2015 1025 OSC-Fall Tokyo NETMF

オープンソースカンファレンス 2015 Tokyo/Fall

2015/10/25 ドット NET まいくろバンザイ倶楽部 1

ドット NET まいくろバンザイ倶楽部日高亜友

- V4.4 リリースと最新情報 , LLILUM -

[email protected]

オープンソースになったマイコン開発環境.NET Micro Framework の紹介。

ドット NETまいくろバンザイ



22015/10/25

セッション内容

.NET Micro Framework とは？

新プラットフォームへの移植と V4.4 リリース

最新情報 , LLILUM

ドット NETまいくろバンザイ倶楽部



32015/10/25 ドット NETまいくろバンザイ倶楽部




42015/10/25

.NET Micro Framework とは？元々は Microsoft Research 開発の組み込み OS Visual C# / Visual Basic で開発した IL

.NET アセンブリを中間コードインタプリタで実行

豊富なドライバとライブラリを標準装備オープンソース・ライセンスで公開 (Apache

V2) 30 種以上のプラットフォームに移植されて動

作 .NET Micro Framework (NETMF) 移植済み SOC 業務アプリケーション・システム応用事例ドット NETまいくろバンザイ倶楽部


ドット NETまいくろバンザイ .NET Micro Framework の歴史 2001 年 V 1.0

SPOT Watch / MSN Direct Service（ Microsoft リサーチ）

2006 年 V2.0Windows SideShow Device

2008 年 V3.0 , 3.5 for Network 2010 年 V4.0 for Open Source 2011 年 V4.2 for Visual Basic 2015 年 V4.4 for Visual Studio 2015

リポジトリ : CodePlex →GitHub

2015/10/25 5ドット NETまいくろバンザイ倶楽部

開発キット約 30 万円



62015/10/25

NETMF の本質元 Windows CE 未満 MMU 無しプラット

フォーム組込み製品となるはずだった OS

移植キット販売、製品ライセンス販売予定だった 2010 年にオープンソース化

Apache V2 ライセンス→無償で商用利用可能⇒ 製品相当の機能・性能・品質を無料で公開 2015 年正式サポート製品 GR-Peach 国内販売国産製品化第 1 号

2015 年に GitHub へ移行、コミュニティ化推進ドット NETまいくろバンザイ倶楽部


ドット NETまいくろバンザイ GitHub / netmf-interpreter

https://github.com/NETMF/netmf-interpreter

GitHubNETMF / netmf-interpreter



ドット NETまいくろバンザイアーキテクチャ

全体構成

2 種類の実装方法 - Native Platform - “OS on OS” solution


アプリケーション開発

ライブラリ開発プラットフォーム移

植

CLR: Common Language RuntimeHAL: Hardware Abstraction LayerPAL: Platform Abstraction Layer


ドット NETまいくろバンザイ OS としての提供機能 IL （ .NET のアセンブリ）の実行環境 = TinyCLR タイマ , 割り込みハンドラ , マルチスレッド ,

スケジューラブートローダ , 各種デバイスドライバ , リソースマ

ネージャ組み込み環境対応

MMU 不要標準メモリ 128KB RAM / 512KB ROM

標準サポート ARM7/9/Cortex-M3, Blackfin, SH-2/2A→ V4.4 で Cortex-M4 / STM32 F4 だ

けに？サポート機能

ブートローダ , アプリケーションローダ , デバッガ IF




102015/10/25

ドライバとサービス

Cache Ethernet, WiFi GPIO I2C INTC LCD / Display Piezo / Speeker PMC SDRAM SDCARD / MMC SPI Thermistor TIME (RTC) TIMER USART USB Client

Backlight (GPIO,SPI) BatteryCharger / Measurement BlockStorage (Flash, SD) Buttons COM DPWS Gesture Font, Graphics HTTP Ink Interop FileSystem (FAT) Security, Crypto TCP/IP, Socket, RPC, SSL Touch Panel (Multi Touch) XML

デバイスドライバデバイスコントローラ




プラットフォームとアプリケーション

自作ボードや未サポートボードに移植 CQ 出版等の移植事例（参考資料）

周辺ハードウェアを自作して動作容易に接続可能→ .NET Gadgeteer

ライブラリやシステムを開発・改造 Emulator の開発、独自モジュールの開発

連係システムやアプリケーションを開発他のシステムとの接続

PC, Smart Phone, Cloud 連係




122015/10/25

SDK vs. PK (Porting Kit) SDK: 組み込みアプリケーション開発

アプリケーション開発に必須 Visual Studio / VC# Express に組み込んで使用 Simulator, Debugger, Deployment Tools を含む

