TOPPERS 活用アイデア・アプリケーション開発 コンテスト 部門 ： 活用アイデア部門 アプリケーション開発部門 作品のタイトル ： ATK2 RC カー(Nios2 版) 作成者 ： 対象者 ： ATK2 を用いた教育/研究/デモの実施をしたい方 使用する開発成果物 ： TOPPERS/ATK2 カーネル 本田晋也 目的・狙い TOPPERS/ATK2 カーネル(ATK2 カーネル)は，AUTOSAR OS 仕様をベースとした RTOS である．これまでに，ATK2 カーネルを応用した教育・研究プラットホーム としては，ZMP 社の RoboCar1/10 に ATK2 カーネルを搭載した，RoboCar1/10 for AP が販売されているが，一セット 70 万円程度と単価が高いため，ATK2 カーネル の学習の目的だけで購入するのには敷居が高かった． 本アプリケーションは，安価な RC カー及び評価ボードを組み合わせることにより， 10 万以下の ATK2 カーネルの教育・研究プラットホームを目指して開発した． アイデア/アプリケーションの概要 機能としては，プレイステーション 3 のコントローラ(PS3 コントローラ)からの操作 に従って RC カーを制御する．また，RC カーのボディには，はヘッドライト等を模 擬した LED が搭載されており，PS3 コントローラからの操作に従って点灯が制御さ れる．これらの機能は，3 個のマイコンボードにより実現されており，それぞれ，通 信，モータ制御，ボディ制御の処理を実行する．また，マイコンボード間は CAN に より通信を行う．マイコンボードは，Altera 社 FPGA を搭載し，Nios2 プロセッサ が動作しているため，TOPPERS プロジェクトの多くの成果を使用可能である． ハードウェア全体像 マイコン ボード Bluetoth モジュール • PS3のコントローラからRCカーを操作することが可能 • RCカーはヘッドライト/ブレーキランプ等を持つ • RCカーに，ベース基板が搭載されており，その上に3個のマイコン ボードと通信用のBluetoothモジュールが搭載されている． ベース基板 1 操作方法 • ヘッドライトON/OFF • ハザード • ブレーキ • 左アナログLR • ステアリング • 右アナログUD • 前進・後退 • L1/R1 • 方向指示器のON/OFF •× •△ •○ •□ • フォグランプON/OFF • • • • 左・右 ボタン • ステアリングのニュートラル を調整． 上ボタン • ステアリングニュートラルを 0に． 下ボタン • モータのゲインを初期値に L2/R2 • モータのゲインを変更 2 • • • • ベース基板 6cm サーボ基板 DCDC ③ESC 7.2v EH2 pin ④TLU-01電源 5v MI L1 0p in ターミ ネータ 30cm 25.75c m 10pinコネクタ 電源用 4pin can PYH DE0-Nano 5cm x 7.5cm CANコネク タ 6.5cm ①電源 7.2v ②サーボ 電源用 4pin can PYH ターミ ネータ 10pinコネクタ CANコネク タ 10pinコネクタ ターミ ネータ DIP ターミ ネータ DE0-Nano 5cm x 7.5cm 電源用 4pin can PYH CANハブ x4 CANコネク タ DE0-Nano 5cm x 7.5cm M 6 5pinコ ネクタ MI L1 0p in 通 信基板 5pinコ ネクタ 松浦商事と共同開発 松浦商事から購入可能(3万程度) RCカーへのマウンタを兼ねている 以下の機能を持つ． • 各ボードへの電源供給 • CANハブ • 電源変換 • マイコンボード用のCAN PHY 1.3cm 10cm 11c m 3 • • • • マイコンボード Nios2を搭載したDE0-Nanoボードを最大3枚搭載可能 CANコントローラを含んだハードウェアデザインも公開 • 有償のソフトを購入することでカスタマイズ可能 RCカーとはケーブルにより接続 各マイコンの機能を自由に変更可能であるため，1～3枚の自由な構成 が可能 情報系接続 ケーブル 4 • • • • • Blutooth変換モジュール 市販のBlutooth-USBドングルを搭載し，PS3やPC/スマフォとの通信 可能なモジュールを使用 PIC24FJ64GB004 小型マイコン基板 SBDBT5V • http://www.runele.com/ca1/2/ Blutoothで受信したデータはUARTに変換 PS3コントローラとPC/スマフォとは同時に接続可能． モジュールのソースコードはオープンソースであり，カスタマイズも 可能 5 