wiki:epics/bbb/seralx4_cape

RS232C x4 Capeの作成

BeagleBone Black上のCPUには6個のUARTが載っていて、そのうちの1つはシリアルコンソール用、それ以外の5本が拡張IOで使用可能になっている。 (厳密には、3番ポートがTxのみなので4.5本だが、、、)
これを使って、MOXAの4ポートシリアルコンバータの代わりにならないかということで作り始めた。+αとして単体でEPICS動作が可能なので、IOCの分散にもつながる。

Hardware

BeagleBone Black側はUART1,2,4,5を使うことにし、CTS/RTSはつながない。
EEPROMはつけておくことにする。

HDMI OFF

今回のHWでは、UART5とHDMI出力が被ってしまう。今回は画面が必要ないので、HDMI出力を停止させることにした。
HDMI出力の確認は、

root@beaglebone:/media/card# cat /sys/devices/bone_capemgr.8/slots
 0: 54:PF---
 1: 55:PF---
 2: 56:PF---
 3: 57:PF---
 4: ff:P-O-L Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G
 5: ff:P-O-L Bone-Black-HDMI,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMI

で行う。
5にHDMIのモジュールが読み込まれているのがわかる。"P-O-L"の"L"が"Load"ということらしく、これが消えればいいらしい。
設定は、ブートローダーで行うので、boot領域をmountして、uEnv.txtを書き換える。

root@beaglebone:~/cape/UARTx4# df
Filesystem     1K-blocks    Used Available Use% Mounted on
rootfs           3369444 1641652   1553304  52% /
/dev/root        3369444 1641652   1553304  52% /
devtmpfs          255228       0    255228   0% /dev
tmpfs             255356       0    255356   0% /dev/shm
tmpfs             255356     232    255124   1% /run
tmpfs             255356       0    255356   0% /sys/fs/cgroup
tmpfs             255356     232    255124   1% /etc/machine-id
tmpfs             255356       0    255356   0% /tmp
/dev/mmcblk0p1     72102   59252     12850  83% /media/card
root@beaglebone:~/cape/UARTx4# cd /media/card/
root@beaglebone:/media/card# ls
App   Drivers  LICENSE.txt  README.md  autorun.inf  uEnv.txt
Docs  ID.txt   MLO          START.htm  u-boot.img
root@beaglebone:/media/card# vi uEnv.txt
optargs=quiet
          ↓
optargs=quiet capemgr.disable_partno=BB-BONELT-HDMI,BB-BONELT-HDMIN

設定を書き換えたらreboot。
reboot後は、画面に何もでなくなるので注意すること。
sshで他のマシンからログインして、状態を確認。

root@beaglebone:/media/card# cat /sys/devices/bone_capemgr.8/slots
 0: 54:PF---
 1: 55:PF---
 2: 56:PF---
 3: 57:PF---
 4: ff:P-O-L Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G
 5: ff:P-O-- Bone-Black-HDMI,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMI
 6: ff:P-O-- Bone-Black-HDMIN,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMIN

この状態になっていればOK。

Cape回路図

今回の回路は、各uartにRS232CのレベルコンバータとEEPROMを載せるだけの簡単なものにする。

firmware

firmwareのひな形は/lib/firmwareにあったので、それを編集して作成。

/*
* Copyright (C) 2013 Tetsuya Michikawa <hig-mchi@post.kek.jp>
*
*  BeagleBone Black UART 1,2,4,5 used RS232c cape
*/
/dts-v1/;
/plugin/;

/ {
        compatible = "ti,beaglebone", "ti,beaglebone-black";

        /* identification */
        part-number = "cape-bone-uartx4";
        version = "00A0";

        /* state the resources this cape uses */
        exclusive-use =
                /* the pin header uses */
                "P9.24",        /* uart1_txd */
                "P9.26",        /* uart1_rxd */
                "P9.21",        /* uart2_txd */
                "P9.22",        /* uart2_rxd */
                "P9.13",        /* uart4_txd */
                "P9.11",        /* uart4_rxd */
                "P8.37",        /* uart5_txd */
                "P8.38",        /* uart5_rxd */
                /* the hardware ip uses */
                "uart1",
                "uart2",
                "uart4",
                "uart5";

