AndroidからPICマイコンのForthで動かすロボット制御

1. ANDROIDからPICマイコンの
FORTHで動かすロボット制御
Presented by プロペラブ
in OSC愛媛 2012/03/24

2. 本日の内容
プロペラブメンバー作成によるロボットタ
ンク「たーとるくん１号」について，紹介し
ます。

3. プロペラブとは
PARALLAX社製マルチコアCPU
『Propeller』を愛でる会。
それが、プロペラブ。
⇛展示を行っておりますので、プロペラブ
ブースにてお気軽にお声がけください。

4. クイックスタートボード

5. 本日の講師自己紹介
ちいといつ
すーあん
石井康寛 ⇛メキシコ出張

6. 自己紹介
名前：ちいといつ
twitter : titoi2
所属：プロペラブ
自己紹介：
プログラマー、最近はAndroid屋さん。
Androidアプリの代表作は『A・文庫』

7. A・文庫とは
著作権切れの文学作品を中心に、
１万点以上の作品を公開するイ
ターネット図書館「青空文庫」の
作品をAndroidで読むための
ビューアアプリです。

8. 『坊っちゃん』
も読めます
ぞなもし

9. 自己紹介３
名前：すーあん
twitter : @ksksue
所属：プロペラブ
自己紹介：
Android、マイコン、FPGAなどをたしなんでお
ります。組込み屋です。
Android USB Serial Monitor Liteをgithubと
マーケットで公開しています

10. ANDROID USB SERIAL
MONITOR LITE
• Github / Google Playにて公開（無料）
• カンタンなUSBシリアルモニタ
• Android 3.2以上対応
• FTDIチップに対応
• ボーレートの設定
• 文字、10進数、16進数表示に対応
• 結果をメールで送信

11. FTDRIVER
• GITHUBにて公開
• FTDIチップドライバ
• ライブラリプロジェクト（単体では動作しません）
• ARDUINOライクなインタフェース

12. たーとるくん１号
ベース：タミヤ模型のシャベルドーザー
制御基板：PIC ADK MiniBoad『IC-02』

13. たーとるくん１号
PIC ADK Miniboad
『IC-02』

14. 基本ハード構成
たーとるくん１号 USB
PIC ADK Miniboad USB Host
PIC24F FTDI
ｃｖ
モータードライバ
Android 端末
左モーター 右モーター

15. PIC ADK Miniboardについて
日本Androidの会・神戸支部でADKや
Microbridgeを楽しむために2011年7
月に配布したオリジナル基板
Eagleで設計し、Fusion PCBで基板制
作実施しました。

16. PIC ADK Miniboardの特徴
・PIC24FJ64GB002搭載・USB Host機器が容易に作
成できる(ADKやMicrobridge等でAndroid連携機器容
易に制作に使用できます)
・2ch DCモータドライバTB6552搭載、ラジコンカー
等の制作に最適
・3ch RCサーボモータコネクタ搭載
・FTDI FT232RL搭載。FTDriverと連係可
・PICKit直結可能なコネクタ搭載
・安価(実費2000円で頒布中)

17. ソフト構成
PIC ADK Miniboad側
・PIC24Fで動作するForth『A Forth』
Android側
・USB Host APIを用いたシリアルドライバ
『FTDriver』

18. FTDriver
Androidとマイコンをつなげよう
✦ FTDriver
✦ USB-シリアル変換チップの
Android用ドライバ
✦ 言語：Java
✦ Githubで公開中
https://github.com/ksksue
秋月 FTDI USBシリアル変換モジュール

19. 使ってもらった例
ガイガーカウンタとAndroidタブレット 海外：ヘリコプター用コントローラを
XBee経由でつなげてみたよ！ Galaxy Nexusと繋げたよ！
（@yakagawa さん） これからヘリゲームつくるよ！

20. FTDriver設計にいたるまで
✦ Android 3.1からUSBプログラミングができる
ようになったよ！
✦ みんなが持ってるマイコンとAndroidが繋がると
面白いんじゃない？
✦ マイコンと言えばUSBシリアル！でもUSBシリ
アルドライバがないじゃないか・・・
✦ よしつくろう

21. 他の接続方法との違いは？
✦ でもちょっとまてよ。。。
USBシリアルじゃなくてもAndroidとマイコンと繋げる方
法はあるよね？
✦ ADK
✦ Microbridge
✦ Wi-Fi
✦ Bluetooth
✦ これらとどうちがうの？

22. Androidと外部デバイスとの接続方法一覧
USBシリアル
ADK MicroBridge Wi-Fi Bluetooth
(FTDriver)
すべてのバージョ
どんなマイコンと
ポイント Google公式！ ンのAndroidと繋 高速無線！ お手軽P2P無線！
も繋がる！
がる！
有線/無線 有線 有線 有線 無線 無線
給電
⃝ ☓ ⃝ ☓ ☓
スマホ→デバイス
115200bps
転送レート (bitbang mode ？ ? 54Mbps 19200bps
200Mbps)
消費電力 小 中 中 大 大
マイコン＋
マイコン＋ Arduino＋USBホ Arduino＋USBホ マイコン＋
デバイス Bluetooth
FTDIモジュール ストシールド ストシールド Wi-Fiモジュール
モジュール
デバイス一式価格 ￥3,500∼ ￥5,000∼ ￥5,000∼ ￥7,000∼ ￥6,000∼
設計難易度 低 低 高 高 中
Android
3.1以上 2.3.4以上 すべて すべて すべて
対応バージョン
USBシリアルがAndroid-マイコン接続の選択肢として十分アリ

