PIC32MX
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PIC32MXについて（概要）
PIC32MX220F032B
- MicroChip社製の32bitマイクロコントローラー(MCU)です。
- 28pin DIPの廉価パッケージが存在します。(秋月で220円)
- 命令セットは往年のMIPS32/mips16互換です。(といっても32bitMIPS命令セットとしては比較的新しいものを取り込んでいます)
- USBデバイス/ホストのどちらにもなれます。
- I/Oペリフェラルの仕様はPIC24F
の使い回しです。のそれと非常に良く似ています。
目次
- PIC32MXについて（概要）
- 攻略法
- PIC32MXにファームウェア（プログラム）を書き込む５つの方法
- PIC18F2550(pic18spx基板)を用いて、PIC32MX220に接続してみた。
- Pinguinoのgccコンパイラとフレームワークを使ってＬチカをやってみる。
- pic32progで（物理アドレス指定にしていない）fuseをちゃんと焼けるように改造する。
- pic32progを使って、PinguinoX.3に付属のHIDブートローダーを焼くには？
- Pinguinoブートローダーの使い方。
- PinguinoのスケッチでprintfしたものをUSB経由のteratermで表示したい。
- MIPS32のHEXファイルから逆アセンブルリストを作りたい
- HID-BOOTLOADERのソース？
- HID-BOOTLOADERのソースを探す。
- HIDBoot.XをPinguino付属のmips32-gccで動かす。
- HIDBoot.Xを内蔵ＲＣ発振(FRC)で動かす。
- PIC32MX220F032B のオーバークロッキングに挑戦
- PIC32MX220F032B のオーバークロッキングの次はアンダークロッキング
- PIC32MX220F032Bの水晶を8MHz以外で使うには
- PIC32MXで仮想シリアルポートを実装
- サンプルソース移植・改造のコツ
- PIC32MXアーキテクチャーメモ
- 参考リンク
攻略法
- 純正環境なら、microchipが配布している統合IDEのMPLABXとXC32コンパイラ(中身はMIPS32用 gcc)となっていますが、
- 無償版のXC32コンパイラはmips16オプションが使えなかったり、最適化オプションの使用に制限があります（というか最適化出来ません）。
- MicroChip社製の少し古い開発環境(MPLAB v8.89)に付属するpic32-gccはもう更新が止まっていて古いのですが、一応mips16オプションが使用可能です。（但し、mips16オプションと最適化オプションが使えるのは試用版の60日間のみです*1 ）
ということなので、今回は思いきって
- コンパイラやフレームワークにPinguinoを使用します。
- Pinguinoのmips-gccには試用期間や最適化オプション制限 などは存在せず、フルスペックを（というか普通のgccとして）安心して無料で使用できます。
- Pinguinoには、Windows版だけでなくLinux版とMacOS版の開発環境(gcc含む)も公開されています。
PIC32MXにファームウェア（プログラム）を書き込む５つの方法
（１）PicKit3を買ってくる。
- 秋月で3900円で売っています。（注：消費税増税前、2013年時点での価格です。）
- PICKit3でHEXを書き込む場合の注意点
（２）シンセ・アンプラグドさんのLPC1114FN28ライターを使う。
- LPC1114FN28というDIPタイプのARMマイコンと、USB-serial変換器（もしくはリアルRS-232Cを3.3Vにレベル変換）を用意します。
- LPC1114FN28は110円程度で売っていますし、DIPなのでブレッドボード組みでも動かせます。
- LPC1114FN28へのファームウェア書き込みはUSB-serialからデータを流し込むだけなので、特別なライター冶具は不要です。
- まず、LPC1114FN28に書き込み用のファームウェアを焼きます。
- 続いて、Microchipのアプリケーションノート1388番のPIC32_Bootloaders_v2012_10_05.zip に含まれているPIC32UBL.exeを使用してLPC1114経由でPIC32MXにプログラムを書き込みます。
（２.１）シンセ・アンプラグドさんのLPC1114FN28ライターをMARY基板で使う。
- MARY基板を使う場合は、USB-serial変換器やDIP ICを配線する手間が省けます。