        fragment@0 {
                target = <&am33xx_pinmux>;
                __overlay__ {
                        bb_uart1_pins: pinmux_bb_uart1_pins {
                                pinctrl-single,pins = <
                                        0x180 0x20 /* P9.26 uart1_rxd.uart1_rxd  INPUT  */
                                        0x184 0x20 /* P9.24 uart1_txd.uart1_txd  OUTPUT  */
                                >;
                        };
                        bb_uart2_pins: pinmux_bb_uart2_pins {
                                pinctrl-single,pins = <
                                        0x150 0x21 /* P9.22 spi0_sclk.uart2_rxd | MODE1 */
                                        0x154 0x01 /* P9.21 spi0_d0.uart2_txd | MODE1 */
                                >;
                        };
                        bb_uart4_pins: pinmux_bb_uart4_pins {
                                pinctrl-single,pins = <
                                        0x070 0x26 /* P9.11 gpmc_wait0.uart4_rxd | MODE6 */
                                        0x074 0x06 /* P9.13 gpmc_wpn.uart4_txd | MODE6 */
                                >;
                        };
                        bb_uart5_pins: pinmux_bb_uart5_pins {
                                pinctrl-single,pins = <
                                        /* the uart pins */
                                        0x0C4 0x24 /* P8.38 lcd_data9.uart5_rxd | MODE4 */
                                        0x0C0 0x04 /* P8.37 lcd_data8.uart5_txd | MODE4 */
                                >;
                        };
                };
        };

        fragment@1 {
                target = <&uart2>;      /* really uart1 */
                __overlay__ {
                        status = "okay";
                        pinctrl-names = "default";
                        pinctrl-0 = <&bb_uart1_pins>;
                };
        };
        fragment@2 {
                target = <&uart3>;      /* really uart2 */
                __overlay__ {
                        status = "okay";
                        pinctrl-names = "default";
                        pinctrl-0 = <&bb_uart2_pins>;
                };
        };
        fragment@3 {
                target = <&uart5>;      /* really uart4 */
                __overlay__ {
                        status = "okay";
                        pinctrl-names = "default";
                        pinctrl-0 = <&bb_uart4_pins>;
                };
        };
        fragment@4 {
                target = <&uart6>;      /* really uart5 */
                __overlay__ {
                        status = "okay";
                        pinctrl-names = "default";
                        pinctrl-0 = <&bb_uart5_pins>;
                };
        };
};

このファイルをコンパイルして、firmwareを作成。
これを/lib/firmwareにコピーして、ロードさせてみる。

root@beaglebone:~/cape/UARTx4# dtc -O dtb -o cape-bone-uartx4-00A0.dtbo -b 0 -@ cape-bone-uartx4-00A0.dts
root@beaglebone:~/cape/UARTx4# cp cape-bone-uartx4-00A0.dtbo /lib/firmware
root@beaglebone:~/cape/UARTx4# cd /lib/firmware
root@beaglebone:/lib/firmware# echo cape-bone-uartx4 > /sys/devices/bone_capemgr.8/slots

ここで何もでなければOKだけど、ロードできないとエラーが出る。エラーの内容はdmesgで出力されるので、それを確認してエラーを修正後、再度実行。

root@beaglebone:/lib/firmware# cat /sys/devices/bone_capemgr.8/slots
 0: 54:PF--- 
 1: 55:PF--- 
 2: 56:PF--- 
 4: ff:P-O-L Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G
 5: ff:P-O-L Bone-Black-HDMI,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMI
 6: ff:P-O-L Override Board Name,00A0,Override Manuf,cape-bone-uartx4

EEPROM

Capeに載せるEEPROMを作成する。

EEPROMへのアクセス

その前に、I2C2でEEPROMが認識されるかをチェックする。今回はEEPROMにATMEL AT24C256Bを使った。BBBはIO電圧が3.3Vなので、そこにつなぐICも3.3V対応のものを使う必要があるので注意。

http://papermint-designs.com/community/files/images/eeprom-circuit.preview.png

画像の実験回路をブレッドボード等で作成して、初めはSW A0,A1,A2のプルアップ抵抗を接続せずにGNDに接続してみる。
回路を作成後、BBBのI2C2 SCL,SDAに接続し、i2cdetectでバススキャンしてみる。

root@beaglebone:~# i2cdetect -r 1
WARNING! This program can confuse your I2C bus, cause data loss and worse!
I will probe file /dev/i2c-1 using read byte commands.
I will probe address range 0x03-0x77.
Continue? [Y/n] y
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: 50 -- -- -- UU UU UU UU -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

