Grove 4-Digit DisplayをCrowduinoで使うためのパッチ

　Groveの4-Digit Displayを使ってみたが、Arduino互換のCrowduinoではライブラリに修正が必要だった。これについてはモヤモヤするものがあるがメモ。

Grove - 4-Digit Display 

ライブラリは以下より。
File:DigitalTube.zip

　サンプルスケッチのClockDisplayはArduino LeonardoとArduino UNO(SMD)では問題なく動作したのだが、互換品のCrowduinoでは5Vモードで最初数回コロンが点滅して停止、3V3モードでは動作するという状態だったので調べた。
　スケッチ側から停止している部分を探すとtm1637.display()〜の箇所で止まっている。この部分に対応するライブラリがなんらかの原因で止まっている。動作電圧を切り替えると動いたり止まったりするのでタイミングの問題だろうか。LEDドライバはTM1637という石で最大6桁まで制御ができるらしいのだが、データシートを見つけることができなかった。仕方がないのでライブラリ TM1637.cpp 内のCLKとDATAをピンの信号を上げ下げしている部分に適当にdelay(10);をかませてみたら5Vでも動作するようになった。
　次はこのdelay(10);を少しづつ削っていく。最終的に

void TM1637:writeByte(int8_t wr_data) 以下にある

digitalWrite(Clkpin,LOW); //wait for the ACK の次の行に

delay(1);

が必須となった。これがないとCrowduinoの5Vではハングする。確認のためまる１日走らせて止まらないことを確認。

　さて、なにがモヤモヤしているかというとこれは
// なぜか動く
行になってしまっているからだ。本来どうすべきか。
・データシートを見て該当するタイミングの箇所を確認する
・波形を観測。5Vと3V3でどのような差があるか、タイミング違反はどの箇所か
・ソース修正によりタイミング違反が解消されていることを観測
・連続ラン確認
・さらに温度を振ってより厳しい条件で確認

　なぜか動くものはなぜか止まることもあり得るのよ。

　やはりリファレンスとして純正品のボードは必要。Arduino互換品はピンが直接マイコンから接続されているので問題ないように思えるのだが、違いはあるみたいだ。

Grove LEDbarを使う

　GroveのLEDbarを使ってみた。10個のLEDがレベルメータのように並んでいるモジュール。

Grove - LED Bar

ライブラリは以下から。zipでまとめてダウンロードし、展開後できるフォルダ名の末尾-masterを削除し、Arduino IDEのライブラリフォルダにコピーする。

https://github.com/Seeed-Studio/Grove_LED_Bar




　動作確認はArduino Leonardo、Crowduino(5V)で問題なし。
　仕様上3.3Vで動くようなことが書いてあったが、Crowduinoの3.3V設定では止まってしまった。
　おまけとしてIntel Galileoでもやってみたがまったく動かなかった。

Crowduinoはこれね。Crowduino With ATMega 328 V1.1

　なお、このLEDbarは0〜9の番号がそれぞれに振ってあるが、0が赤、1が橙、あとは緑になっている。オーディオのレベルメータとは直感的には反対なので注意。

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GalileoにGrove SerialLCDを接続する

　Galileoになんか表示器を付けるのはGPIO経由は無理。ということで部品箱を探してSeeed StudioのGrove SerialLCDを見つけてきた。これなら動きそうな気がする。

Grove - Serial LCD
Grove - Serial LCD(Wiki)

ライブラリは以下：
https://github.com/kc0tfb/Grove_LCD_Arduino

こっちにもあるが、少し違う：
https://github.com/Seeed-Studio/Grove_SerialLCD

　問題が。このライブラリはSoftwareSerialにしか対応していない。GPIOを制御してシリアル通信を行うのはGalileoではダメそうだ。通常のHardwareSerialで使えるようにと色々書き換えていたが降参。しばらく間を置いて検索したらHardware Serial用のライブラリがあった。

https://github.com/ElvisTheKing/SerialLCD

　入出力をストリームで抽象化したものらしいのだが、なぜかSoftwareSerialではなくなりHardwareSerial(従来のSerialやSerial1)だけに対応している。これを使った。Galileo用のArduino IDEライブラリのフォルダに入れて再起動。Grove Base Shield経由でPin0/1にSerialLCDを接続し、exampleにあるスケッチを呼び出す。ここでSerialの記述をすべてSerial1に書き換える。



