電子回路玩具で遊ぼう --- PSoC CY8C26443 ファームウェアライターの製作

PSoC CY8C26443 ファームウェアライターの製作

PSoC で遊ぶぞ！でも述べたとおり，秋月電子通商で売っているCY8C26443という PSoCチップは，Invention Board ではあいにくと書き込めません．チップにプログラムを書き込むための ISSP の通信プロトコルが変更されてしまっているためです．PSoC をより気軽に楽しめるようにするために， Invention Board を使って 26443 用のファームウェアライターを作成することにしました．

直接のきっかけは，アプリケーションノートAN2134の発見でした．26443を使って26443のライターを作成した，というのです．PSoC らしさを生かした，とても面白い作成方法です．27443 に移植すれば，すなわち Invention Board を利用して 26443 の書き込みができることになります．

また，Invention Board には，I2Cによる 27443 との通信機能が隠されていることが，パステルマジックのこのページに紹介されています．これを使えば，PCからのデータ転送にUSB を使って書き込みができることになります．

かくして，「パステルマジックで Invention Board（およびその関連商品）を買えば，秋月の26443がばんばん焼けます！」を合言葉に（笑），開発を始めました．2004-07-30 に最初のプロトタイプがまとまりました．

なにはともあれ動いています (2004-07-30)
悪戦苦闘しました (2004-07-30)
ソースプログラムと使い方について (2004-07-31)

なにはともあれ動いています

開発風景です．ノートパソコンと，PSoC Invention Board Clone 基板，および 26443 Firmware Writer基板です．

２つの基板を拡大したところ．起動させたばかりで，LCD にはウェルカムメッセージが出てます．
２つの基板をつなぐ線は，電源供給およびISSP通信のための５本の線です．

データを書き込んでいるところ．LCDを利用して書き込み状況がモニタできるようにしました. なかなかかっちょいいでしょ（笑）．

26443 Firmware Writer基板の拡大写真．シリアルらしきものや，ゼロプレッシャーソケットなどが見えていますが，まだ結線していません．AN2134の機能完全コピー版の作成をねらっていることがばればれ（笑）．

ファームウェアを書き込んだ 26443 を動作させているところです．サンプルはパステルマジックの「PSoCチュートリアル」のページの例題です．オリジナルはP0[0]とP0[1]にLEDを結線していますが，ここでは，ICチップの片側だけ結線すればいいように， P0[0]とP0[2]を使っています．左の緑と右から２番目の赤が点滅しています．一番右の赤LEDは，単なる電源ランプになっています（笑）．そうそう，これらの電源はみんな USB からもらっていますが，ファームの書き込み時はちょっと容量が足りないようで，この赤LEDがちかちかしてます．外部電源のほうがいいですね．

PC側で動作するクライアントアプリケーションの画面です．まずは起動したところ．

はじめにファームウェアファイルを読み込みます．ファイルが読み込めると，「ファーム書込み」，「確認」（ベリファイ），「チェックサム」，「ダンプ」（ファームウェアを読み出す），そして「プロテクト」（ファームウェアを読み出せないようにロックをかける）の５つの機能が利用できます．（ダンプだけは，ファイルを読み込まなくてもできます．）

ファームウェアを書き込み中の画面．書き込みは中断できません．

書き込みが完了したときの画面．

ダンプ機能で，ファームウェアを 26443 から読み出しているところ．ダンプリストが表示されている窓の内容は，クリップボードにコピーすることができます．

ページの先頭へ

悪戦苦闘しました

私が行なった作業は，

AN2134 を 27443 + Designer 4.1 環境に移植し，
PCとの通信をシリアルからUSB（64013経由）に変更したこと

です．しかし，それぞれのステップでしっかりはまりました．

オリジナルのソースは，とくにPCからのデータを読み込むあたり，かなり微妙な（タイミングによってはうまく動作しない）コーディングです．たとえば，ファームを焼いてつづいてセキュリティ情報を書き込むところや，チェックサム情報を検査するところなど，どうして単純に IF 文で検査していいのか．確かにタイミングによっては，先読みが効いてちゃんと extCode がセットされるでしょうが，かなり危ういです．
結局，低レベルの関数はほぼそのまま使いましたが，あとはすっかり書き換えてしまいました．そのほうが見通しがよいので．