PK ：動作プラットフォームの構築（移植） .NET Micro Framework の移植に必須ほかにクロスコンパイラ（＋デバッガ）が必

須ツール類を含めた全ソースコードが提供ほとんどを C++ で記述（一部アセンブラ , C,

C# ）ドット NETまいくろバンザイ倶楽部

バージョンを合わせる必要がある




組み込み開発で何ができるか？



142015/10/25

アプリケーション開発手順事前調査・基本設計

Interface 仕様の確認 (H/W, S/W, Network, …) コーディング

Full .NET 環境用コードの流用ソースコード・デバッグ

エミュレータ , オンライン・デバッガ Full .NET 環境でのデバッグ（ソース流用化）

デプロイ Flash ROM 焼き , 配布用署名付きコード生成


.NET Gadgeteeerで簡単に！



152015/10/25

デバッガインターフェースデバッガとの接続手段： 3 種類から選択

独自ハードウエア開発の注意点 OS更新用のデバッガ（ブート）・スイッチの

対応通常は GPIO タクト SW （ボタン） , DIP-SW 等を使

用ドット NETまいくろバンザイ倶楽部

ドライバ

ドライバ

ドライバ

Serial (RS232C)

USB

LAN (TCP/IP)Host PC Target


ドット NETまいくろバンザイ .NET Gadgeteer とは？

2015/10/25 ドット NETまいくろバンザイ倶楽部 16

.NET Micro Framework ベース組み込みシステム統合開発環境とそれを構成するモジュール製品群

MMU 無しマイコン上で Visual Studio で開発した.NET アセンブリ（中間コード）をインタプリタ実行

GUI操作で自動的に初期化コードとクラスライブラリを追加

.NET MF

OS / Driver

Interpreter

App. / Lib.

Gadgeteer


ドット NETまいくろバンザイ .NET Gadgeteer とは？


具体的には次のものハードウェア

専用メインボード、専用モジュール群、開発環境としての Windows PC

ソフトウェア ROM 化された OS 、組み込み用各種ドライバとライブラリ、

Visual Studio 用 Plug In （ライブラリと GUI ツール、シミュレータ）

新規モジュール開発やカスタマイズ可能オープンソース



2015/10/25

.NET Gadgeteer とは？

C#/VB言語レベルでライブラリと豊富なミドルウェアを提供プロトコル、グラフィックファイルシステムサービス、マルチスレッド

10 種以上の CPU ボードと100 種以上のアクチュエータ ,センサー , ネットワークアダプタ ,コネクティビティ ,ディスプレイ等のモジュールを提供

ドット NETまいくろバンザイ倶楽部 18


ドット NETまいくろバンザイ IoT入門キット事例 IoT　入門キット

Spider IoT　入門キット IoT 植物栽培キット EnOcean IoT　入門キット





V4.4 対応版新プラットフォームへの移植


ドット NETまいくろバンザイ V4.4 で何が変わったか？ GitHub への移行 SDK 開発ツールの変更 Visual Studio 2015 のみ対応 OS は Windows 7～

10 ログイン名にスペースがあるとインストール出来な

い！バグ ARM-CMSIS 対応テンプレートが 2CPU/ 2 ボードに激減

STM32系だけに！デバッグ機能の高速化と安定化 UWP に影響を受けたクラスライブラリのサポートバグ FIX2015/10/25 21ドット NETまいくろバンザイ倶楽部



