mbed ことはじめ

まず頭に入れてくべきこと

• • mbedオフィシャルサイト　全てはここから始まる。
  • mbedとは：Wikiedia
  • mbed と Arduino の違い

準備したもの

• • mbed対応のマイコン。今回は、LPC1114FN28 を、秋月電子で購入。　１個たったの120円！（税込）
  • USB-シリアル変換モジュール　FT232RL　秋月で購入。
  • Arduinoスターターキット SGK-ARD-KIT 千石電商で購入　arduino uno 付きで4,940円。　arduino unoの他に付属のセット品が色々入っていて、初めてには良いですね。　arduinoからいじり始めてみたものの、mbedを教えていただいたら断然そちらが面白くなってます。

配線

• 参考
  • mbed LPC1114でLチカしてみた(1)：しなぷすのハード製作記
    　マイコンとFT232RLの接続が参考になります。　プログラムを書き込んだあとリセットしなくても済みます。　なお、書き込みソフトはこのページの要領ではなく、LPC1114限定で下記ページのものが使いやすいです。
  • mbed LPC1114でLチカしてみた(2)：しなぷすのハード製作記
    　LPC1114限定で「LPCISP」というソフトを公開しておられます。USB/serialコンバーター経由で一発書き込み、即座にリセットが働くので、楽ちんです。

• ハード図
  　ブレッドボードを使うとテストは楽にできるけど、一度バラしたら再現するのが面倒になっちゃいますんで、ちゃんと図面を書くクセをつけたいですね。今回は資料への使いまわしがしやすいようにEXCELでこんな感じで書いてみました。
  • LPC1114のLED回路はソース出力（PNP)でプラスコモン、FT232RLのLEDモニタ回路は、シンク出力（NPN）でマイナスコモンになっているみたいで、ちょっと混乱します。
    　工業用制御部品に関していえば、日本国内やアジア圏ではシンク（NPN）でマイナスコモン、欧州ではソース出力（PNP)でプラスコモン　が多いですが、欧州への輸出時にはCEマーク表示の関係で本質安全の考え方から必ずPNPにしないといけなくなるため、国内でもPNPへの変更が徐々に進んでいる・・　のかなあ？
    　組み込み部品での状況は全くわからずです。

プログラム

　mbedはarduinoと違い、ほぼ素のC/C++で書けます。　オンラインコンパイラでビルドが通ったプロジェクトをエクスポートして、外部のIDEで編集・コンパイルできることからもそれを実感できます。

　とはいえまずはオンラインコンパイラで。

使用ライブラリ

• Servo
  　mbedのオンラインコンパイラ上の「Import」でキーワード「Servo」で検索し、sford cstyles　さんの　mbed R/C Servo Libraryを試しに使ってみました。
• MySerial
  　自作ライブラリ MySerial です。mbed標準のRawSerialクラスを継承し、受信文字列のchar配列格納を簡単にできるようにしてみました。　現時点でのソースを貼っておきます。
  • GetString メソッドは、テンプレート化でオーバーロードしてあり、引数にポインタ変数指定でも　char配列指定の参照でも使えるようにしました。
  • Wait時間の設定を追加してあります。
    　その他APIは、こちらを参照。

• • MySerial.h
    

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

    - | | | | | | | | | ! - | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | ! - | | - | | | ! | | - | | | ! | | - | | | | ! | | - | | | | ! | - | ! | | | | | !

