているので、Ctrl+Aで全選択して、メニューから「編集」→「整形」→「選択範囲の昇順ソート」を選択します。

edit_batchfile_for_copy7.png

続けて「編集」→「整形」→「連続した重複行の削除」を選択して、依存しているファイル一覧を得ます。

edit_batchfile_for_copy8.png

このうちTinyUSBのフォルダにある物だけ残して、GCCの標準ライブラリのパスなど他の行を削除します。
/を\に置換したり、絶対パスの部分を矩形選択で削除して、*.cの時と同様に正規表現で^(.+)\\([^\\]+)\.hをxcopy ..\\tinyusb\\$1\\$2.h $1\\に置換します。

これを、コピー先のフォルダcopyedにcopy_h.batとして保存し、サクラエディタでCtrl+Bでバッチファイルを実行し*.hをコピーします。

これで、e2studioのプロジェクトに使うファイルが収集できました。

e2studioのプロジェクト作成

e2studioを起動します。ワークスペースに適当なフォルダを入力します。このフォルダの中は空にしておきます。

e2studio1.png

次に、新規のプロジェクトを作成します。

e2studio2.png

GCC-RXの実行ファイルプロジェクトを選択します。

e2studio3.png

プロジェクト名はhid_boot_interfaceとしておきます。

e2studio4.png

ターゲットデバイスをR5F565NEHxFPにします。

e2studio5.png

今回はスマートコンフィギュレーターは使いません。

e2studio6.png

CPUオプションで必要があれば変更します。

e2studio7.png

C標準ライブラリは、NewlibのPre-Buildで大丈夫です。

e2studio8.png

必要なファイルが生成されます。

e2studio9.png

プロジェクトが開かれると下記の様になります。

e2studio10.png

上記で抽出したcopyedフォルダをプロジェクトフォルダにコピーしてtinyusbに名前を変更します。

tinyusb_copy1.png

追加したフォルダはビルド対象になっていないので、ビルド対象にします。

e2studio11.png

下の画面で、「全て選択を解除」ボタンを押します。

e2studio12.png

generate/hwinit.cはビルドから除外します。tinyusb/hw/bsp/rx/boards/rx65n_target/rx65n_target.cにある関数と同じ関数名で空の定義があるためです。
また、hw/mcu/renesas/rx/rx65n/*.*にあるファイルはgenerate/*.*にもあり、generate側を使うためhw/mcuフォルダをビルドから除外します。

インクルードパスの設定と、マクロ定義を設定します。マクロ定義はhw/bsp/rx/boards/rx65n_target/board.mkに書かれています。

e2studio13.png

GR-ROSEに書き込むには*.binファイルが欲しいので、Objcopyの設定を「Raw binary」に変更します。

e2studio15.png

ソースコードのGR-ROSE対応

ターゲットボード向け実装のあるtinyusb/hw/bsp/rx/boards/rx65n_target/rx65n_target.cを編集します。
シリアル通信はGR-ROSEのPMOD端子にあるシリアルを使用するよう変更します。ここはSCI1となっていますので、元のファイルにあるSCI5をSCI1に文字列置換します。その他関連する定義も置換します。

置換前 置換後
SCI5 SCI1
TXI5 TXI1
RXI5 RXI1
TEI5 TEI1

システムクロック設定が違っているので下記の箇所を、

  SYSTEM.SOSCCR.BYTE = 1;

  if (SYSTEM.HOCOCR.BYTE) {
    SYSTEM.HOCOCR.BYTE = 0;
    while (!SYSTEM.OSCOVFSR.BIT.HCOVF) ;
  }
  SYSTEM.PLLCR.WORD  = 0x1D10u; /* HOCO x 15 */

次のように書き換えます。

  SYSTEM.MOFCR.BYTE = 0x20;
  SYSTEM.MOSCWTCR.BYTE = 0x53;
  SYSTEM.MOSCCR.BYTE = 0x0;
  while (SYSTEM.MOSCCR.BIT.MOSTP) ;

  SYSTEM.PLLCR.WORD  = 0x2700u; /* HOCO x 20 */

シリアルの端子やLEDなどの端子が違っているので、次の箇所を、

void board_init(void)
{
  /* setup software configurable interrupts */
  ICU.SLIBR_USBI0.BYTE = IRQ_USB0_USBI0;
  ICU.SLIPRCR.BYTE     = 1;