- が、MARY基板はDTR信号でリセットが掛かる仕様なので、PIC32UBL.exeを(DTR制御しないように改造して)リビルドする一手間が余計に掛かります。
- ビルド済みのexeをここに置いておきます。
（３）FTDIのチップ FT232やFT2232D を使って書き込む。
- pic32progを改造することでそのようなことが可能です。
- 詳細は、以下の、すzさんのＨＰを参考にしてください。
- オリジナルpic32progにはadapter-mpsse.cというソースが含まれていてFT2232DからJTAGピン経由で書き込めるようなプログラムの痕跡があるようですが、自分が試した限りでは、JTAG経由でうまくいきませんでした。
- デバイスIDの取得まではOKですが、config fuseの読み出しやファーム書き込みは駄目なようです。
- OpenOCDはMIPSをサポートしているらしいので、普通にFT2232DからJTAGでデバッグ出来そうな感じではあります。が、PIC32MXのファームウェア書き込みまでサポートされているかどうかは分かりません（要確認）。
（４）PicKit2を使って書き込む。
- PicKit2はPIC32MXに対応していませんが、pic32progというオープンソースのユーティリティを使用することで、PicKit2経由でもPIC32MXに書き込むことができます。
- ファームの読み出しやベリファイも可能です。
（５）なんちゃってPicKit2を使って書き込む。
- PIC18F2550のチップを持っているならば、PicKit2互換の書き込み器を即席で作ることが出来ます。
以下にそのやり方を記します。
PIC18F2550(pic18spx基板)を用いて、PIC32MX220に接続してみた。
概要
- PIC18F2550にPickit2ファームウェアを焼いて、即席Pickit2を作り、それを使ってpic32progを動作させた。
ハードウェア概観
- 左基板： PIC18F2550(掟破りの3.3V動作)によるpic18spx基板（AVR/PIC18F/PIC24F/ARM JTAG どれでもライター）
- 右基板： 今回制作したPIC32MX220F032B 基板
- PIC18F2550からPIC32MX220F032Bへの配線図
PIC18F2550 PIC32MX220F032B
RA0(pin2)-10k-Vdd
RA1(pin3)-10k-Vdd
RA2(pin4)------------PGD(pic32)
RA3(pin5)------------PGC(pic32)
(C)
|／---MCLR(pic32)
RA5(pin7)-10k-|
(B)|＼
2SC1815 ↓(E)
GND
ファームウェア
- pic18spxブートローダーpic18bootを利用してブートする.
- microchipのサイトから、PicKit2の最新ファームHEXを入手する.
- それをテキストエディタで編集して、0x2000番地以前のデータ(0000-1fff)を削除しておく.(このエリアはPickit2のHIDブートローダーになっている)
- pic18bootでそのHEXを書き込む。
D:> pic18boot.exe -s2000 PK2V023200.hex
- PIC18F2550基板のBOOTスイッチ(ジャンパー)をOFFにしてUSBケーブルを再接続する。
- Windows PCからPicKit2と認識されるのを確認しておく。
- pic32progのソースをコンパイルして実行する。
PICkit2: invalid status = 0046.
- 本物のPickit2のアナログ系回路を全部省いてしまっているため、このエラーが出る。
- なので、pic32progのinvalid statusが出てreturn する処理をコメントアウトして再コンパイル。
pic32prog ダウンロード:[[source.zip:https://raw.github.com/iruka-/ATMEL_AVR/master/web/upload/PIC/source.zip]]
- もう一度トライする。
こんな感じ。
E:\pic32prog\src>pic32prog
Programmer for Microchip PIC32 microcontrollers, Version 1.75
Copyright: (C) 2011-2012 Serge Vakulenko
Adapter: PICkit2 Version 2.32.0
PICkit2: invalid status = 0046.