回路が正しければ、上記のような表示になるはず。ならなければ、どこか回路が間違っているので修正する。
次にEEPROMへの読み書きができるかを実験。

まず、EEPROMにアクセスするためのデバイスインターフェイス(?といえばいいのかな)を作成。

root@beaglebone:~# echo 24c256 0x50 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-1/new_device
root@beaglebone:~# ls /sys/bus/i2c/devices
0-0024  0-0050  1-0050  1-0054  1-0055  1-0056  1-0057  i2c-0  i2c-1
root@beaglebone:~# dmesg
                 :
[ 5404.713106] at24 1-0050: 32768 byte 24c256 EEPROM, writable, 1 bytes/write
[ 5404.713545] i2c i2c-1: new_device: Instantiated device 24c256 at 0x50

1-0050がEEPROMにアクセスするためのインターフェイスになる。

root@beaglebone:~ # cd /sys/bus/i2c/devices/1-0050
root@beaglebone:/sys/bus/i2c/devices/1-0050# ls -la
total 0
drwxr-xr-x 3 root root     0 Oct 22 02:19 .
drwxr-xr-x 9 root root     0 Jan  1  2000 ..
lrwxrwxrwx 1 root root     0 Oct 22 02:19 driver -> ../../../../../bus/i2c/drivers/at24
-rw------- 1 root root 32768 Oct 22 02:22 eeprom
-r--r--r-- 1 root root  4096 Oct 22 02:22 modalias
-r--r--r-- 1 root root  4096 Oct 22 02:22 name
drwxr-xr-x 2 root root     0 Oct 22 02:22 power
lrwxrwxrwx 1 root root     0 Oct 22 02:19 subsystem -> ../../../../../bus/i2c
-rw-r--r-- 1 root root  4096 Oct 22 02:19 uevent
root@beaglebone:/sys/bus/i2c/devices/1-0050#

EEPROMへのデータの書き込み、読み込みはeepromファイルにアクセスすることで行われる。

root@beaglebone:/sys/bus/i2c/devices/1-0050# echo "hoge" > eeprom
root@beaglebone:/sys/bus/i2c/devices/1-0050# cat eeprom | hexdump -C
00000000  68 6F 67 65 ff ff ff ff  ff ff ff ff ff ff ff ff  |hoge            |
*

今回の実験ではi2cアドレス0x50を使用して実験しているが、実際にcapeとして使用する場合には、i2cアドレス0x54~0x57の範囲内にしないとcapeとして認識されないので注意。

EEPROMの作成

EEPROMのイメージデータは、firmwareファイルから生成することはできないので、別の定義ファイルから作成するしかないみたい。
EEPROMのフォーマットは規定されているが、それを作る方法が確立しているわけではないみたい。
色々なページでも、自作のプログラムでひな形を作ったりしている。一応、正式な方法としてはJSON形式のファイルを作成して、それをコンバートして作る方法が紹介されている。
変換プログラム自体はjavascriptで書かれているが、OSにはインストールされていないのでどこかから持ってくる必要がある。今回はここから、eeprom.jsとbone.jsをとってきた。
このスクリプトを使って変換する。ちなみに、EEPROMの定義ファイルは、cape-bone-uartx4-00A0.jsonとした。

root@beaglebone:~/cape/UARTx4/eeprom# node ./eeprom.js -w cape-bone-uartx4-00A0.json

JSON形式の設定ファイルの内容は以下の通り。
注意点として、partNumberとversionはfirmwareの設定内容(ファイル名?)と同じにしておかないといけない。これをキーにして対応するfirmwareを検索するらしい。

{
 "uartx4.eeprom": {
    "type": "cape",
    "header": "aa5533ee",
    "formatRev": "A0",
    "boardName": "RS232C x4 Cape",
    "version": "00A0",
    "manufacturer": "KEK cERL CTRL",
    "partNumber": "cape-bone-uartx4",
    "numPins": 8,
    "serialNumber": "0000-0000-0001",
    "currentVDD_3V3EXP": 250,
    "currentVDD_5V": 250,
    "currentSYS_5V": 1000,
    "DCSupplied": 1000,
    "mux": {
      "P9_26": {
        "used": "used",
        "direction": "in",
        "pullup": "disabled",
        "slew": "fast",
        "rx": "enabled",
        "mode": 0,
        "function": "uart1_rxd"
      },
      "P9_24": {
        "used": "used",
        "direction": "out",
        "pullup": "disabled",
        "slew": "fast",
        "rx": "disabled",
        "mode": 0,
        "function": "uart1_txd"
      },
      "P9_22": {
        "used": "used",
        "direction": "in",
        "pullup": "disabled",
        "slew": "fast",
        "rx": "enabled",
        "mode": 1,
        "function": "uart2_rxd"
      },
      "P9_21": {
        "used": "used",
        "direction": "out",
        "pullup": "disabled",
        "slew": "fast",
        "rx": "disabled",
        "mode": 1,
        "function": "uart2_txd"
      },
      "P9_11": {
        "used": "used",
        "direction": "in",
        "pullup": "disabled",
        "slew": "fast",
        "rx": "enabled",
        "mode": 6,
        "function": "uart4_rxd"
      },
      "P9_13": {
        "used": "used",
        "direction": "out",
        "pullup": "disabled",
        "slew": "fast",
        "rx": "disabled",
        "mode": 6,
        "function": "uart4_txd"
      },
      "P8_38": {
        "used": "used",
        "direction": "in",
        "pullup": "disabled",
        "slew": "fast",
        "rx": "enabled",
        "mode": 4,
        "function": "uart5_rxd"
      },
      "P8_37": {
        "used": "used",
        "direction": "out",
        "pullup": "disabled",
        "slew": "fast",
        "rx": "disabled",
        "mode": 4,
        "function": "uart5_txd"
      }
    }
  }
}

