音源とオーディオの電子工作（予定）: FV01 マルチエフェクタの製作その3 EEPROMのプログラミングにRaspberry Pi Picoを利用

FV-1はEEPROMに書き込んだ外部プログラムを利用できます。プログラム開発はSpinAsm IDEで行います。FV-1の公式ページの一番下あたりに「software :: SpinAsm assembler for the SPN1001V1.1.31 (Windows executable)」というリンクがあり、ダウンロードできます。

SpinAsm IDEから出力されるのはHEXファイル(Intel HEX形式)です。SPN1001-DEVBという開発ボードを使えばSpinAsm IDEから直接EEPROMに書き込み可能でスマートに開発できるようです。

あまりスマートではないですが、HEXファイルをバイナリに変換しEEPROMに書き込めば良いので、安価なマイコンボードであるRapsberry Pi Picoを利用することにしました。

ブロック図

太い線で囲ったところがRaspberry Pi picoを使って製作したPico Rom Writerです。

WindowsのターミナルソフトにはTeraTermがよく使われていますが、私は機能が豊富なRLoginを使用しています。今回もRLoginのファイル送信機能に頼っています。

ハードウェアPicoRomWriterの製作

回路図

I2CのSCLとSDAはFV-1で内部プルアップされ、Raspberry Pi picoでも内部プルアップされています。さらにPico Rom Writerでもピンソケットを使ってプルアップ可能としています。外部プルアップは信号線の波形を見て決めます。並列にプルアップされることになるのでプルアップする場合は抵抗値を大きめにします。

Raspberry Pi Picoはリセットボタンがないので、RESET(RUN)ボタンを外付けしています。

Raspberry Pi PicoでMicro Pythonを実行する準備

MicroPythonファームウェア（UF2ファイル)をダウンロードしておきます。

https://www.raspberrypi.com/documentation/microcontrollers/micropython.html

以下の手順でUF2ファイルをPicoに書き込みます。

PicoをBOOTSELボタンを押しながらパソコンにUSBケーブルで繋げる。
ストレージとして認識され、エクスプローラーが開く。
UF2ファイルをPicoのドライブにコピー。

EEPROMライティングプログラム SpinRomWriter

USBシリアル通信でパソコンから.hexファイルを受信し、バイナリに変換した後、I2C経由でFV01の外付けEEPROMに書き込むMicroPythonのプログラムです。

SpinRomWriter.py

#
# SpinRomWriter.py
#
# SpinAsmが出力したHEXファイルを24LC32A(EEPROM)に書き込む
#
# Target: Raspberry Pi pico / micropython
#
# 2022.08.20
#
import time
import sys
from machine import Pin, I2C

TITLE_STR = 'SpinRomWriter 20220820'

N_BYTES = 4         # 一度に読み書きするバイト数
DATA_LEN = 4096     # 32KBits
MAX_LINES = 1026    # シリアルで読み込む最大行数

PIN_LED = Pin(25, Pin.OUT)

# HEX文字列をバイナリに変換
def hex2bin(hexstr):
    if hexstr[0] != ':':
        print('Invalid header character')
        return -1
    hexstr = hexstr[1:]
    data = []
    for i in range(0, len(hexstr), 2):
        s = hexstr[i : i + 2]
        data.append(int(s, 16))
    return data
    
# チェックサム
def checksum(data):
    sum = 0
    for n in data:
        sum += n
    sum &= 0xff
    return sum

# シリアルからHEXファイルを受信
def receiveData():
    bArr = bytearray(DATA_LEN)
    for i in range(MAX_LINES):
        if i % 32 == 0:
            PIN_LED.value(not PIN_LED.value())
        hexStr = input()
        data = hex2bin(hexStr)
        if (data == -1):
            print('line:', i + 1, ': data is invalid')
            return -1
        # チェックサム
        if (checksum(data) != 0):
            print('line:', i + 1, ': checkusm is invalid')
            return -1
        # データエンドを検出
        if (data[3] == 1):
            return bArr;
        # データをbytearrayに格納
        n = data[0]
        addr = (data[1] << 8) | data[2]
        for i in range(n):
            bArr[addr + i] = data[4 + i]
    else:
        print('No data end detected.')
        return -1

# EEPROMに書き込み
def writeEEPROM(bArr, dataLen, nBytes):
    for memaddr in range(0, dataLen, nBytes):
        if memaddr % 32 == 0:
            PIN_LED.value(not PIN_LED.value())
        ba = bArr[memaddr:memaddr+nBytes]
        i2c.writeto_mem(0x50, memaddr, ba, addrsize=16)
        time.sleep_ms(5)

# EEPROMから読み込み
def readEEPROM(dataLen, nBytes):
    bArr = bytearray()
    for memaddr in range(0, dataLen, nBytes):
        ba = i2c.readfrom_mem(0x50, memaddr, nBytes, addrsize=16)
        bArr.extend(ba)
    return bArr

# EEPROMのベリファイ
def verifyEEPROM(bArr1, bArr2):
    bytesOK = 0
    for memaddr in range(len(bArr1)):
        b1 = bArr1[memaddr]
        b2 = bArr2[memaddr]
        if (b1 == b2):
            bytesOK += 1
        else:
            print('%04X:%02X:%02X Data is invalid.' % (memaddr, b1, b2))
    return bytesOK
    
# データを比較して表示
def showComparison(bArr1, bArr2):
    for memaddr in range(0, DATA_LEN, N_BYTES):
        ba1 = bArr[memaddr:memaddr+N_BYTES]
        ba2 = bArr2[memaddr:memaddr+N_BYTES]
        print('ORG:%04X:' % memaddr, end='')
        for b1 in ba1:
            print('%02X:' % b1, end='')
        print('')
        print('ROM:%04X:' % memaddr, end='')
        for b2 in ba2:
            print('%02X:' % b2, end='')
        print('')

# メインルーチン
time.sleep_ms(3000)
while True:
    print(TITLE_STR)
    print('Please send a HEX file.')
    # データを受信
    bArr = receiveData()
    PIN_LED.value(0)
    if (bArr == -1):
        continue
    print('HEX file received successfully.')

    i2c = I2C(0, scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=100000)

    # EEPROMに書き込み
    print("Write to EEPROM.")
    writeEEPROM(bArr, DATA_LEN, N_BYTES)
    PIN_LED.value(0)

    # EEROMから読み込み
    print("Read from EEPROM.")
    bArr2 = readEEPROM(DATA_LEN, N_BYTES)

    #showComparison(bArr, bArr2)

    print("Verify data.")
    bytesOK = verifyEEPROM(bArr, bArr2)

    print('Verified:', bytesOK, 'bytes')