Processor: MX220F032B (id 04A00053)
Flash memory: 32 kbytes
Boot memory: 3 kbytes
Configuration:
DEVCFG0 = 7fffffee
2 Debugger disabled
08 Use PGC3/PGD3
DEVCFG1 = ff60ce5b
3 Primary oscillator with PLL
2 Primary oscillator: HS
0 Peripheral bus clock: SYSCLK / 1
4 Fail-safe clock monitor disable
8 Clock switching disable
0 Watchdog postscale: 1/1
DEVCFG2 = fff979d9
1 PLL divider: 1/2
5 PLL multiplier: 20x
1 USB PLL divider: 1/2
Enable USB PLL
1 PLL postscaler: 1/2
DEVCFG3 = ffffffff
7 Assign irq priority 7 to shadow set
1 Ethernet MII enabled
2 Default Ethernet i/o pins
4 Default CAN i/o pins
4 USBID pin: controlled by USB
8 VBuson pin: controlled by USB
E:\pic32prog\src>
- 一応デバイスIDとfuse bitの読み出しまで成功！
追記
- PIC32MX220F032B用に作られたLED点滅プログラムを書き込んで動作するのを確認しました。
Pinguino用のUSBブートローダーを動作させるには、まだ至っていません。--- Pinguinoのブートローダーを書き込んで、スケッチの実行にも成功しました。
Pinguinoのgccコンパイラとフレームワークを使ってＬチカをやってみる。
やってみました。
- ダウンロード:pled.zip
続編・・・
CDCprintfとタイマー割り込みとＬチカの同時実行です
ソースはかなり強引です。
- ダウンロード:cdcint.zip
- コツ： USBDeviceTasks()相当品をポーリングで呼び出す場合は、最近のPCだと125uS間隔で呼ばないとデバイスエラーが起きやすいようです。1mSだと不明なデバイスになって接続できませんでした。
Serial Portを使用したprintfテスト
スケッチのまんまです。
- ダウンロード:serial.zip
利点
- 制限付きのXC32コンパイラ(Microchip)ではなく
- Pinguinoのgccコンパイラを使用すれば、最適化オプションの自由な使用やmips16のコード出力なども可能になります。
弱点
- XC32で書かれたソースとの互換性に乏しいです。（主にMicrochipのヘッダーや#pragmaなどの使用が不可）
- そのかわり、Pinguinoスケッチのソースとの互換性を取ることができます。
pic32progで（物理アドレス指定にしていない）fuseをちゃんと焼けるように改造する。
- pic32progは、1FC0_0000〜1FC0_xxxxの物理アドレス領域にあるboot flashとconfig fuseは正しく焼けますが、
- それが論理アドレス(BFC0_xxxxとか9FC0_xxxx)になっている場合はそのHEXレコードは完全無視されます。
この挙動を直すには、以下のように改造を施します。
- pic32prog.c: 260行目あたり
if (record_type == 4) { /* Extended address. */ if (bytes != 2) { fprintf (stderr, _("%s: invalid HEX linear address record length\n"), filename); exit (1); } high = data[0] << 8 | data[1]; #if 1 // これを追加. high &= 0x1fff; // 9fc0_xxxx -> 1fc0_xxxx #endif continue; }
対処済みpic32prog.exeのダウンロード:source.zip
- bootエリアとconfigエリアが物理アドレスでないHEXを扱うことが可能。
- devcfg0<bit1:0>が'10'のときに気を利かせて'11'にすることで、PinguinoのブートローダーHEXをそのまま書き込んで動作ＯＫ。
- 即席版PicKit2に対応。
pic32progを使って、PinguinoX.3に付属のHIDブートローダーを焼くには？
C:/PinguinoX.3/extra/bootloaders/32bit/PIC32-Pinguino_HIDBoot_MX220.hex
- これをそのままpic32progで焼いても、どういうわけか、うんともすんとも言いません。
対策
- HEXファイルの９行目を差し替えます。
- diff patch.hex PIC32-Pinguino_HIDBoot_MX220.hex