変換したEEPROMイメージをダンプするとこんな感じ。

root@beaglebone:~/cape/UARTx4/eeprom# hexdump -C uartx4.eeprom
00000000  aa 55 33 ee 41 30 52 53  32 33 32 43 20 78 34 20  |.U3.A0RS232C x4 |
00000010  43 61 70 65 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |Cape............|
00000020  00 00 00 00 00 00 30 30  41 30 4b 45 4b 20 63 45  |......00A0KEK cE|
00000030  52 4c 20 43 54 52 4c 00  00 00 63 61 70 65 2d 62  |RL CTRL...cape-b|
00000040  6f 6e 65 2d 75 61 72 74  78 34 00 08 30 30 30 30  |one-uartx4..0000|
00000050  2d 30 30 30 30 2d 30 30  a0 29 c0 09 00 00 00 00  |-0000-00.)......|
00000060  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 a0 28  |...............(|
00000070  c0 08 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 a0 2e c0 0e  |................|
00000080  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
*
000000c0  00 00 c0 0c a0 2c 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |.....,..........|
000000d0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000000e0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 fa 00 fa  |................|
000000f0  03 e8 03 e8                                       |....|
000000f4

これをEEPROMに書き込んで、Capeを起動すれば、自動的に対応するfirmwareが読み込まれる。
EEPROMがI2C2の0x54に接続されている場合には、以下のコマンドで書き込みができる。

root@beaglebone:~/cape/UARTx4/eeprom# cat uartx4.eeprom > /sys/bus/i2c/devices/1-0054/eeprom

実機テスト

実際にCapeを試作して実装してみる。

root@beaglebone:~# cat /sys/devices/bone_capemgr.8/slots
 0: 54:PF---
 1: 55:PF---
 2: 56:PF---
 3: 57:P---L RS232C x4 Cape,00A0,KEK cERL CTRL,cape-bone-uartx4
 4: ff:P-O-L Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G
 5: ff:P-O-- Bone-Black-HDMI,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMI
 6: ff:P-O-- Bone-Black-HDMIN,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMIN

I2Cアドレスの設定によって、表示されるスロットは変わるが、0x57の位置に今回作成したcapeがロードされたことがわかる。
dmesgで詳細を確認。

[    0.000000] Booting Linux on physical CPU 0x0
[    0.000000] Initializing cgroup subsys cpu
[    0.000000] Linux version 3.8.13 (koen@rrMBP) (gcc version 4.7.3 20130205 (prerelease) (Linaro GCC 4.7-2013.02-01) ) #1 SMP Wed Aug 14 16:25:00 CEST 2013
[    0.000000] CPU: ARMv7 Processor [413fc082] revision 2 (ARMv7), cr=50c5387d
[    0.000000] CPU: PIPT / VIPT nonaliasing data cache, VIPT aliasing instruction cache

                        :