    /** mbed Serial Library extend RawSerial * Copyright (c) 2014 Naoki Okino * * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE * AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN * THE SOFTWARE. */ #ifndef MBED_MYSERIAL_H #define MBED_MYSERIAL_H #include "mbed.h" /** MySerial control class, based on a RawSerial * * Example: * @code * #include "mbed.h" * #include "MySerial.h" * * MySerial pc(USBTX,USBRX); //instance of MySerial Class * char cWord[16]; //receive chars or cWord[256], cWord[1024] etc.. * * void readbuf() * { * // int iRtn = pc.GetString(6,&cWord); //Serial received chars by pointer cWord * int iRtn = pc.GetString(6,cWord); //Serial received chars byref of cWord * } * int main() { * pc.baud(9600); //set baud rate * pc.format(8, MySerial::None, 1);//set bits for a byte, parity bit, stop bit * pc.SetRxWait(0.01, 0.001); //set wait getting chars after interrupted, each char * pc.attach( readbuf, MySerial::RxIrq ); //Set Interrupt by Serial receive * } * @endcode */ class MySerial : public RawSerial{ public: /** constructor to get chars received by serial * * @param PinName tx * @param PinName rx */ MySerial(PinName tx, PinName rx); /** set wait getting chars after interrupted * * @param float _fRxStartWait wait getting a 1st char after interrupted * @param float _fRxEachWait wait getting each char */ void SetRxWait(float _fRxStartWait, float _fRxEachWait); /** function to get chars after received chars by serial * * @param int size for get chars * @param *cWord returns got chars by pointer * @param returns success by 0 */ virtual int GetString(int size, char *cWord); /** overload function to get chars after received chars by serial * * @param int size for get chars * @param cWord returns got chars by ref * @param returns success by 0 */ template <class X> int GetString(int size, X cWord) { return GetString(size, &cWord); } protected: float fRxStartWait; float fRxEachWait; }; /* class MySerial */ #endif

• • MySerial.cpp
    

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

    - | | ! - | | ! - | | | | | | - - | ! | - | - ! | | ! !

    #include "MySerial.h" MySerial::MySerial(PinName tx,PinName rx):RawSerial(tx,rx) //constructor { fRxStartWait = 0.01; //wait getting a 1st char after interrupted fRxEachWait = 0.001; //wait getting each char } void MySerial::SetRxWait(float _fRxStartWait, float _fRxEachWait) { fRxStartWait = _fRxStartWait; //wait getting a 1st char after interrupted fRxEachWait = _fRxEachWait; //wait getting each char } int MySerial::GetString(int size, char *cWord) //by pointer { int i=0; int ichar; memset(cWord, '\0', strlen(cWord)); //initialise chars wait(fRxStartWait); while(1) { if(!readable()) { break; } ichar = getc(); if(i<size) { cWord[i] =ichar; //putc(ichar); } i++; wait(fRxEachWait); } return 0; }

メイン

• シリアルコマンド
  ただの実験なので、<STX><ETX>などの制御コマンドは一切無しです。（汗）
  • 「start」で開始
  • 「pxxx」(xxxは角度)で位置決め
  • 「stop」で停止
    です。
• 受信の割り込みと、50ms定時タイマ割り込みを受けてメインで動作及びLチカさせてみました。
  • 割り込みのIRQ変数名は、シリアルが「UART_IRQn」、定時タイマが「TIMER_16_0_IRQn」でしたので、割り込み優先度や割り込み禁止を個別に管理できます。　この辺の定義は、こちらに全部書いてありますね。

• まだ試していませんが、フロー制御を入れないと9600bps以外では取りこぼしが発生します。
• ソース
  volatile のつけ方などわかっていないので、まだ適当です。
  • main.cpp
    

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101

    - | | ! - - ! ! - | | - ! | - | | - | | - | | | - | ! - | | ! ! - | | - | ! | | | | | | | | | | - | | | - | | | ! | | - | - | | ! | - ! ! !