9c9 < :040BFC00FFFFFF7F79 --- > :040bfc00eeffff7f8a
- 差し替えたpatch.hexをpic32progで焼くと、MX220F032B(DIPパッケージ)でHID bootloaderが使えるようになります。
- 上記の対処済みpic32prog.exeを使用する場合はHEXのパッチも不要です。
Pinguinoブートローダーの使い方。
- RB15にLEDを、また、RB7を抵抗pullupして、GNDに落とすBOOT-SWを実装します。
- RESET-SWも近くに実装します。
- Pinguinoのスケッチを書き込みたいときは、BOOT-SWを押したまま、RESET-SWをぽちっと押します。
- するとRB15のLEDが点滅を始めるので、Pinguinoのスケッチ書き込みを実行します。
PinguinoのスケッチでprintfしたものをUSB経由のteratermで表示したい。
- 01.basic にある Printf.pdeをGUIでそのまま試すとサイズオーバーでlinkエラーになるようです。
- 対処としては、printfやprintlnを適度に削ってはビルドしてサイズが16K以内になるように調整します。
- うまくいくとCDCデバイスとしてteratermなどから会話的に文字表示が出来ます。
MIPS32のHEXファイルから逆アセンブルリストを作りたい
- こんな感じ。
D:> mips-objdump -m mips:isa32r2 -b ihex -D 1fc0.hex >1fc0.asm
- DISRというMIPS用の逆アセンブラはコメント欄に2命令で生成された絶対アドレスを表示したり、遅延スロット命令に -s- 印を付けてくれて見やすいのだが・・・R4000に対応していないのであった（爆
HID-BOOTLOADERのソース？
- 探索中
- とりあえず、Mchipのサイトから、AN1388というUSBを含む多様なブートローダーのアプリケーションノートが入手できます。
- しかし、MX220F032Bには直接は対応していません。
- htmlのドキュメント内に、MX220への対応のさせ方が書かれているようです。
HID-BOOTLOADERのソースを探す。
- AN1388はPinguinoのブートローダーと互換性がありません。
- 一番近いのはUBW32のサイトにある、HIDBoot.X.zipのようです。
PIC32-Pinguino_HIDBoot_MX220.hex を再構築してみるテスト
とりあえず、コンパイル可能にして、HIDデバイス認識するところまで漕ぎ着けました。- 完成しました。サイズは8kB(+BOOT3kB)以内に収まっています。
- 拡張機能(RAM/PORTの読み書き、任意アドレス実行)付です。
HIDBoot.XをPinguino付属のmips32-gccで動かす。
- 同様のファームウェアをMicroChipのpic32-gccではなく、Pinguino付属のmips-gccでビルドします。
- '-mips16'オプションが有効です。
- こちらは、Mchipコンパイラを使用しないため、60日制限はありません。
- crt0.Sを改造してありますので、さらにコンパクトです。
- ダウンロード:HIDBoot_Mips32gcc.X.zip
HIDBoot.Xを内蔵ＲＣ発振(FRC)で動かす。
- 8MHz水晶を実装しない選択を用意しました。
- 但しRA4に4MHz FRC出力を指定して、それをOSC1に入力する配線が必要になります。(RA4はGPIOとしては使えなくなります)代わりにOSC2が空きます。
- ダウンロード:HIDBoot.X.zip
PIC32MX220F032B のオーバークロッキングに挑戦
- Pinguino版のビルドで試してみました。
- config.c
#define CONFIG_FPLLIDIV IDIV_2 /* 8 MHz -> 4 MHz */ #define CONFIG_FPLLMUL MUL_20 /* 4 MHz -> 80 MHz */ #define CONFIG_FPLLODIV ODIV_2 /* 80 MHz -> 40 MHz */
- 水晶は8MHzを使用しています。
- 8MHz以外の水晶を使用する場合は、CONFIG_FPLLIDIVの分周比を調整して、PLLの入力クロックが常に4MHz になるようにします。
- つまり、水晶の周波数は、4/8/12/16/20MHzのどれでも使えるように出来ます。
参考図
- そして、PLLの逓倍の倍率は、FPLLMULで設定します。
#define CONFIG_FPLLMUL MUL_20 /* 4 MHz -> 80 MHz */
- 20倍すると80MHzです。PLL出力は80MHzになります。
- それを２分周して、CPU Clockの40MHzを得ます。
#define CONFIG_FPLLODIV ODIV_2 /* 80 MHz -> 40 MHz */
では、クロックアップを試みます。
#define CONFIG_FPLLMUL MUL_16 /* 4 MHz -> 64 MHz */ #define CONFIG_FPLLODIV ODIV_1 /* 64 MHz -> 64 MHz */
