1. 本記事の目標

　DWM3000UWBモジュールが実装されたモジュールであるDWM3000EVBをnRF52840-DKによって制御し，CIR(Channel Impulse Response)を取得する．

2. セットアップ＆準備物

　セットアップに関しては，以下の記事を引用させていただきます．
DWM3000EVBを用いたUWB位置測位① ~セットアップ編~

　環境については上記の記事と同様で，以下の通りです．

セットアップ用PC (ここでは今回使用したものを記載)
- Panasonic社 Let's note CF-SV1 (Windows 11)

制御用マイコン
- Nordic Semiconductor社 nRF52840 DK　2台
  - nRF52840を手軽に動かすためのキット

UWB信号受信デバイス
- Qorvo社 DWM3000EVB 2台
  - DW3000を手軽に動かすためのキット

アクセサリ
- ケーブル (MicroUSB <-> USB Type-A)　4本(3本でもOK)
- USB Type-A ハブ 1つ

PC上のソフトウェア (インストール手順については先ほど紹介した記事を参照)
- Segger Embedded Studio (SES) for ARM V5.10a
  - nRF52840にプログラムを書き込むための統合開発環境．今回はバージョン5.10aを用いるので注意．
- DWM3000 API Software and API Guide
  - UWB送受信デバイスをnRF52840で動作させるためのサンプルプログラム．今回はバージョン17.0.2を用いるので注意．
- nRF52840のSoftware Development Kit (SDK) V17.02
  - nRF52840でサンプルプログラムを動かすときに必要となるプログラム一式．
- J-Link Software and Documentation Pack V7.92j
  - このパックに含まれるJ-Link RTT Viewerを今回出力用のターミナルとして用います．バージョンは当時最新版を用いていますが，何でもいいです．
SESとSDKの関しては先ほど紹介した記事とソフトウェアのバージョンが異なるため注意してください．

本実験は電波暗室で実施

3. セットアップ

3.1. DWM3000 API Software and API Guide (API) のインストール

3.2. nRF52840のSoftware Development Kit (SDK) のインストール

DWM3000の公式サイトからSDKのzipファイルをダウンロード
- 展開後のルートディレクトリC:\DW3xxx_XR6.0C_24Feb2022\Release_XR6.0C\Software\DW3XXX_API\Sources\DW3XXX_API_rev9p3\API\Build_Platforms\nRF52840-DK\sdk
  の下に説明書 (readme.md) があり，このREADMEに従ってSDKをAPI内の指定ディレクトリ配下にインストールする必要があります．以下の画像のリンクからSDKをダウンロード．

バージョン17.0.2を選択

バージョンを選択したのち，Webページ下部に移動．今回はnRF5_SDK_17.02_d674dde.zipのみを使用するので，赤枠のチェックのみつければ大丈夫です．

ダウンロードしたzipファイル(DeviceDownload.zip)を展開
- 展開したフォルダ内の nRF5SDK1702d674dde.zip を展開し，そのフォルダ内のcomponents, config, documentation...などの全ファイルを，APIのzipファイルにおける展開後のルートディレクトリC:\DW3xxx_XR6.0C_24Feb2022\Release_XR6.0C\Software\DW3XXX_API\Sources\DW3XXX_API_rev9p3\API\Build_Platforms\nRF52840-DK\sdk
  に入れる

最終的に以下のようにSDKが配置されていればOK

3.3. Segger Embedded Studio (SES) のインストール

こちらに関しても，以下の記事を参照してください．
DWM3000EVBを用いたUWB位置測位① ~セットアップ編~
なお，上記の記事とは使用するバージョンが異なります．バージョンをV5.10aと指定してダウンロードするようにしてください．

C:\DW3xxx_XR6.0C_24Feb2022\Release_XR6.0C\Software\DW3XXX_API\Sources\DW3XXX_API_rev9p3\API\Build_Platforms\nRF52840-DK\の下の説明書 (README.txt) で紹介されている，動作確認があらかじめとれているバージョンです．

最新版やV6.20でやるとコンパイルでエラーが発生しました．

3.4. J-Link Software and Documentation Pack のインストール

3.5. dw3000_api.emProjectの設定

Exampleプログラムのビルドにあたって，設定をしなければならない箇所がありますので，紹介します．
- 今回使用するDWM3000 API Software and API Guide内の
  C:\DW3xxx_XR6.0C_24Feb2022\Release_XR6.0C\Software\DW3XXX_API\Sources\DW3XXX_API_rev9p3\API\Build_Platforms\nRF52840-DK\
  の下に説明書 (README.txt) があり，これに従ってdw3000_api.emProjectの設定を更新します．まずメモ帳を用いてこのdw3000_api.emProjectを開きます．すると大量の設定が表示されますが，ここでは"macros"の文字列を探します．
- "NordicSDKDir=sdk"のsdkを，先ほど3.2でインストールしたSDKディレクトリのフルパスに書き換え，"DW3000APIDir=..."の=の後をAPIディレクトリのフルパスに書き換えます．
  書き換えた後は以下のようになります．

3.6. デバイスのセットアップ

デバイスのセットアップに関しては，以下の記事の5節にて紹介されていますので，そちらを参照してください．
DWM3000EVBを用いたUWB位置測位② ~PCデモ編~