　ライブラリは無修正で動作した。

いくつかの問題点：
・Grove SerialLCDは扱いが少ない(が、プロトコルは単純なので作れそうではある)
・Galileoのシールド、Pin0/1によるシリアル通信はSerial1()だった。Arduino互換のピン配置はUNO R3やLeonardoでない古い方に合わせているみたいなんだけど。なぜ新しい方に合わせなかったんだろうか？
・RTCバックアップ用の端子に接続しているとシールドと干渉する

Galileo用シリアル変換の工作

　前回、Galileo用のシリアルポート用ケーブルを作ったけど特殊なのでもっと汎用性のあるものを、と考えArduinoの通信などに使うUSBシリアル変換アダプタをRS232Cのレベルに変換する工作をした。使い勝手を考えてFRISKケースに入れた。

　USBシリアル変換アダプタはこういうものです→FTDI USBシリアル変換アダプター(5V/3.3V切り替え機能付き)
　レベル変換に使ったのは手持ちのADM3202。こちらのセットは必要なコンデンサやICソケットも一緒になっている→ＲＳ２３２ＣインターフェースＩＣ（ＤＩＰ）ＡＤＭ３２０２ＡＮ（２個入）

　Galileoのシリアルポートは3.5mmのピンジャックで、先端がRxD、真ん中がTxD、根元がGND。なのでアダプタ側は先端がTxD、真ん中がRxD、根元がGNDになるようにしなければならない。



Intel Galileo回路図(PDF)

　こんな感じで作った。

　ピンジャックには３．５ｍｍステレオミニジャックＤＩＰ化キットを使っているがFRISKケースにぎりぎり収まらないのでハンダ付けした足をカットする必要がある。というか基板にハンダ付けするんじゃなかった。ユニバーサル基板は適当にカット。基板裏にハンダを盛るとやはりケースに収まらなくなるので、ICは浮かせてハンダ付けしてある。C5は電解コンデンサを使ってるが実際は0.1μFでもよい。
　RTSはオープン。CTSは一応GNDに落としている。

　USBシリアル変換アダプタは3.3Vでも5Vでも動作する。

　これでGalileoのブートメッセージを採取した。https://gist.github.com/houmei/8856634


　さてここからは失敗談。簡単な回路だと思いデータシートを見ながら適当に工作して接続したら、受信はできるが送信はできないという状態になった。Windows/TeraTerm接続とMacOSX/SerialTools接続で送信文字が見えたり化けたりする。エコーバックはおかしいがブートメッセージの表示はできるので送信のレベル変換がおかしいのでは？とおもいV+とV-を観測したらVccと同じレベルだった。見なおしてみるとチャージポンプ用のコンデンサ付けるのを忘れてた。ということで簡単な回路でもちゃんと自分で回路図描きましょう。
 

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GalileoのGPIOは遅い

　GalileoのGPIOを更新する速度は最大230Hz程度ということなので実測してみた。

Intel® Galileo 開発ボード FAQ [日本語訳](Galileoぶろぐ) 
 これによるとGPIOはI2CのI/Oエキスパンダ経由で入出力され、I2Cの速度は100KHz。Quark SoC X1000は400KHzのモードも持っているが、I/Oエキスパンダ側の制限で100KHzと。
ピン出力をHIGH/LOW繰り返すスケッチを書いてオシロで観測した。
 

　一目盛り0.5ms×4.6＝4.5ms。約220Hz。
 
　比較のためArduino Leonardo(ATmega32U2)で同様の観測をしてみた。
 
　2μs×6.2＝12.4μs。約80.6KHz。

　これらはpin3で測定してみたが、他はどうだろうか。以下のスケッチで測定した。
pinXに対して10000回、HIGH-LOWを繰り返してシリアルポートに経過したマイクロ秒を表示。

https://gist.github.com/houmei/8769953 

これらの測定結果のうちで、HIGH-LOWを除いたもののループ時間を測定して引いてやるとHIGH-LOWだけ行った時間がわかる。

Galileo GPIO speed (ms)

4.448620513

4.447915384

4.452584615

4.54159021

4.536844755

4.539793846

4.535693846

4.535053846

4.531913846

4.539608391

4.531913846

4.528699301

4.582708391

4.76309021

4.452417482

4.464853846

4.458908391

4.458935664

4.455917482

4.457762937

0.794843846

 
　このうちpin20は存在しないので外にアクセスしに行っていないと思われる。pin13だけ少し遅いが、ブロック図から考えるとLEDはQuark X1000に繋がっており、かつGPIOは外に存在している。両方制御しているので時間がかかるのではないだろうか。

　あと調べた所ではSCLがA5、SDAがA4とショートしてた。ここまで真似せんでもいいだろうにとは思った。



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