    #include "mbed.h" #include "Servo.h" #include "MySerial.h" Servo myservo(dp18); MySerial pc(USBTX,USBRX); //instance of MySerial Class Ticker timer; DigitalOut led2(LED2); //alive check LED volatile int cntRx=0; volatile int cntRx_old=0; volatile int timeUp=0; volatile int timeUp_old=0; char cWord[6]; //receive chars or cWord[256], cWord[1024] etc.. char *pCword = cWord; //pointer for cword const char ccStart[6] = "start"; const char ccStop[5] = "stop"; const char ccMove_[2] = "p"; int readSize = 5; int doStatus; int iDeg; void atRx() { NVIC_DisableIRQ(UART_IRQn); cntRx++; } void atTimer() { //NVIC_DisableIRQ(TIMER_16_0_IRQn); timeUp++; } void readbuf() { pCword = cWord; //pointer for cword //int iRtn = pc.GetString( readSize, &cWord[0] ); //Serial received chars by pointer of cWord int iRtn = pc.GetString( readSize, cWord ); //Serial received chars byref of cWord if(strcmp(cWord, ccStart)==0) { // start doStatus=1; printf("started\n"); } else if(strcmp(cWord, ccStop)==0) { // stop doStatus=0; printf("stopped\n"); } else if(cWord[0]==ccMove_[0]) { // 1st char matches pCword++; // increment pointer to get after 2nd chars iDeg = atoi( pCword ); printf("%d\n",iDeg); } else { //no action except for start/stop printf(" no match %s\n" , cWord); } if ((doStatus == 1) && (0 <= iDeg) && (iDeg <= 180)) { wait(0.01); // waits for the servo to get there myservo.position(iDeg - 83.0); } } int main() { pc.baud(9600); //set baud rate pc.format(8, MySerial::Odd, 1);//set bits for a byte, parity bit, stop bit //pc.format(8, MySerial::None, 1);//set bits for a byte, parity bit, stop bit //pc.set_flow_control(MySerial::RTSCTS,dp26,dp25); pc.SetRxWait(0.01, 0.001); //set wait getting chars after interrupted, each char wait(0.25); //startup wait pc.attach( &atRx, MySerial::RxIrq ); //Set Interrupt by Serial receive NVIC_SetPriority(UART_IRQn, 120); timer.attach( &atTimer, 0.05 ); NVIC_SetPriority(TIMER_16_0_IRQn, 10); myservo.calibrate(/* range */ 0.00099, /* angle +/- */ 90.0); while(1) { wait(0.01); if(cntRx != cntRx_old) { readbuf(); cntRx_old = cntRx; NVIC_EnableIRQ(UART_IRQn); } if(timeUp != timeUp_old) { if( 10 <= timeUp ) { led2 = !led2; timeUp=0; } timeUp_old = timeUp; //NVIC_EnableIRQ(TIMER_16_0_IRQn); } } }

実行結果

シリアルコンソールには、定番のTeraTermではなく、「RS232cテストツール」というフリーソフトを使ってみました。

下図のように、コマンドを送ると帰ってきたアンサーが表示されます。

総括

　mbed、おもしろいです。　C/C++の入門にもなるし、ハード回路の勉強にもなります。

　次回は、オフラインでのコンパイルとデバグ環境にチャレンジしたいと思います。

inc​/mbed

当サイトランニング走法関連ブログ

• • 2019-11-17 Neo逆ローリング走法
  • 2019-9-23 ズームフライ＋フォアフット走法と逆ローリング走法のマッチング
  • 2019-9-01 続：ランニングフォームの探究 ３
  • 2019-8-18 続：ランニングフォームの探究 ２
  • 2019-6-30 続：ランニングフォームの探究
  • 2018-6-2 ランニングフォームの探究
  • 2017-9-18 辛い練習はしなくても目標タイム達成可能？
  • 2017-8-19 接地荷重時間を短縮するために
  • 2017-7-22 大転子ランニング指向

Neo逆ローリング走法の特徴とコツ

　2019年11月10日(日)完走の第33回 成田POPランで試した、素の逆ローリング走法のエコノミー改良版です。　仮称→「Neo逆ローリング走法」と名付けてみました。

　素の逆ローリング走法の特徴は、遊脚を後方へ脱力スイングさせて接地を迎えることで、膝への負担を減らすことでした。しかしその為にはある程度の後方へのスイング速度が必要で、準備段階で脛が前方へ振り出し気味になってしまうため、それを補う動作によってエコノミーがやや低下していました。

　今回のNeo逆ローリング走法では、この遊脚の後方への脱力スイングを封印し、より穏やかに接地を迎えることが可能になっているので、フォアフットとの相性もバッチリです。　ポイントは、接地前にシザースで前に出ようとする脚に骨盤（大転子）を引っ張ってもらう感じにすることで、骨盤を後方力で保持しつつ少しづつ前方に穏やかに移動させて、脛を前方に投げ出すことなく足が無理なく重心付近に降りてくるようにすることです。結果的に直後の脚の後方へのスイング速度は下がります。