セットアップは以上になります．

4. exampleプログラムの実行

4.1. exampleプログラムの修正

先ほど編集したdw3000_api.emProjectを，今度はSESを用いて開きます．
そうすると以上のような画面が表示されるので，アカデミック目的であれば特に気にせずContinueを押してください．
Continueを押すとこのような画面が表示されると思います．
Project Explorerから，Source/examples/ex_02c_rx_diagnostics下にあるrx_diagnostics.cを開いてください．
これが今回用いるCIR抽出のためのExampleプログラムになっています．こちらのプログラムを編集し，CIRの値をprintfで制御用マイコンからコンピュータに送信できるようにしていきます．
dwt_readaccdataという関数が書かれた部分を探してください．これが今回制御用マイコン内にあるメモリからCIRの値を抽出するための関数となっています．引数として，accum_data(u_int8t型の配列)，ACCUM_DATA_LEN(取り出してくるデータの数)，fp_int-2(FPI(First Path Index)の二個前からデータを取り出す）が指定されています．FPIとは，CIRの最初のピーク値のことです．その詳細については割愛しますが，ここではFPIの値をCIA(Channel Impulse Analyzer)によって計算した値をreaddiagnostics関数により読み取ることで取得しています．
このコードを書き換えます．dwt_readaccdataのコード部分を消去し，以下のように書き換えてください．

printf("fp_int = %u\n", fp_int);
for(int i=fp_int-10; i<fp_int+50 ;i++){
    const int bytesPerValue = 6; // dw3000
    int32_t reValue;
    int32_t imValue;
    dwt_readaccdata(accum_data, bytesPerValue+1, i);
    reValue = accum_data[1];
    reValue |= ((int32_t)accum_data[2]<<8);
    reValue |= ((int32_t)(accum_data[3] & 0x03)<<16);
    imValue = accum_data[4];
    imValue |= ((int32_t)accum_data[5]<<8);
    imValue |= ((int32_t)(accum_data[6] & 0x03)<<16);
    if (reValue & 0x020000)  // MSB of 18 bit value is 1            
        reValue |= 0xfffc0000;
    if (imValue & 0x020000)  // MSB of 18 bit value is 1
        imValue |= 0xfffc0000;
    printf("%d:%d + %d i\n", i, reValue, imValue);
}
printf("\n");

こちらも詳細は割愛しますが，DW3000APIガイド(C:\DW3xxx_XR6.0C_24Feb2022\Release_XR6.0C\Software\DW3XXX_API\Docs\DW3XXX_Software_API_Guide_2p2)の74ページに記載されているreadaccdata関数の説明より，メモリ内に格納された実部と虚部であらわされるCIRの値を10進数で出力できるようにするためのコードです．なお，ここではFPIから10個前のCIRから50個後のCIRまでを出力するようにしています．
これ以外のコードについては修正不要です．

4.2. 送信側exampleプログラムのビルドとダウンロード

コードの修正が終わったのでビルドを行います．
- UWBパケット送信用に用いるマイコンを，セットアップが終わったパソコンにつなげてください．microUSBのポートがマイコン側に2つ付いていますが，そのどちらもPCにつなげてください．
- C:\DW3xxx_XR6.0C_24Feb2022\Release_XR6.0C\Software\DW3XXX_API\Sources\DW3XXX_API_rev9p3\API\Src
  の下に，どのexampleプログラムをビルドするかを選択するヘッダファイル(example_selection.h)があります．この"#define TEST_SIMPLE_TX"の部分を以下のようにコメントアウトを消して保存してください．
- その後，SESでdw3000_api.emProjectを開き，Build > Set Active Build ConfigurationをReleaseに設定します．
- この操作が終わったら，送信用のDW3000を電波暗室内に設置し Build > Build and Runを選択してください．そうすると送信用のDW3000制御用マイコンにUWBパケットを送信するためのプログラムが書き込まれ，同時にUWBパケットを500msec間隔で送信し始めます．この段階で，接続していたUSBケーブルのうちDW3000モジュールの裏側(画像上側)のケーブルを抜いて側面のケーブルのみ繋いでおいてください．

同様に受信用のプログラムも書き込みます．
- 先ほどと同じ手順でexample_selection.hを開き，以下のように"#define TEST_RX_DIAG"の部分のコメントアウトを消してください．このとき，先ほどコメントアウトを消した"#define TEST_SIMPLE_TX"の部分は再度コメントアウトしておいてください．
- この操作が終わったら，受信用のDW3000を送信用のデバイス付近に設置し，受信用制御マイコンとコンピュータを2本のケーブルを繋いでからBuild > Build and Runを選択してください．そうすると受信用のDW3000制御用マイコンにUWBパケットを受信するためのプログラム(rx_diagnostics.c)が書き込まれ，同時に送信されたUWBパケットを受信できる状態になります．

4.3. CIRの可視化とログ取得

先ほどインストールしたJ-Link Software and Documentation Packの中のJ-link RTT Viewerを起動してください．

起動すると上のような画面が表示されるので，上記の設定と同じ状態にしてください．Specify Terget Deviceは，横の"..."ボタンから"nRF52840_xxAA"を選択してください．

送信用デバイスのケーブルが一本のみ接続された状態であれば，正しく受信デバイスと接続できると思います．
パケットを送信側デバイスから送信していれば，この設定終了と同時にCIRの値が以下のように表示され始めると思います．

ログを取りたいという方は一度送信側のデバイスの電源をOFFにして，logging > Start Terminal Loggingからlogファイルの出力場所を設定してください．送信デバイスの電源をONにすると受信したパケットのCIR信号が複素数で表示され，そのログが指定したファイルに出力されるはずです．

5 おまけ

取得したCIRの振幅(絶対値)をmatplotlibで表示したものを示しておきます．

赤い点線がFPIを表しています．うまくピークが取れています．

6 参考記事

DWM3000EVBを用いたUWB位置測位① ~セットアップ編~
DWM3000EVBを用いたUWB位置測位② ~PCデモ編~