- これでHIDBoot_mips32gcc.X.zipをビルドして焼きます。
- 64MHzは余裕でした。
- では、一気に80MHz
#define CONFIG_FPLLMUL MUL_20 /* 4 MHz -> 80 MHz */ #define CONFIG_FPLLODIV ODIV_1 /* 80 MHz -> 80 MHz */
- これでも比較的動いています。USB-HIDデバイスとして動作して、hidmon32.exeを実行すると 内部メモリーをコンソールにダンプしてくれます。
- ＬＥＤの点滅速度は倍になっています。
- 信頼性は、まあ、無いでしょうね。定格の倍速動作なので
- さらに84MHz
#define CONFIG_FPLLMUL MUL_21 /* 4 MHz -> 84 MHz */ #define CONFIG_FPLLODIV ODIV_1 /* 84 MHz -> 84 MHz */
- 残念。LED点滅しませんでした。
- というわけで、DIPなのでたいしてクロックアップできないと思っていたら、意外と実力はあるみたいです。
- 電圧喝入れ！は、DIP内部にレギュレータを持っているので、無理でした。
PIC32MX220F032B のオーバークロッキングの次はアンダークロッキング
- アンダークロックはPLL出力に対して、分周比を大きく取ります。
- ODIVは1/2/4/8/16/32/64/256の中から選びます。
#define CONFIG_FPLLMUL MUL_16 /* 4 MHz -> 64 MHz */ #define CONFIG_FPLLODIV ODIV_4 /* 64 MHz -> 16 MHz */
- 16MHzが下限でした。
- これより低くするとLED点滅しませんし、USBデバイス認識もしないようです。
- USBスタックのどこかにDelayタイマーのような処理が埋まっていて、あまり遅くするとデバイス認識出来ないようになるのかもしれませんが、原因はまだ突き止めていません。
- HIDBoot.Xのかわりに:pled.zipで試したところ、
#define CONFIG_FPLLMUL MUL_16 /* 4 MHz -> 64 MHz */ #define CONFIG_FPLLODIV ODIV_256 /* 64 MHz -> 250 kHz */
- 250kHzクロックでも正しくLED点滅していましたので、USB周りの速度限界が存在する可能性があります。
PIC32MX220F032Bの水晶を8MHz以外で使うには
- config.c の以下のdefineを同時に書き換えます。
#define CONFIG_FPLLIDIV IDIV_2 /* 8 MHz -> 4 MHz */ #define CONFIG_UPLLIDIV IDIV_2 /* 8 MHz -> 4 MHz */
- PLLの入力が常に4MHzになるように分周比を合わせます。
水晶 分周比 FPLLIDIV UPLLIDIV 4MHz 1/1 IDIV_1 IDIV_1 8MHz 1/2 IDIV_2 IDIV_2 12MHz 1/3 IDIV_3 IDIV_3 16MHz 1/4 IDIV_4 IDIV_4 20MHz 1/5 IDIV_5 IDIV_5
PIC32MXで仮想シリアルポートを実装
- お約束のUSB-CDCデバイス化です。
もっと読む: PIC32MX_USBCDC
サンプルソース移植・改造のコツ
- MicroChipのサンプルをどうやって動かすかというテーマです。
もっと読む: 勝手に改蔵
PIC32MXアーキテクチャーメモ
- リファレンスマニュアルへのリンクなど。
もっと読む: PIC32MXアーキテクチャーメモ
参考リンク
Pinguino
マイコン風雲録 - 秋月でPIC32MX 28pin DIP版出る
すzのAVR研究: pic32progの改造
2012/07/18 – PIC32MX のライタは、純正の pickit3 を使うのが普通らしい。だが、pic32prog を使うと pickit2 が使えるばかりではなく、>FT2232 系の Olimex ARM-USB-TINY Jtag ケーブルが使えるらしい。ソースコードも公開されているので、改造すれば ...
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2012/07/13 – pic32prog: PIC32MX220をPickit2/Pickkit3で書き込む. これは ... ソースコード を GPLv2 で配布しているではないか。MPSSE(Olimex ARM-USB-Tiny JTAG adapter) 用のコードもある。 ちょっと見てみよう。FT232RL に対応できるかも知れ ...
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PIC32MX220F032B クリスタル無し、内蔵FRCでUSB
*1 関数アトリビュート __attribute__（（mips16）） を使用して関数単位でmips16化するという裏技は試用期間を過ぎた試用版やフリー版でも有効のようです。
