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TOPPERS BASE PLATFORM とは

TOPPERS BASE PLATFORMは、組込み教育用にTOPPERSプロジェクト教育ワーキングループが開発した組込みソフトウェアプラットフォームです。実装にあたっては、μITRON4.0仕様研究会のデバイスドライバ設計ガイドラインを参考に実装しました。プラットフォームとして、STマイクロエレクトロニクス社のSTM32マイクロコントローラとRISC-Vをターゲットに作成したTOPPERS BASE PLATFORM(ST/RV)と、上級のハードウェアをターゲットとしたIntel社のCyclone V SoCをターゲットとしたTOPPERS BASE PLATFORM(CV)があります。
以下に２つのプラットフォームの概要を記載します。

TOPPERS BASE PLATFORM(ST/RV)

① 概要

STマイクロエレクトロニクス社の以下のボード上にGCC対応のTOPPERS/ASP Release 1.9.3カーネルを実装し、その上位にデバイスドライバを実装し、プラットフォームを構築しました。

プロセッサ（型番） 対応ボード名
ARM Cortex-M7 STM32F7 Discovery(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M7 STM32F769 Discovery kit(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M7 STM32F723 Discovery kit(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M7 STM32F746 Nucleo-144(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M7 STM32F767 Nucleo-144(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M7 STM32H743 Nucleo-144(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32F407 Discovery(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32F401 Nucleo-64(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32F446 Nucleo-64(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32F446 Nucleo-144(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32L476 Discovery(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32L476 Nucleo-64(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32L4R5 Nucleo-144(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32G431 Nucleo-64(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32G474 Nucleo-64(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4/M0 STM32WB55 Nucleo(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4/M0 STM32WB15 Nucleo(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M4 STM32MP157C-DK2(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M0 STM32F091 Nucleo-64(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M0+ STM32L073 Nucleo-64(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M0+ STM32G071 Nucleo-64(STマイクロエレクトロニクス社)
ARM Cortex-M0+ STM32G0B1 Nucleo-64(STマイクロエレクトロニクス社)

RISC-V用としてSiFive社HiFive1ボード及びSiPEED社MaixシリーズのK210上とLongan-nanaoボードにTOPPERS/ASP Release 1.9.3カーネルを実装し、その上位にデバイスドライバを実装し、プラットフォームを構築した。

プロセッサ（型番）対応ボード名
FE310-G000HiFive1REV-A/REV-B（SiFive社）
K210Maixシリーズ（SiPEED社）
GD32VF103Longan-nano（SiPEED社）

② ブロック図

BASE PLATFORM(ST) STM32F4/F0xx
STM32L4/L0xx		 STM32F7xx detail 対象の講座
Device
Driver
(pdic)
Basic
Driver		 gpio gpio 新基礎２
dma dma
(timer) (timer)
uart uart

Standard
Driver
 i2c i2c CLCD/senser/eeprom
新基礎３
(Reference
Manual)
spi spi GLCD/SD card
adc adc Joy stick
(qspi) qspi FLASH
rtc rtc Clock機能
usb OTG usbo MSC/HID
M7 Depend
Driver		 ltdc/dsi GLCD 新基礎３
Reference

System
(Application
Manual
Reference
Manual)
tp
sdmmc SD card
audio/dfsdm
emac 優先LAN
wifi 無線LAN
gpic high driver Shield依存
api
middleware		 File System fatfs fatfs FAT
file library file library C language file
stdio stdio stdio
Graphic UI ui ui 文字グラフィック描画
(Open
source)
library		 USB usb meddle USB host/dev
libjpeg(*1) JPEG
libmad(*1) MP3
LAN lwip(*2) TCP/IP
*1：api(posix互換)のためソース未修正で実装：ソースコードは対応Webからダウンロードする必要があります。
*2：問題点対応用に patch ファイルを用意:バージョンは固定となります

TOPPERS BASE PLATFORM(CV)

① 概要

Intel社のCyclone V SoCを使用した以下のボード上にGCC対応のTOPPERS/FMP Release 1.4.0カーネルを実装し、その上位にデバイスドライバを実装し、プラットフォームを構築しました。

プロセッサ（型番） 対応ボード名
ARM Cortex-A9 DE10-Nano(TerasiC社)
ARM Cortex-A9 DE0-Nano-SoC(TerasiC社)
ARM Cortex-A9 DK-DEV-5CSXC6Nボードキット(Intel社)

