メモ：PICAXE

　秋月電子に入荷したマイコンPICAXE。BASICで開発できる、マイコン使う時に煩雑なレジスタ類の初期化を意識しないでいいらしい。
　シリアルケーブルによる書き込みを行うが、TxDとRxDの信号レベルが反転しているそうだ。

PICAXE (本家)
PICAXE(ピカクス)を一般的なUSBシリアルで動かす
エレキジャックBASIC No.1　マイコン工作入門/学習に最適なワンチップ・マイコン・システム"PICAXE"(ピカクス)
 
Getting Started Flowcharts or BASIC? Windows, Linux or Mac?
 
PS/2キーボードがつなげて読み込めるらしい。
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S9705 照度ー周波数変換フォトICを使った照度計

　秋月電子で売っている照度ー周波数変換フォトIC S9705 を使った照度計を作った。

照度・周波数変換フォトＩＣ　５５０ｎｍ　Ｓ９７０５（２個入）

資料：S9705 (浜松フォトニクス)

作例：■簡易照度計V2(S9705) (電子工作etc)　こちらによると、100lx＝50KHzなので周波数を測定したあと÷500をするだけでよいとのこと。
　では、手持ちのArduinoでやるには周波数カウンタがあればよいわけだ。探したらライブラリがありました。
Arduinoで遊ぼう - 周波数カウンタ(なんでも作っちゃう、かも。)
Arduino Frequency Counter Library(Lab III)

　これはATMega328内蔵のカウンタを使ってArduino Pin5に入るパルスを一定時間カウントするもの。ゲートタイムを1秒に設定すればそのままカウント数が周波数になる。S9705の出力はデューティ50%で最大周波数は10Klxで1000KHz、とあるので充分。


　Arduino IDE1.0.5で確認した。先程のArduino Frequency Counter Libraryからライブラリをダウンロードし、ライブラリをインストールする。MacOSXだとArduinoのアイコンを右クリックして「アプリケーションの内容を表示」をクリック、Contents→Resources→Java→Libraries以下にフォルダごとコピー。

　最初はまったのはArduino Leonardoで動作しなかったこと。ライブラリ中、defined (__AVR_ATmega328P__) という箇所があるので__AVR_ATmega32U4__と追加したらエラー発生。AVRのレジスタに関するシンボルが見つからないみたい。32U4もハードウェアとしてはカウンタを持っているはずなのでここをちゃんと定義してやれば使えそうだが、Arduino Unoに変えて楽することに。
　と思ったらヨソで使用中なので現在手持ちにArduino Unoがない。で、鳥人間のHarpy nanoがあったなあと引っ張り出してきて使用。マイコンボードはArduino Pro or Pro Mini (3.3V, 8MHz) w/ ATmega 328を選択する。S9705を3.3Vで使用することになるが問題ない。


スケッチは以下：サンプルを少し改変した程度。

#include <FreqCounter.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);                    // connect to the serial port
  Serial.println("Frequency Counter");
}

long int frq;
void loop() {
  FreqCounter::f_comp = 8;             // Set compensation to 12
  FreqCounter::start(1000);            // Start counting with gatetime of 1000ms
  while (FreqCounter::f_ready == 0);  // wait until counter ready
  frq = FreqCounter::f_freq;            // read result
 Serial.print(frq);                // 
 Serial.print(" ");                // 
 Serial.println(frq/500);                // S9705 100Lux=50KHz
  delay(80);
}

　これでシリアルコンソールに周波数と照度を垂れ流す。一応、同じく秋月電子で買った照度計で大きくずれてないか確認した。

メモ：mbed関連

　FRDM-KL25Z買ったけど積んだままなのでせめて各種リンクを

New $12.95 mbed-enabled Freescale board!