#if CFG_TUSB_OS == OPT_OS_NONE
  /* Enable CMT0 */
  SYSTEM.PRCR.WORD = SYSTEM_PRCR_PRKEY | SYSTEM_PRCR_PRC1;
  MSTP(CMT0)       = 0;
  SYSTEM.PRCR.WORD = SYSTEM_PRCR_PRKEY;
  /* Setup 1ms tick timer */
  CMT0.CMCNT      = 0;
  CMT0.CMCOR      = CMT_PCLK / 1000 / 128;
  CMT0.CMCR.WORD  = CMT_CMCR_CMIE | CMT_CMCR_CKS_DIV_128;
  IR(CMT0, CMI0)  = 0;
  IPR(CMT0, CMI0) = IRQ_PRIORITY_CMT0;
  IEN(CMT0, CMI0) = 1;
  CMT.CMSTR0.BIT.STR0 = 1;
#endif

  /* Unlock MPC registers */
  MPC.PWPR.BIT.B0WI  = 0;
  MPC.PWPR.BIT.PFSWE = 1;
  // SW PB1
  PORTB.PMR.BIT.B1 = 0U;
  PORTB.PDR.BIT.B1 = 0U;
  // LED PD6
  PORTD.PODR.BIT.B6 = 1U;
  PORTD.ODR1.BIT.B4 = 1U;
  PORTD.PMR.BIT.B6  = 0U;
  PORTD.PDR.BIT.B6  = 1U;
  /* UART TXD5 => PA4, RXD5 => PA3 */
  PORTA.PMR.BIT.B4 = 1U;
  PORTA.PCR.BIT.B4 = 1U;
  MPC.PA4PFS.BYTE  = 0b01010;
  PORTA.PMR.BIT.B3 = 1U;
  MPC.PA5PFS.BYTE  = 0b01010;
  /* USB VBUS -> P16 */
  PORT1.PMR.BIT.B6 = 1U;
  MPC.P16PFS.BYTE  = MPC_PFS_ISEL | 0b10001;
  /* Lock MPC registers */
  MPC.PWPR.BIT.PFSWE = 0;
  MPC.PWPR.BIT.B0WI  = 1;

  /* Enable SCI1 */
  SYSTEM.PRCR.WORD   = SYSTEM_PRCR_PRKEY | SYSTEM_PRCR_PRC1;
  MSTP(SCI1)         = 0;
  SYSTEM.PRCR.WORD   = SYSTEM_PRCR_PRKEY;
  SCI1.SEMR.BIT.ABCS = 1;
  SCI1.SEMR.BIT.BGDM = 1;
  SCI1.BRR           = (SCI_PCLK / (8 * 115200)) - 1;
  IR(SCI1,  RXI1)    = 0;
  IR(SCI1,  TXI1)    = 0;
  IS(SCI1,  TEI1)    = 0;
  IR(ICU, GROUPBL0)  = 0;
  IPR(SCI1, RXI1)    = IRQ_PRIORITY_SCI1;
  IPR(SCI1, TXI1)    = IRQ_PRIORITY_SCI1;
  IPR(ICU,GROUPBL0)  = IRQ_PRIORITY_SCI1;
  IEN(SCI1, RXI1)    = 1;
  IEN(SCI1, TXI1)    = 1;
  IEN(ICU,GROUPBL0)  = 1;
  EN(SCI1, TEI1)     = 1;

  /* setup USBI0 interrupt. */
  IR(USB0, USBI0)  = 0;
  IPR(USB0, USBI0) = IRQ_PRIORITY_USBI0;
}

//--------------------------------------------------------------------+
// Board porting API
//--------------------------------------------------------------------+

void board_led_write(bool state)
{
  PORTD.PODR.BIT.B6 = state ? 0 : 1;
}

uint32_t board_button_read(void)
{
  return PORTB.PIDR.BIT.B1 ? 0 : 1;
}

下記のように変更します。

void board_init(void)
{
  /* setup software configurable interrupts */
  ICU.SLIBR_USBI0.BYTE = IRQ_USB0_USBI0;
  ICU.SLIPRCR.BYTE     = 1;

#if CFG_TUSB_OS == OPT_OS_NONE
  /* Enable CMT0 */
  SYSTEM.PRCR.WORD = SYSTEM_PRCR_PRKEY | SYSTEM_PRCR_PRC1;
  MSTP(CMT0)       = 0;
  SYSTEM.PRCR.WORD = SYSTEM_PRCR_PRKEY;
  /* Setup 1ms tick timer */
  CMT0.CMCNT      = 0;
  CMT0.CMCOR      = CMT_PCLK / 1000 / 128;
  CMT0.CMCR.WORD  = CMT_CMCR_CMIE | CMT_CMCR_CKS_DIV_128;
  IR(CMT0, CMI0)  = 0;
  IPR(CMT0, CMI0) = IRQ_PRIORITY_CMT0;
  IEN(CMT0, CMI0) = 1;
  CMT.CMSTR0.BIT.STR0 = 1;
#endif

