Digispark ATtiny85 起動までの5秒を取り除く

0. はじめに

本家?の「Digispark USB Development Board」は、いつからか現在も販売していない。

Amazonで「digispark attiny85」を検索すると、互換品?が多数ヒットする。1個当たりの価格は本家の$\frac{1}{3}$ほどで、日本に在庫を置いているのか注文して2日後には手元に届くショップもある。
以降、この製品を単にボードと略す。

このボードはマウスやキーボードをお手軽にシミュレーションするには打って付けの製品である。しかし、このボードは、書き込んだプログラム（スケッチ）が動き出すまでに、5〜6秒のタイムラグがある。

http://digistump.com/wiki/digispark/tutorials/connectingから引用

If you unplug the Digispark and plug it back in or attach it to another power source there will be a delay of 5 seconds before the code you programmed will run. This 5 second delay is the Digispark Pro checking to see if you are trying to program it.

このボードにとっては意図された仕様であるが、setup()にてキーボードwriteやprintを実行したいときは、この5秒の待ちが無駄に長く邪魔である。

今回の記事は、この5秒をとり除く方法の説明である。
当Qiitaをはじめ日本のサイトを多数検索したが、これを実現する方法を探し出せなかった。海外のサイトで見つけた方法で実現できたので、備忘録も兼ねてここにまとめておく。

1. 環境

執筆時点の当方の環境は以下の通り。

・PC : MacBook Pro (13-inch, 2019, Four Thunderbolt 3 ports)
・OS : macOS Big Sur version 11.2.3 (20D91)
・Arduino IDE : 1.8.13 for Mac OS X

記事の内容はWindowsでも同じはず。M1 Macで動作するかは不明である。

2. ブートローダを書き替える

解決策はズバリ、「5秒待たないブートローダ」に書き替える、である。

上記引用文書にあるように、「電源ONからの5秒間は新たなプログラム（スケッチ）を書き込むチャンスの時間」である。よって「書き込み前に一度USBポートから抜き、書き込み指示をしてから再びUSBポートに挿す」動作が必要なわけだ。

「5秒待たないブートローダ」にはこの書き込みチャンスは無い。代わりに、P0ポートをPull-Downすることで「プログラムの書き込みを待つ」仕様となる。
順を追って説明する。

2.1 書き込みコマンドと新ブートローダの入手

今回の解決策は、こちらの動画から得た内容であるが、動画で説明している入手先のリンクはすでに切れている。ネットを探し同等のダウンロード先を見つけた。

・書き込みコマンドの入手先

MacOS : https://github.com/micronucleus/micronucleus/tree/master/commandline/builds/x86_64-apple-darwin/micronucleus

Windows : https://github.com/micronucleus/micronucleus/tree/master/commandline/builds/x86_64-mingw32/micronucleus.exe
多分、libusb0.dllも必要。

・新ブートローダの入手先

こちら：https://github.com/overfl0/NocInformatykaBoard/blob/master/upgrade/releases/micronucleus-1.11-entry-jumper-pb0-upgrade.hex
（こちらが本家かも：https://github.com/micronucleus/micronucleus/tree/v1.11/upgrade/releases/micronucleus-1.11-entry-jumper-pb0-upgrade.hex）
当然だが、ボードに書き込むブートローダなので、Mac/Windowsの区別は無い。拡張子がhexだから中身はバイナリだと思ったがテキストだ。

2.2 新ブートローダを書き込む

書き込みコマンドと新ブートローダを同じディレクトリに保存する。ターミナルを開き、そのディレクトリにカレントを移動する。

書き込みコマンドの引数に新ブートローダを指定して実行するのだが、このとき、先にボードをUSBポートに挿してはダメだ。micronucleusコマンドを投入して「Please plug in the device ...」と出てきたら、USBポートに挿す合図である。

Terminal

$ ./micronucleus --run micronucleus-1.11-entry-jumper-pb0-upgrade.hex 
> Please plug in the device ... 

このタイミングでボードをUSBポートに挿す。すると「Device is found!」と出て書き込みが始まる。

> Device is found!
connecting: 33% complete
> Device has firmware version 1.11
> Available space for user applications: 6330 bytes
> Suggested sleep time between sending pages: 8ms
> Whole page count: 99  page size: 64
> Erase function sleep duration: 792ms
parsing: 50% complete
> Erasing the memory ...
erasing: 66% complete
> Starting to upload ...
writing: 83% complete
> Starting the user app ...
running: 100% complete
>> Micronucleus done. Thank you!