[    0.244885] loop: module loaded
[    0.245009] at24 0-0050: 32768 byte 24c256 EEPROM, writable, 1 bytes/write
[    0.245089] at24 1-0054: 32768 byte 24c256 EEPROM, writable, 1 bytes/write
[    0.245159] at24 1-0055: 32768 byte 24c256 EEPROM, writable, 1 bytes/write
[    0.245228] at24 1-0056: 32768 byte 24c256 EEPROM, writable, 1 bytes/write
[    0.245298] at24 1-0057: 32768 byte 24c256 EEPROM, writable, 1 bytes/write
[    0.252493] bone-capemgr bone_capemgr.8: Baseboard: 'A335BNLT,0A5C,2713BBBK6962'
[    0.252534] bone-capemgr bone_capemgr.8: compatible-baseboard=ti,beaglebone-black
[    0.252607] bone-capemgr bone_capemgr.8: Skipping disabled cape with part# BB-BONELT-HDMI
[    0.252690] bone-capemgr bone_capemgr.8: Skipping disabled cape with part# BB-BONELT-HDMIN
[    0.282744] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #0: No cape found
[    0.319851] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #1: No cape found
[    0.356959] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #2: No cape found
[    0.387222] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #3: 'RS232C x4 Cape,00A0,KEK cERL CTRL,cape-bone-uartx4'
[    0.387406] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #4: specific override
[    0.387447] bone-capemgr bone_capemgr.8: bone: Using override eeprom data at slot 4
[    0.387475] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #4: 'Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G'
[    0.387608] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #5: specific override
[    0.387644] bone-capemgr bone_capemgr.8: bone: Using override eeprom data at slot 5
[    0.387672] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #5: 'Bone-Black-HDMI,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMI'
[    0.387809] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #6: specific override
[    0.387845] bone-capemgr bone_capemgr.8: bone: Using override eeprom data at slot 6
[    0.387873] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #6: 'Bone-Black-HDMIN,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMIN'
[    0.388152] bone-capemgr bone_capemgr.8: Skipping loading of disabled cape with part# BB-BONELT-HDMI
[    0.388222] bone-capemgr bone_capemgr.8: Skipping loading of disabled cape with part# BB-BONELT-HDMIN
[    0.388534] bone-capemgr bone_capemgr.8: initialized OK.

                         :

[    4.800832] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #3: dtbo 'cape-bone-uartx4-00A0.dtbo' loaded; converting to live tree
[    4.801128] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #3: #5 overlays
[    4.804422] 48022000.serial: ttyO1 at MMIO 0x48022000 (irq = 89) is a OMAP UART1
[    4.806330] 48024000.serial: ttyO2 at MMIO 0x48024000 (irq = 90) is a OMAP UART2
[    4.809856] 481a8000.serial: ttyO4 at MMIO 0x481a8000 (irq = 61) is a OMAP UART4
[    4.811270] 481aa000.serial: ttyO5 at MMIO 0x481aa000 (irq = 62) is a OMAP UART5
[    4.811678] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #3: Applied #5 overlays.
[    4.811731] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #4: Requesting firmware 'cape-bone-2g-emmc1.dtbo' for board-name 'Bone-LT-eMMC-2G', version '00A0'
[    4.811751] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #4: dtbo 'cape-bone-2g-emmc1.dtbo' loaded; converting to live tree
[    4.812171] bone-capemgr bone_capemgr.8: slot #4: #2 overlays

UART1,2,4,5がそれぞれttyO1,ttyO2,ttyO4,ttyO5になっていることが確認できた。

実際に通信して確かめてみる。
RS232Cクロスケーブルをポート1と2につなぎ、シリアル通信プログラム minicom で実験。タミーナルを2つ立ち上げて、それぞれでminicomを実行する。

root@beaglebone:~# minicom -D /dev/ttyO1 -b 115200
root@beaglebone:~# minicom -D /dev/ttyO2 -b 115200

minicomが起動したら、片方のターミナル画面から適当な文字を入力すると、もう片方のターミナルに入力した文字が表示されれば成功。表示されないようなら、配線をチェックするか、違うRS232Cポートにケーブルをつないでいないかをチェックする。

ケース作成

ケースの作成は当初既製品を自分で加工することも考えたが、4つケースを作るとなると時間と労力がかかりすぎるので、今回はメーカーで既製品を追加工してもらうことにした。
色々と検討した結果、(株)タカチ電機工業KC5-13-10GSをベースとすることにした。最初は穴加工だけにするつもりだったが、部品固定用スタッド(スペーサ)をつけても値段的には300円ぐらいの差しかないので、合わせて加工してもらった。

組み立て後はこうなった。

参照HP

NULLCape. How to Roll your own BeagleBone Capes (Part II) | Community Papermint Designs
Where are the serial ttyO1,2,3,4? - Google グループ
Cape Expansion Headers - Circuitco Wiki Support
Disabling the BeagleBone Black HDMI Cape Logic Supply Blog
Adventures in BeagleBone Cape EEPROMs | K.Keller's Blog

Last modified 5 years ago Last modified on 08/06/14 11:48:08

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