222015/10/25

移植前のチェックターゲット・プラットフォーム

RAM/RAM 容量（ ROM 不足は RAM で代用可能）

CPU アーキテクチャ (Cortex-M4 or NOT) 最低メモリ目安

RAM 256KB / ROM 512KB (Thumb2 命令 ) コンパイラとデバッガ

Windows 上で動作するクロスコンパイラ Windows 上で動作する JTAG-ICE デバッガ

Native 実装 vs. “OS on OS” 実装ターゲット・プラットフォームの適正ドット NETまいくろバンザイ倶楽部



232015/10/25

移植に必要な知識組み込みシステム全般

割り込み処理 , 割り込み Vector, Cache, MMU, PLL ブートローダ

移植対象の CPU, ターゲット・ボードデータシート , 回路図 , メモリマップ , クロック

ツール Toolchain （コンパイラ , アセンブラ , リンカ , ライブラリ

アン）C, C++, CPU のアセンブラ命令 , コマンドプロンプト , VB Script

デバッガ , JTAG ICE, Eclipse, OpenOCD+GDB OS アーキテクチャとリソース管理

メモリ , タイマ , 割り込み , イベント .NET Framework と CLR




242015/10/25

V4.4 ソフトウェア環境とツール Visual Studio 2015 (Express 版不可 , Community 版可 ) .NET Micro Framework 4.4 SDK ( バイナリインストーラ

配布 ) .NET Micro Framework 4.4 Porting Kit (GitHub) クロスコンパイラ , デバッガ

推奨は ARM RVDS, KEIL MDK gcc は Launchpad GCC ARM Embedded 4_9 以降

一部スクリプト（環境変数）に不具合がある場合も…

クロス開発統合環境 Eclipse ( 自分で作る必要… )

ソースコード管理 7zip, WinMerge, VSS, svn, … ドット NETまいくろバンザイ倶楽部



252015/10/25

ハードウェア環境とツール STM32系を使えばほぼ問題ない

STM32 F4 DISCOVERY は OpenOCD 対応オンボード・デバッガ搭載（他の STM32もデバッグ可能）

そうでない場合 JTAG ICE, または OpenOCD ICE 対応 CPU やボード構成をよく確認する Flash ROM書き込みツール（必要に応じて）ブートローダ開発環境（必要に応じて）評価ボード（ターゲットが利用できない場合）測定器、信号観測ツール




262015/10/25

移植の主要作業開発環境構築と基本設計

環境変数設定＆クロス開発用ビルドスクリプト作成

メモリ割当て設計＆ Scatter ファイル設定 Solution の作成（手作業）

ビルド＆デバッグ NativeSample を動作させる

ブートローダ , 初期化処理 (Clock, Cache, MMU, PLL)

ドライバ , PAL IF (Flash ROM ドライバ開発必須 , UART)

TinyCLR の動作 TinyBooter, アプリケーション・ロードとデバッグ IF




272015/10/25

InterOp の実装 NETMF 標準 API に無い OS 機能を

アプリケーションから呼び出す使用方法

標準 API に無いドライバの実装例： USB Host ドライバ , Flash ROM管理 ,

クリティカルな処理を C またはアセンブラで記述してアプリケーションから呼び出す

実装方法 C# で API を記述、コードを C/C++/ アセンブラで記述パラメータ、リターン値、非同期処理、イベントが利

用可能ドット NETまいくろバンザイ倶楽部

OS 移植の醍醐味




ビルド & デバッグ NativeSample

Native Code での” Hello world” 表示出力ビルド環境の検証（自由にカスタマイズ可能）ドライバ類の初期化 & 動作の検証

TinyCLR .NET Micro Framework の移植対象・本体実行には IL （コンパイル済アセンブリ）が必須

Product\Sample ディレクトリ（ HelloWorld, Network など）

TinyBooter NETMF 純正ブートローダ（ MFDepoy IF ）

• メモリ管理• 割り込み• タイマー• 232C/USB

ドライバ




LLILUM



302015/10/25

LLILUM とは？ NETMF と同じ開発者が開発している　　組込みアプリケーション実行環境

Visual C# で開発した UWP (NETMF)互換の IL をLLVMベースの .NET コンパイラでコンパイル後mbed アプリケーション (.bin を作成 ) 実行

Visual Studio で gdb デバッグ豊富なサービスとクラスライブラリを標準装備オープンソース・ライセンスで公開 (Apache

V2) 開発環境 /SDK のビルド手順が大変！

x64, VS2015, LLVM 3.7.0, ARM GCC, Make, CMake, Python 2.7.4MIEngine, Visual Studio Extensibility Tools, …. まだまだほかにもドット NETまいくろバンザイ倶楽部



対応ボード NXP LPC1768 512KB/64KB (mbed)

Freescale FRDM-K64F 1MB/256KB (mbed)




322015/10/25

まとめ


新プラットフォームへの移植と V4.4 リリース

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