23. FTDriverを使った
Android
Android-マイコン構成例
while(true) {
ユーザプログラム
...
len = mSerial.read(rbuf,0);
...
}
FTDriver シリアル通信をポーリング
USB Host API begin(int baudrate);
read(byte[] buf, int channel);
(Android Frameworks) write(byte[] buf, int length, int channel);
end();
Arduino ライクなシンプルなインタフェース
マイコンボード USB通信
FTDI チップ
シリアル通信
マイコン
マイコンボードとAndroidをUSBで接続

24. FTDriverを使った
シリアル通信プログラミング
（readするだけのカンタンな例）
１．インスタンス生成
mSerial = new
FTDriver((UsbManager)getSystemService(Context.USB_SE
RVICE));
２．デバイスオープンとボーレート設定
mSerial.begin(9600)
３．リードポーリング(スレッド)
byte[] rbuf = new byte[4096];
...
while(true) {
...
len = mSerial.read(rbuf);
...
}
４．デバイスクローズ
mSerial.end();

25. FTDriver内の処理概要
(アプリ開発者は手をつけなくておｋ)
１．初期化：USBホストのエンドポイントを
オープンする
mEndpointIN = intf.getEndpoint(0);
mEndpointOUT = intf.getEndpoint(1);
intf : USB Interface インスタンス
２．オープンしたエンドポイントを叩く
int length = mDeviceConnection.bulkTransfer(mEndpointIN,
mReadbuf, mReadbuf.length,0); // RX
int length = mDeviceConnection.bulkTransfer(mEndpointOUT,
write_buf, write_size, 0); // TX
USBバルク転送でエンドポイントINとエンドポイントOUTを叩く

26. 最後に
githubからPull Request大歓迎
✦ これまでの開発協力者
https://github.com/ksksue
✦ @titoi2
✦ @yishii
✦ @yakagawa
✦ @darkukll
✦ @zaki50
✦ 他
FTDriverをBitbangモードへ対応
ソースコード提供(@yishii)
使ってみたよ or 開発してみたよ Twitter ID
@ksksue
などあれば気軽にメンションください

27. FORTH言語の紹介
たーとるくん１号の制御言語であ
るForth言語について紹介しま
す。

28. FORTHとは？
・１９７１年ごろ、アメリカのチャールズ・
ムーア氏が天体望遠鏡の制御用言語として完
成させた。
・１９８０年代くらいまでは、マイコンを中
心に結構使われていた。今でも制御系の世界
では現役で使われている。

29. FORTHの特徴
・対話的実行
コンソールから命令を打ち込むことにより即
時実行可能。
Forthでは命令やコマンドのことを『ワー
ド』と呼ぶ。
・スタック指向
演算はすべてスタックで行う。

30. スタック指向の利点
・括弧を使わず複雑な演算が可能
技術者にはHP社の逆ポーランド電卓を愛用
していた人も多い。
・関数のパラメータや戻り値をフレキシブル
かつシームレスな受け渡しが可能

31. FORTHによる演算
１＋４ を計算するには
＞ １ ４ ＋ . 改行
と打ち込みます。
スタック志向言語では必然的に、
逆ポーランド記法になります。

32. 結果は
＞１４＋.
５ OK
と表示されます。

33. 解説
数値：スタックに積む ＋：二つの数値を加算し
てスタックに積む
＞１４＋. .：数値を表示
５ OK
スタック
１ ４ ５
Empty
１

34. JAVAとの関係
Javaの実行環境JVMはForthを参考に作ら
れたと言われています。
AndroidのDalvikVMはレジスタ型
JavaのJVMはスタック型
だって、Forthだもん

35. FORTHの特徴・２
・自己増殖型
ワード定義を積み重ねることにより、プログ
ラミングを行う。
・すべてがワード
数値や文字列などのデータ以外は全てがワー
ド。

36. ワード定義
ForthにおけるワードとはCの関数やJavaの
メソッドのようなものです。
ワードを定義するには、 ： を用いる為、
ワード定義の事を、コロン定義とも言いま
す。

37. ワード定義
コロン定義の書式
: ワード名 処理 ;
Forth 内の辞書にワード名のエントリが作
られ、処理部分がコンパイルされた実行コー
ドへのリンクが作成されます。
インタプリタでありながらコンパイラを内蔵

38. ワード定義
例えば、スタック上の数値に１を足すワード
inc を定義してみます。
: inc 1 + ;
実行すると、以下のような結果になります。
10 inc .
11 OK

39. 全てがワード
Forthでは、数値などのデータ以外は全て
ワードです。
つまり、：などのコンパイラや、IF、LOOP
といった制御構造、演算子、変数宣言、定数
宣言など全てがワードです。
それらは新たなワードとしてユーザが定義す
ることが可能です。

40. なぜFORTHなのか
たーとるくん１号にForth言語を
搭載した理由。
その方が格好良いから

41. マイコンとFORTH
・処理系が小さいため、マイコンに最適
ミニマム構成では２Kバイト程度のメモリー
で実行可能。
PIC ADK Miniboardに使われている
PIC24Fは３２KバイトのROMと８Kバイト
のRAMを搭載。

42. マイコンとFORTH
・外部からプログラミング
フレキシブルな運用が可能。
・コンパクトで強力な言語
小さなマイコンで自律行動への可
能性。