FRDM-KL25Z: Freescale Freedom Development Platform for Kinetis KL1x and KL2x MCUs

mbed FRDM KL25Z Getting Started

mbed FRDM KL25Z

mbedを始めましょう！("Let's get started!" in Japnaese)

ちょっと関係あるかもしれない
mbedで初めてのマイコン開発 メモリ・カードを使ったデータの読み書き<1/3>

【MSP430 技術 TIPS】MSP430静電容量式 タッチ・ソフトウェア・ライブラリの紹介

mbedをデバッグアダプタにしてみた（mbed-Link）

 http://mbed.org/cookbook/Networking

メモ：マイコン関係のリンク色々

　ブラウザのタブ整理。主にtwitter経由で知ったものをあとで読むつもりで貯めていたものです。

ArduinoをAVRライタとして使う
Arduino ISPを使う　
FT232Rモジュール利用 AVR TPIライター

Arduinoのライブラリを作るときの参考：
Arduinoの各種ライブラリ　 
自作ライブラリの作り方　
 
開発環境：
embedXcode
MPIDE: One IDE to rull them all. (For Arduino and its varients anyway)　
Emuduino Emu(lator) + (Ar)duino Arduinoエミュレータ
ブラウザでArduinoプログラミング 
ino使うとCUIでArduinoをビルドできて便利

Arduinoで.hexファイルを出力する方法について
Issue 493: .hex export option 

I2C関連：
ArduinoでI2C通信をやる際のメモ
I2C block for ArduinoIO simulink package
ストロベリー・リナックスの低電圧I2C液晶をArduinoで使う
I2C液晶のArduinoライブラリ


その他：
V-USB Virtual USB port for AVR

Arduino + イーサネットシールド + LCDでFacebookページの「いいね数カウンター」をつくる
デザイナーがやる、はじめての電子工作(1)：暗くなったらArduinoから自動的につぶやくおやすみメッセージ
参考）部屋の明るさをツイッターでつぶやいてみよう！

WIZ820ioをつかってみました

sparkfun OpenLog

AVRとZ80でCP／Mの改良 

Free Online Design Tools from Aspen Labs and Digi-Key Give Engineers an Edge in Online Printed Circuit Board Design 

バレルシフタ ２段にして改善(お詫び 大きな間違いあり)

追記：@ikwzmさんから。https://gist.github.com/ikwzm/5558633　
バイト単位でシフトすべきところを4bit単位でやってました。あああ
ご指摘ありがとうございました。

※前段の 8byteシフト間違ってる気がしてきた。多分3bit分を<<5した時点ですべて'0'になってしまってるはず

(1)組み合わせ回路のシフトについて、下xx bitを削っていくような間違いをしていました。書きなおしたのは以下。
https://gist.github.com/houmei/5555418

(2)＜＜演算子を使ったbyte shiftは、いったん幅[6:0]の下位3bitを'000'とし、上位にシフト量を入れることで書き直しました。

比較結果：
349LE/214.92MHz (Megafunction)

343LE/214.55MHz (シフト演算子)

291LE/335.46MHz (組み合わせ回路)

ただし、組み合わせ回路によるものは(1)の間違いあり。

反省：見積もりに検証していない回路を軽い気持ちで使うと大失敗

以下は間違いありです。

　扱うbit幅が大きくなるとLE数は増え動作周波数は落ちていくバレルシフタ。ここでシフト量を制限したらどうなるか傾向を見てみた。例えば1bitシフトする/しないだけなら大幅にセレクタ数が減るはず。
以下の様なコードでシフト量を1,2,4,8...と変えながら試してみる。上位モジュールからは
sll64_partial #6 SLL(source,value,sftout); // partial shift
の様に呼び出す。

module sll64_partial (indata,val,outdata);
	parameter width=6; //[6:0]
	input [63:0] indata;
	input [width:0] val;
	output [63:0] outdata;
	assign outdata=indata<<val;
endmodule

結果は以下のとおり。
 64bitを部分シフト

[0:0] 129LE/615.38MHz

[1:0] 136LE/413.56MHz

[2:0] 143LE/357.65MHz

[3:0] 210LE/270.71MHz

[4:0] 285LE/250.38MHz

[5:0] 384LE/223.31MHz

[6:0] 390LE/220.17MHz

では、最初にバイト単位でシフトして次にビット単位で8つまでシフトするようにしてみる。
シフト量のnnnnxxxのうち、nnnnはバイトでのシフト量、xxxはビットのシフト量とする。nnnnについてはシフトする量がデータ幅をあふれたらall0とする。


ソースはこちら：https://gist.github.com/houmei/5541783 

コンパイル結果は207LE/284.41MHzとなった。組み合わせ回路でべたに書いた283LE/105.06MHzよりよい。

※以下も怪しい
　もし、もっと追求するとしたらbit幅の組み合わせを変える(4-3を3-4)、段数を増やす(2-2-3)、一部組み合わせ回路にしてみる、など。やりだすときりがなくなるけど構造的な改善である程度の性能が出たらしばらく放置して他に着手したほうがいいかも。