  /* Unlock MPC registers */
  MPC.PWPR.BIT.B0WI  = 0;
  MPC.PWPR.BIT.PFSWE = 1;
  // SW PD7
  PORTD.PMR.BIT.B7 = 0U;
  PORTD.PDR.BIT.B7 = 0U;
  // LED PA0, PA1
  PORTA.PODR.BIT.B0 = 0U;
  PORTA.PODR.BIT.B1 = 0U;
  PORTA.PMR.BIT.B0  = 0U;
  PORTA.PMR.BIT.B1  = 0U;
  PORTA.PDR.BIT.B0  = 1U;
  PORTA.PDR.BIT.B1  = 1U;
  /* UART TXD1 => P26, RXD1 => P30 */
  PORT2.PMR.BIT.B6 = 1U;
  PORT2.PDR.BIT.B6 = 1U;
  PORT2.PCR.BIT.B6 = 1U;
  MPC.P26PFS.BYTE  = 0b01010;
  PORT3.PMR.BIT.B0 = 1U;
  PORT3.PDR.BIT.B0 = 0U;
  MPC.P30PFS.BYTE  = 0b01010;
  /* USB VBUS -> P16 */
  PORT1.PMR.BIT.B6 = 1U;
  MPC.P16PFS.BYTE  = MPC_PFS_ISEL | 0b10001;
  /* Lock MPC registers */
  MPC.PWPR.BIT.PFSWE = 0;
  MPC.PWPR.BIT.B0WI  = 1;

  /* Enable SCI1 */
  SYSTEM.PRCR.WORD   = SYSTEM_PRCR_PRKEY | SYSTEM_PRCR_PRC1;
  MSTP(SCI1)         = 0;
  SYSTEM.PRCR.WORD   = SYSTEM_PRCR_PRKEY;
  SCI1.BRR           = (SCI_PCLK / (32 * 115200)) - 1;
  IR(SCI1,  RXI1)    = 0;
  IR(SCI1,  TXI1)    = 0;
  IS(SCI1,  TEI1)    = 0;
  IR(ICU, GROUPBL0)  = 0;
  IPR(SCI1, RXI1)    = IRQ_PRIORITY_SCI1;
  IPR(SCI1, TXI1)    = IRQ_PRIORITY_SCI1;
  IPR(ICU,GROUPBL0)  = IRQ_PRIORITY_SCI1;
  IEN(SCI1, RXI1)    = 1;
  IEN(SCI1, TXI1)    = 1;
  IEN(ICU,GROUPBL0)  = 1;
  EN(SCI1, TEI1)     = 1;

  /* setup USBI0 interrupt. */
  IR(USB0, USBI0)  = 0;
  IPR(USB0, USBI0) = IRQ_PRIORITY_USBI0;
}

//--------------------------------------------------------------------+
// Board porting API
//--------------------------------------------------------------------+

void board_led_write(bool state)
{
  PORTA.PODR.BIT.B0 = state ? 0 : 1;
}

uint32_t board_button_read(void)
{
  return PORTD.PIDR.BIT.B7 ? 0 : 1;
}

ビルドと実行

ビルドすると「multiple definition of 'xxx'」というエラーが出ます。generate/inthandler.cにあるエラーの出た関数名の定義をコメントアウトします。

再度ビルドすると成功すると思います。

実行するにはHardwareDebug/hid_boot_interface.binをGR-ROSEに書き込みます。Windowsにマウスとして認識されば完成です。

最後に

GR-ROSEにデバッガを接続すれば、e2studioでソースコードデバッグが可能です。
デバッガの接続方法は、下記のサイトにあります。

https://www.renesas.com/eu/ja/products/gadget-renesas/boards/gr-rose/project-connect-debugger

USBデバイスとしての通信動作は動くように出来ましたが、マウスとしての動作は出来ていませんので、下記のようなマウスセンサーを使って、自作マウスが作れそうです。

https://btoshop.jp/products/b02140

このマウスセンサーは、下記のコードでセンサー値を読むことが出来ます。

https://github.com/okhiroyuki/ADNS5050

今回の手順から進めていきTOPPERSのRTOSと組み合わせて、Azure IoTに接続するアプリを作りましたので、紹介しておきます。※2021/11/25現在 まだAzure IoTへの接続が未完成です。

https://github.com/h7ga40/azure_iot_hub_rose

これは、下記のコンテストに応募した作品です。

https://algyan.connpass.com/event/224849/

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