② ブロック図

BASE PLATFORM(CV) ターゲットボード detail 対象の講座
Device Driver Basic
Driver		 gpio 上級１
(Reference
Manual)
dma
watch doc
(timer)
uart
Standard
Driver		 i2c CLCD/senser/eeprom
spi GLCD/SD card
sdmmc SD card
qspi
usb OTG MSC/HID
emac ethernet/PHY
FPGA
Driver (*1)		 pinmode Arduino GPIO 上級２
(Reference
Manual)
uart Arduino UART
spi Arduino SPI
wifi ESP32 wifi
gdic high driver デバイス結合

api
middleware		 File
System		 fatfs FAT 上級１，２
file libreary C language file
stdio stdio
Graphic UI ui 文字グラフィック表示
(Open
source)
library		 USB USBミドルウェア
lwIP (*2) プロトコル・スタック
*1：FPGA Driverを使用するには、arduino connectorに対応したFPGAのコンフィグレーションが必要です。
 *2：一部パッチによる修正が必要：ソースコードは対応Webからダウンロードする必要があります。

ミドルウェア

RTOSとは非依存な形でミドルウェアを提供します。この２つのミドルウェアはTOPPERS KERNELでなくとも、I/F部(GDIC等)の修正により、他のプラットフォームに移植可能です。

① ファイルシステム・ファイルライブラリ

FatFsをコアとしてFATベースファイルシステムとSTDIOに対応したC言語ファイル関数群を提供します。
TOPPERS BASE PLATFORM(ST)は、SDカード(SDMMC,SPI)、USB-MSCに対応しています。
また、TOPPERS BASE PLATFORM(CV)は、SDカード(SDMMC)とUSB-MSCに対応しています。

② USBホスト・デバイス

USBホスト、デバイス用のミドルウェアを提供します。
USBホストでは、クラスとしてHID,HUB,MSC,PRT,CDC-SERIALのサンプルコードを用意しました。
また、USBデバイスでは、HIDとCDC-SERIALのサンプルコードを用意しました。

③ lwIP プロトコル・スタック

組込み用TCP/IPプロトコル・スタックをベースにEthernetとWiFiドライバに対応。

GDIC（General Device Interface Component）

ターゲットとなる２つのプラットフォーム用ボードは共にArduinoコネクタを持ちます。
このコネクタにArduino用のシールドを装着することにより、種々のデバイスに対応することが可能となります。
TOPPERS BASE PLATFORMでは、GDICドライバ部の拡張によりこれらのデバイスに対応します。

ドキュメント

２つのプラットフォームに対して、API等を記載したドキュメントを提供します。
また、２つのプラットフォームは共通の開発環境上で開発が可能です。
開発構築の説明として教育教材中の「TOPPERS実装セミナー(STM32F4-Disc/Nucleo:DE10-Nano版：基本)開発環境編」を参照してください。
インストール手順等は、「TOPPERS BASE PLATFORM対応版 基礎２セミナーコンテンツ」の１日目の４章 TOPPERS/ASPの導入以降、または、「基礎３セミナーコンテンツ」の１日目の2章 ASPプラットフォーム環境構築以降を参照してください。