　遊脚の重さを腰に感じながら、骨盤（大転子）を「後方に保持し」、位置的には脚に引っ張られて「徐々に前方に移動」させる。力学的には、前に出ようとする脛の慣性エネルギーを骨盤の移動で吸収する形ですので、結果的に無理なく無駄なく効率的に骨盤が前に出るのです。
　みやすのんき氏の膝下だけ「前スライド」の意識からの速度アップのコツとしても有効だと思います。言ってみれば、骨盤・大転子を「前スライド」させるイメージでしょうか。　でも骨盤を自力で前にひねるわけではなく、あくまで脚に引っ張ってもらうわけなので、「腰を前に！」とか「骨盤前傾！」なども無理に意識することなく、割と簡単にできちゃいます。

　これは慣れの問題で一度できるようになると難しくないのですが、活字で説明してもなかなか理解がし辛いでしょう。
　今回は、上記の説明の難しさから、力の方向だけではなく左右の大転子の変位の増加方向（位置の変化）も各コマに追加して理解の一助となるように改良して解説します。

コマ図解説

接地及びその前後

1.接地直前

　左脚（赤色）は僅かに後方保持でほぼ脱力、右脚（青色）は脚の振出しに引っ張ってもらって右大転子が前に移動している真っ最中。　脚のを重さを腰に感じながら引っ張ってもらいつつ右の骨盤を「前スライド」的に移動することで、ダンプ効果があり脛の振出の抑制もされるようです。　あくまで脚に引っ張ってもらうのが重要で、力を入れて自力で前に移動させるのは効率を落とすだけで効果がなくなります。
　また、右の大転子が前に移動しながら左脚が接地を迎えることになるので、腰の回転により左の大転子には着地荷重へ備える後方への荷重受けができ効率よくトルクが伝わるという一石二鳥の効果があります。

2.接地の瞬間

　左脚は脱力か、少し上方保持でごく弱いスイングをする程度で地面反力をしっかり受ける準備。右脚は前コマ同様に後方保持しつつ前方移動継続。

3. 最大着地荷重

　左脚は最大荷重を受けるため下方向に荷重。右脚は前コマ同様に後方保持しつつ前方移動継続。

4. 最大荷重～着地荷重抜き

　左脚は最大荷重を受けた後に早めに荷重抜き、大転子は前方から上方へ素早く回転させ吊る。右脚は前コマ同様に後方保持しつつ前方移動継続。

跳ね上げ～空中姿勢

5. 膝下の跳ね上げ誘導

　左脚は荷重を抜いた後、膝を前方に保持して脛の跳ね上がりを誘導する。（上に力を入れて跳ね上げる必要は全くない）大転子は前方から上方へ素早く回転させ吊る。右脚は前コマ同様に後方保持しつつ前方移動継続。

6. 右脚の脛振出し抑制

　左脚は脛の跳ね上がりを誘導しつつ、膝の前方移動のための準備。右脚は前コマ同様に後方保持しつつ前方移動継続で、脛が振り出されてくるので結果的に少し強めの後方荷重になる。

7. 右脚の脛振出し抑制

　左脚、右脚とも、前コマ同様。

8. 左脚は前方にシザース開始

　左脚は前方にシザース開始。左大転子を後方に抑えることで、左膝はすっと前へ出るとともに、左側骨盤を引っ張り始める。　右脚は前コマ同様だが接地準備に入る。

9. 左脚はシザース

　左脚はシザースですっと前へ出て左側骨盤を前スライドさせつつ引っ張る。右脚は前コマ同様だが接地準備に入る。

10. 右脚は接地動作へ

　左脚は前コマ同様だが右脚が接地動作のため脱力してゆくため、膝の前方移動は鈍る。

11. 以下、1コマ目の左右反対動作

まとめ

　以上ですが、走法やフォームの説明って難しいですね。　このアニメとコマ図でもなかなか理解が難しいと思いますが、遊脚の振出しに引っ張られて大転子が穏やかに前方移動する感覚を一度得られれば、あえて逆ローリング走法や前スライド走法ではなくても、ご自身が走り慣れているフォームに組み合わせて走ることができるのではないかと思います。

　私の方では、今後も更にブラッシュアップに努めてゆきたいと思います。

• 趣味のはなし：マラソン