Micronucleus done. Thank you! が出たら書き込み成功である。ボード上のプログラム（ステッチ）は初期化されたので、何も起きない。（プログラムが無いとLEDが早い点滅を繰り返すらしい）

Windowsの場合だと、引数の--runが不要かも？　/runが必要みたいだ。

cmd

> micronucleus.exe /run micronucleus-1.11-entry-jumper-pb0-upgrade.hex

3. ボードにプログラム（スケッチ）を書き込む

新しいブートローダは、Arduino IDEからスケッチを「マイコンボードに書き込む」ときの手順が、以下のように変更されている。

1. ボードのP0ポートをpull-downする（P0とGNDをジャンパー線でつなぐ）
2. Arduino IDEのメニュー「マイコンボードに書き込む」か ⌘U
3. Please plug in the device ...が出たら、ボードをUSBポートに挿す
4. Micronucleus done. Thank you!が出たら書き込み完了。USBポートから抜き、ジャンパー線も外す。

ログ

Running Digispark Uploader...
Plug in device now... (will timeout in 60 seconds)
> Please plug in the device ... 
> Press CTRL+C to terminate the program.

> Device is found!
connecting: 16% complete
connecting: 22% complete
connecting: 28% complete
connecting: 33% complete
> Device has firmware version 1.11
> Available space for user applications: 6330 bytes
> Suggested sleep time between sending pages: 8ms
> Whole page count: 99  page size: 64
> Erase function sleep duration: 792ms
parsing: 50% complete
> Erasing the memory ...
erasing: 55% complete
erasing: 60% complete
erasing: 65% complete
> Starting to upload ...
writing: 70% complete
writing: 75% complete
writing: 80% complete
> Starting the user app ...
running: 100% complete
>> Micronucleus done. Thank you!

プログラムの書き込みが終わると、ボードがリセットされ書き込んだプログラムが起動される。このため、注意点としては、キーボード送出のプログラムを書いた時に、Arduino IDE上のカーソル位置にキーが送出され、プログラムコードを壊す可能性がある。自分は/* */の間にカーソルを置き⌘Uすることで、キーが送出されても影響が少ないようにしている。（時々忘れてコードが壊される、そのときは⌘Zで戻している）

4. いざ起動

下の動画をご覧いただきたい。（↓クリックするとYouTubeで再生する）

画面に映っているストップウォッチの時間を見ると、
　50.287　電源LEDが点灯
　50.687　pin#1のLED点灯
　52.547　最初の文字Tが送出された
　53.247　最後のEnterが送出された
　53.837　pin#1のLED消灯 （1秒ディレイ後の）
であった。つまり、
・ボードに電源が入った0.4秒後にsetup()が呼ばれた
・最初のTがタイプされるまでに0.9秒のタイムラグがある$^{注)}$
・T〜Enterまでの24文字のタイプに0.7秒を要した

注）DigiKeyboard.sendKeyStroke(0)により、PCとの間でHIDキーボードのハンドシェイクが行われたものと想定する。

確認プログラム

#include <DigiKeyboard.h>

void setup() {
  pinMode(1, OUTPUT);
  digitalWrite(1, true);
  DigiKeyboard.sendKeyStroke(0);
  DigiKeyboard.print("This board is started!");
  DigiKeyboard.sendKeyStroke(KEY_ENTER);
  DigiKeyboard.delay(1000);
  digitalWrite(1, false);
}

void loop() {
}

体感的には1秒ぐらいでタイプを開始した感じで、すこぶる快適である。これで当初の目的を達成できた。

おまけ；動画で使用していた電源スイッチ付きUSBアダプタは便利である。ボードをUSBポートから何度も抜き差しを行うので、このスイッチは重宝する。

終わりに

このボードの既ユーザ各位には周知の事実かもしれないが、これまで不便を感じていた方々の参考になれば幸いである。また、間違い等があればご指摘いただけるとありがたい。

追伸；
　マウスとキーボードを同時にシミュレーションするため、DigiKeyboardとDigiMouse両方のコードを書くとライブラリ重複エラーとなり上手くいかない。Report形式のデータを直接生成するしかないか？・・・あきらめ状態。2021.7.18変更
Adafruit-Trinket-USBのTrinketHidComboライブラリを使用すると、マウスとキーボードを同時にシミュレーション出きることがわかった。これでDigispark ATtiny85の使い道が広がった。

以上

参考URL