今回，Designer に Design Rule Checker という機能がついているのをはじめて知りました．今回はこれに助けられました．「CounterのclockにSysClk*2 を使うときは， ClockSync は unsynchronized にしとかんとだめよー」だって．これのせいで最初 Execute Mode の 2MHz 方形波がちゃんと SCLK にでてくれず．１晩を無駄にしました．あーくやし．．．

27443 に移植するときに大きくはまった問題のひとつは，SPIM と ExecuteClock の切り替えのやり方が，26系と27系では違っていることでした． 27系のほうが，チップ内のバスの構造が複雑になっており，切り替え方法もやや分かりにくくなっています．自由度はたいそう向上しているのですが，その代償というところでしょうか．
また，SPIM モジュールをつかったターゲットとのやりとりで，送信と受信に同じポートを使い，送信のときはstrong，受信のときはHighZにポートを設定して，これでグローバルIOの送信受信も連動して切り替わることをつかっています．まえK.I.さんとポートのモード設定について一緒に考えたときに勉強したことだったのですが，最初気がつかなくて， MOSIの設定とMISOの設定をうまく合わせておかないと，おかしいなデータが読めないぞ，ということになります．

ファームの書き込みができるようになったのは7月29日でした．ところが，どうしても Verify が動かなかったのです．原因がわかるまでに１日かかりました．つまり，AN2134のソースでは，ファームを書き込んだあとセキュリティ処理してチェックサム確認して，とやるのですが，そうです，セキュリティ処理したんだから，ファームが読み出せないわけです（笑）．で，Verify というのは，Targetからファームを読み出して手元のファームと付き合わせるということなので，これはできっこありません．あああ，おばかさん．くやし．

あとは，PCと27443のやりとりが I2C+USB でちょっとややこしく，通信の細かいところがよくわかりません．たとえば，データをPCに読んでくる手続き EZ_I2CRd は，27443側でデータの準備ができていないと，前に読んだバッファの内容をそのまま返してきてエラーにならないので，いろいろ工夫をして，望みのデータが来るまで待つような仕掛けを入れなければなりませんでした．うーん，もう少し丁寧に調べてやれば，もしかするとちゃんとエラー情報をどこかに返しているかもしれないなあ．．．．

というわけで，だいたい PSoC Invention Board Programmer と同じような機能を実現することができました．

ページの先頭へ

ソースプログラムと使い方について

現在公開しているのは，「Prototype Version A (2004-07-30)」です．Invention Board 内の CY8C27443 上に書き込むファームウェアと，PC上のクライアントソフトから構成されます．

本ソフトは，引用改変を含めてご自由にお使いください．（著作的人格権を行使しません．）
本ソフトは，your own risk でお使いください．本ソフトのご利用によるそちらの不利益の一切について，責任は負いません．

ファームウェアのソースプログラム

ファームウェアのソースプログラムは，PSoC Designer Version 4.1 Build 931 で開発しています．メインプログラムは C 語で書かれています．

ファームウェアのソースプログラムを解凍すると，PSoC26xWriter_by_IVB という名前のディレクトリができます．その下の output/psoc26xwriter_by_ivb.hex を PSoC Invention Board Programmer を使って 27443 に焼きます．これで Invention Board が 26443 Firmware Writer のハードウェアとして使えるようになります．

Invention Board と，ターゲットである PSoC 26443 との間は，以下のように３本の線で結線します．

Invention Board (27443)	Target PSoc (26443)
P0[3](3番ピン)	Xres(19番ピン)
P0[5](2番ピン)	SCLK(13番ピン)
P0[7](1番ピン)	SDATA(15番ピン)

アプリケーションノートAN2014「Design for In-System Serial Programming (ISSP)」のAppendex 2: によれば，次のように保護抵抗（56Ω），プルダウン抵抗（330Ω），および，ノイズ除去のコンデンサ（330pF）を入れるとよいようです．（私はそうしています．ただしコンデンサは手持ちの470pFを使いました．）


P0[3](3番ピン) --+----------------------------- Xres(19番ピン)
                 |
                 +--コンデンサ330pF--GND

P0[5](2番ピン) -----抵抗56Ω-------------------- SCLK(13番ピン)

P0[7](1番ピン) --+--抵抗56Ω-------------------- SDATA(15番ピン)
                 |
                 +--抵抗330Ω--------GND