対応教育教材

TOPPERS BASE PLATFORM(ST)を使用した組込み実装教材は以下の通りです。

  1. 基礎１、基礎２、基礎３

開発成果物のダウンロード

TOPPERS BASE PLAFORM(ST)：担当TOPPERS教育WG
パッケージ マニュアル リリース日
asp_baseplatformv1.4.3_042422.tar.gz V1.4.3 Reference_manual(ST)
V1.4.3 Reference_manual(RV)		 2022-04-24
asp_baseplatformv1.4.2_052421.tar.gz V1.4.2 Reference_manual(ST)
V1.4.2 Reference_manual(RV)		 2021-06-01
asp_baseplatformv1.4.1_051120.tar.gz V1.4.1 Reference_manual(ST)
V1.4.1 Reference_manual(RV)		 2020-05-11
asp_baseplatformv1.4.0_030819.tar.gz V1.4.0 Reference_manual(ST) 2019-03-08
asp_baseplatformv1.3.0_052018.tar.gz V1.3.0 Reference_manual(ST) 2018-06-04
TOPPERS BASE PLAFORM(CV)：担当TOPPERS教育WG
パッケージ マニュアル リリース日
fmp_1.4.0_baseplatformv1.1.3_042422.tar.gz V1.1.3 Reference_manual(CV) 2022-04-24
fmp_1.4.0_baseplatformv1.1.2_052421.tar.gz V1.1.2 Reference_manual(CV) 2021-05-24
fmp_1.4.0_baseplatformv1.1.1_041820.tar.gz V1.1.1 Reference_manual(CV) 2020-04-18
fmp_1.4.0_baseplatformv1.1.0_030419.tar.gz V1.1.0 Reference_manual(CV) 2019-03-04
fmp_1.4.0_baseplatformv1.0.0_052218.tar.gz V1.0.0 Reference_manual(CV) 2018-06-04
ROMモニタ：担当TOPPERS教育WG
パッケージ リリース日
rommon-011222.tar.gz 2022-01-12
rommon-101520.tar.gz 2020-10-15
rommon-021320.tar.gz 2020-02-13
rommon-030619.tar.gz 2019-03-06
rommon-051918.tar.gz 2018-06-04
BLE_REMOTE androidアプリ
パッケージ リリース日
ble_remote-release.apk 2021-04-14
マニュアル リリース日
BLE_REMOTEデバイス仕様書101.pdf 2021-06-14
RTOS隠蔽化パッケージ(ASP3/FreeRTOS)
パッケージ リリース日
fmp_1.4.0_baseplatformv1.1.3_042422.tar.gz 2022-04-24
FreeRTOS_Configurator_042422.tar.gz 2022-04-24
TOPPERS BASE PLAFORM(ST)用GDICパッケージ：担当TOPPERS教育WG
シールド名 パッケージ リリース日
STマイクロエレクトロニクス社X-NUCLEO-IDB05A1用 asp_x-nucleo-idb05a1-1.3.0.tar.gz 2018-04-13
STマイクロエレクトロニクス社X-NUCLEO-IKS01A1用 asp_x-nucleo-iks01a1-1.3.1.tar.gz 2019-02-08
STマイクロエレクトロニクス社X-NUCLEO-IKS01A2用 asp_x-nucleo-iks01a2-1.3.0.tar.gz 2019-11-18
STマイクロエレクトロニクス社X-NUCLEO-IKS01A1用 asp_x-nucleo-iks01a1-1.3.0.tar.gz 2018-04-13

2022/05/18の機能アップデートの内容

  1. RTOS隠蔽化対応
    • ASP3 Nucleo-64対応のパッケージを追加
    • FreeRTOS対応のパッケージを追加
  2. 新ボード対応
    • STM32G0B1 Nucleo-64 ボード
    • STM32WB15 Nucleo
  3. STM32WBのBLEスタック1.2.0の対応

2021/06/11の機能アップデートの内容

  1. STM32WBXX用WIFIドライバ追加、STM32_WPANV1.11.0の対応
  2. STM32MP157C-DK2用Cortex-M4ドライバを追加
  3. K210用YOLOデモを追加
  4. longan nanoボード用ドライバを追加
  5. リファレンスシステムBLE_REMOTEを追加
    • BLE_REMOTEの端末側にビルド方法は「BLE_REMOTEデバイス仕様書100.pdf」に記載
    • Android端末用アプリをAPKファイル「ble_remote-release.apk」で提供しています
    • Android 6/10で実行確認しています。

2020/05/11の機能アップデートの内容

  1. RISC-V用TOPPERS BASE PLATFORMを統合
  2. GDICドライバ追加
    adafuit_st7789/sipeed_ov2640/sipeed_st7789/rom_file
  3. lwIP開発環境とEhternet及びWifi(ESP32)用ドライバを追加
  4. IWHI 1.54” LCDシールド(TEB002)用サンプルプログラムを追加
    OBJ/STM32F401NUCLEO_GCC/iwhishield

2019/03/04の機能アップデートの内容

  1. USB HOST BLUETOOTHクラス対応
  2. GDICドライバ追加
      3. stlcd_otm8009a/stts_ft07x07/studio_wm8994/ stlcd_st7789h2/ stlcd_rk043fn48h
      stts_ft5336/ flash_file/ aqm1284_st7565/ bleshield2.1
  3. 漢字表示可能なuiモジュールを追加
  4. WATCH DOCドライバを追加

その他

雑誌記事
Interface 2016年12月号

教育WGでは、TOPPERS BASE PLATFORMの拡張、GDICドライバの開発、IoTアプリの開発、ノウハウ共有のためのメンバーを募集しています。
教育WG：組込みプラットフォーム分科会に参加して頂く形となります。
TOPPERSプロジェクト会員ならば、どなたでも参加可能です。

開発スタッフ

TOPPERS BASE PLATFORMは、TOPPERSプロジェクト教育WGにて開発を行いました。

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