　あと、QuartusIIにはMagawizard Plugin Managerというのがあって、用途に合わせたライブラリが使える。今回の用途にはGates→LPMCLSHIFTというのが使えた。verilogやVHDLのインターフェース部分がソースとして出力されるのでこれを呼び出して使用する。

QuartusII 12.1 バレルシフタの記述比較

　前回、メモ：QuartusII 12.1 バレルシフタの記述とTimeQuestによる速度評価の続き。

　バレルシフタの入力、出力を64bitとすると、シフト量は0～64になる。つまりシフト量の指定に6bit＋1必要。これらをfunction文による自前の組み合わせ回路と＜＜演算子による記述で比較してみた。

ソースはこちら：https://gist.github.com/houmei/5522404 

　function文によるRTLはこのようになる。(8bit幅)
 
　コンパイル結果は以下。27LEで3段。



　＜＜演算子によるRTLはこんな表示。


　コンパイル結果。32LE4段。



　このような感じで4～64bitまでの組み合わせ回路によるバレルシフタと演算子によるバレルシフタについて、LE数と動作周波数で比較した。
 

　横軸は4,8,16,24,32,48,64が等間隔に並んでいるのに注意。組み合わせ回路はLE数が少なくて済むが、8～16bitのあたりで速度が逆転する。これを配置配線後の回路でみると、こうなっている。

組み合わせ回路によるもの：


＜＜演算子によるもの：

　＜＜演算子でコンパイラに任せたほうが、LEがまんべんなく散らばっているようにみえる。LE自体のディレイよりも配線のディレイが大きいように思える。
16bitくらいの大きさまでなら組み合わせ回路で手書きしたほうがいいが、回路をケチる必要がなければコンパイラに任せたほうがいい。


　＜＜の演算子で書くならparameter文で指示したら良さそうと思うでしょう？実験した。上位モジュールからは
 sllp #(63) SLL(source,value,sftout);
の様に書いてparameter文を使ったsllp.vを呼び出すようにコンパイルしてみる。すると、24bitで以下の様な結果となった。 
24bitでの＜＜演算子 / parameter文によるもの
128LE,295.33MHz / 133LE,280.74MHz

　bit幅によってはまったく同じではないことがあり得る。なんでわざわざこれを試したかというと、20年くらい前に論理合成ツールを使った時に怪しい挙動を経験したため。なので、ギチギチに詰める必要がある場合はいろいろ疑ってみたほうがいいかもしれない。

追記：@ikwzmさんにfor文を使った書き方を教えてもらいました。https://gist.github.com/ikwzm/5523178　398LE/199.76MHz
ちょっと8byteシフト＆8bitシフトの組み合わせで64biシフタを構成したら210LE/310.95MHz

メモ：QuartusII 12.1 バレルシフタの記述とTimeQuestによる速度評価

　ALTERAのFPGA開発環境 QuartusII 12.1、Verilog HDLでバレルシフタを記述し、組み合わせ回路の動作速度をQuartusIIの機能であるTimeQuestで計ってみた。ターゲットはCycloneIII EP3C16F484C6(Terasic DE0)。I/Oのアサインはせずコンパイルのみ。

　バレルシフタは組み合わせ回路なので、最初はI/Oから入出力をとってそのまま接続していた。しかしこれではTimeQuestで評価されない。前後をFFではさむとfmaxが計算された。
 


　これに気づいたのはTimeQuestによるタイミング解析を学ぶ (1/3) 、FPGAの動作スピードを改善するポイントとは？ (1/2)を読んでから。ディレイ計算はゲートの出力側から入力側に向けて積算して求めるものと思っていた。

ソースはこちら：https://gist.github.com/houmei/5510474　

　コンパイル後、[Tools]→[Netlist Viewers]以下のツールで回路を見ることができる。
→[RTL Viewer]でRTLの、→[Technology Map Viewer(Post-Fitting)]で配置配線後の回路を表示する。

[RTL Viewer]
 

[Technology Map Viewer(Post-Fitting)]


　Compilation ReportのTimeQuest Timing Analyzerの項目に最大動作周波数が載っている。ここのSlow 1200mV 85C Modelを開く(電圧が低く、温度が高い方が厳しい条件となる)。 ここのFmax Summaryを見ると712.76MHzとあり、これが最大動作周波数。