AN2134 にならい，ファームウェアライターの動作を表示するLEDを，次のようにInvention Board につけます．


P0[0](24番ピン) ---LED(緑)---抵抗470Ω---GND

P0[2](25番ピン) ---LED(赤)---抵抗470Ω---GND

ファームウェアライターの動作状況をより詳しく表示するため，LCDモジュールをつけることができます．ご提供のファームウェアは，LCDモジュールをつけた状態を想定して作成しています．もし使わない場合は， main.c の「#define USELCD」をコメントアウトして再度ビルドしていただければ，LCDモジュールを呼ばなくなります．
LCD モジュールは 27443 の Port 2 に接続します．結線の方法は PSoC Designer によって指定されていますのでここでは省略します．

ファームウェアの書き込みが終わり，Invention Board を再起動すると，LCDモジュールがつないであれば，「PSoC 26xxx Writer Ready!」の表示がでるはずです．

PCクライアントのソースプログラム

PCクライアントのソースプログラムを解凍すると，PSoC26xWriter_by_IVB_CLIENT_VB という名前のディレクトリができます．この下のPSoC26xWriterClient.exe を起動すれば，ファームウェアライターの起動ということになります．あ，もちろん Invention Board と PC はつないでおきます．

必要なランタイムモジュールを含む再配布パッケージをご提供すべきですが，当方のプアーなWeb容量では，２メガを超える再配布パッケージを置くのはしんどいです．もし上の exe がモジュール不足で動かない場合は， VB6用のランタイムモジュールを各自インストールしてください．

PCクライアントの使用方法は，PSoC Invention Board Programmer とほとんど同じです．すなわち，最初にファームウェアのファイルを選択します．「選択」のボタンを押すと，ファイル選択のダイアログが開きますから，ファイルを選ぶと，ファームウェアファイルを読み込みます．すると，「ファーム書込み」，「確認」，「チェックサム」，「ダンプ」，「プロテクト」の５つのボタンが押せるようになります．（ダンプだけはファイルを読み込まなくても利用できます．）

各処理の実行中には，Invention Board についた緑のLEDが点滅して，動作中であることを知らせます．また，LCDモジュールも処理の段階や進捗状況などを表示します．
処理が失敗すると赤のLEDが点灯し，Invention Board はフリーズします．電源を切って（USBケーブルを抜いて）再度投入（USBケーブルを差して）やれば，リセットがかかり初期状態に戻ります．このときPCクライアントは「I2Cライトができませんでした」とか「I2Cリードができませんでした」という確認ダイヤログを表示して，強制終了します．よくやるのが，あとでご紹介しますが，セキュリティ処理をかけたPSoC に対して「確認」をかけたときで，赤LED点灯でとまってしまうと同時に，PCクライアントもフリーズします．このときは，USBケーブルを抜いて，強制的にエラーを起こしてクライアントを止めてください．

PCクライアントがInvention Board とうまく通信できないことがあります．これは， USB接続がPCに正しく認識されていないのが原因なので，USBケーブルを一度抜いてまた差して，の動作を行ってみてください．

現在の状態を表示する窓の内容は，「クリップボードにコピー」を押して，クリップボードにコピーできます．あとやメモ帳やエディタを開いて貼り付ければ，ダンプしたファームウェアを記録するときなどに便利です．

「バイナリ転送モード」というチェックボタンは，開発のなごりでついているもので，そのうちなくなります．常時チェックでご利用ください．チェックをはずしてもプログラムの機能はまったくかわりません．ただし，PCからのファームウェアの転送が倍の時間かかるようになります．ちなみに，ファームウェアの書込み時間の目安は，約1分15秒～20秒です．これがバイナリ転送モードのチェックをはずすと，2分半以上かかるようになってしまいます．

「セキュリティ書き込みモード」のチェックボタンをチェックすると，ファームウェアの書込みと同時に，セキュリティ処理を施して，ファームウェアが読み出せなくなります．「セキュリティ書き込みモード」をチェックしない状態で書き込んだファームウェアでも，あとから「プロテクト」のボタンを押して，セキュリティ処理を施すことができます．セキュリティ処理を施した PSoC チップでは，「確認」でファームウェアの書き込み内容をチェックしようとしても，必ず失敗するようになります．また「ダンプ」でファームウェアを読み出すと，でたらめの情報が読み出されます．

サンプル用の26443ファームウェアをソースプログラムごと置いておきます．パステルマジックの「PSoCチュートリアル」のページの例題を，オリジナルのP0[0]とP0[1]から，P0[0]とP0[2]にLED＋抵抗を結線するよう変更したものです．

PWMLED26.lzh: サンプル用26443ファームウェアのソースプログラム(LHAフォーマット，約158Kbytes)

ページの先頭へ

トップページへ