システム構成 CAN CAN DE0-Nano(Nios2) CAN ※データの送受信はCAN通信を使用 ボディ系ECU ・制御系から送信された データを取得する ・データ内容から以下の 制御処理を行う ・ヘッドランプ ・フォグランプ ・ブレーキランプ ・方向指示器(L/R) ・バックランプ ・ブザー DE0-Nano(Nios2) • 制御系，通信系，ボディ系で構成 • DIPスイッチによりマイコンボードで実行する処理を変更可能 DE0-Nano(Nios2) ・操作系から送信された 電文データを取得する ・取得したデータを解析して ボディ系で制御する内容の 情報を送信する ・取得したデータに車両制御 を行う要求がある場合は 操舵角や車速の制御を行う 制御系ECU 操作系ECU ・PS3コントローラ等からの コマンド(電文)を受信する ・受信した電文のチェックを行う ・受信した電文データを最後まで 取得したことを確認後に送信する UART SBDBT 6 • • • • • • • 必要機材まとめ RCカー • 完成品を程度で量販店から購入 ベースボード • 松浦商事から購入 DE0-Nano x 1～3 • Altera代理店から購入 SBDBT５V • ランニングエレクトロニクスから購入 Bluetoothドングル • 量販店から購入 PS3コントローラ • 量販店から購入 PICライター • 量販店から購入 計 PICライター PS3コントローラ Bluetoothドングル SBDBT DE0-nano x 3 ベースボード RCカー 機材 9.7万 0.5万 0.5万 0.2万 0.5万 3万 3万 2万 価格 7 • • • • • ソフトウェア・ハードウェアイメージの入手 必要なファイルとツールは以下からダウンロード可能 各種ソースとハードウェアイメージ • TOPPERSのContributed Softwareとして入手可能 • http://dev.toppers.jp/trac_user/contrib/browser/rc_os_nios2 • DE0_Nano_QSYS_DEMO: DE0-Nano用ハードウエアイメージ用パッチ • atk2-sc1_1.3.2 : 制御ソフトウェア • sbdbt_ps3_140113.patch : SBDBT用ファームウェア用パッチ • README.txt : ドキュメント SBDBT用ファームウェア • http://runningele.web.fc2.com/ps3/sbxbt_ps3_src_140113.zip SBDBT書き込み用ソフト • Microchip社のWebサイトから MPLAB IDEとC32を入手 QuratusII • Altera社のWebサイトからQurartusII Webエディション 14.1をダウロード DE0用のハードウェアデザイン • Terasicのサイトからダウンロード可能(DE0_Nano_QSYS_DEMOを使用) 8 • • • • ハードウェアセットアップ 詳細は配布ファイルの README.txt を参照のこと 概要のみ説明 マイコンボード加工 • コネクタを接続するためいくつかの拡張ピンを切断する ベース基板とマイコンボードのセットアップ • マイコンボードをベース基板に接続する • どの系を実行するかディップスイッチを設定する • ボディ系 : DIP1 ON • 制御系 : DIP2 ON • 通信系 : DIP3 ON Bluetoothモジュールのセットアップ • SBDBT用ファームウェアをダウンロード • 配布ファイルのパッチを適用してMAPLAB IDEによりビルド • PICライターを用いてダウンロード • ファームウェア付属のマニュアルに従って，PS3コントローラとペアリングする ベース基板とRCカーのセットアップ • 各コネクタを接続する 9 ソフトウェアセットアップ(マイコンボード) 詳細は配布ファイルの README.txt を参照のこと 概要のみ説明 • ソフトウェアのビルド • atk2-sc1_1.3.2 for Nios2のダウロード • 配布ファイルを上書き • obj/nios2_dev_rc においてビルドを実施 • make depend • make • ハードウェアイメージの作成 • obj/nios2_dev_rc で以下のコマンドを実行することで書き込みファイル が生成される • make flash • ハードウェアの書き込み • obj/nios2_dev_rc で以下のコマンドを実行することでDE0-Nanoに書き 込まれる • make prog 10
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