フライトコントローラーを自作してみる。~その17~ F7マイコンを載せる。

自作フライトコントローラーにはSTM32F411というマイコンを搭載していました。これは普通に飛ぶには十分な性能ですが、RPMフィルター等という負荷の高い処理には計算周期を下げる必要があるのです。そこでもっと早いマイコンを試したかったのですが、恐らく昨今の半導体不足のせいで納期が未定だったり発注してもキャンセルされたりして入手できていなかったのです。

そこに救世主が現れました。

宮崎ドローンクラブにお邪魔して練習させていただいたとき、基板のパターンがはがれて使えなくなったフライトコントローラーを頂いてきたのです。
これにはSTM32F722RET6という、まさに欲しかったヤツが載っています。

という事で、この基板からマイコンだけ取外しHOIHOI-FCに載せてみました。
今回も色々発見があったので忘れない内にこのブログに書いておきます。

まず頂いた基板をヒートガンで温めてマイコンを外しました。

そしてHOIHOI-FC Rev2基板に搭載します。

組み立て後の一発目、安定化電源から5Vを供給して電流を測ると180mAも流れていました。 F411搭載基板では70mA程度なので、 これはどこかミスったと思いショートした箇所を探したのですが、それらしき所は見当たりません。

そこで恐る恐るUSBケーブルでPCとつないでみたところ、あっさりとDFUモードに入りファームを書き込む事が出来ました(F722用ファームは前にビルドしておいたのです)。
もしかするとOSDデバイスに大電流が流れているのかという事も考えたのですが、カメラとVTXを繋ぐとこちらも正常動作しています。
またESCと接続してモーターを回しても正常です。
暫く通電していると結構温まりますがF7だとこれくらい流れるのでしょうか?データーシートには最大300mA流れる様な事が書いてあるので今の所これで正常だろうと思っています。

という事で、とりえあずはあっさり動作したかと思ったのですが、そう簡単にはいきませんでした。

受信機からSBUS信号を入れても受け付けてくれないのです。

このFCでは下図の回路でUART6RX端子にSBUS信号を入れています。

SBUS信号は通常のUARTとは極性が逆なので間にXORを入れて反転し、将来通常のUARTデバイスを接続したくなった場合はJP3をショートさせる事で正極性に戻せる様にしているのです。
今回SBUS信号を何故か受付けず、色々試してもダメなので 反転回路を外部のブレッドボードに載せてUART2から入れてみたけど、これでもダメでした。

こりゃファームの設定が間違っているのかと見直してもそれらしい箇所が見当たりません。

で、色々試している内に突然動作したのです。
改めて回路を見直すと、誤って外部で反転させた信号をまたXORで反転させていました。
・・・という事は反転しなくても良かったの?
そこでXORのジャンパーJP3をショートさせると正常に動作する様になりました。またUART2に直接(反転なしで)入力しても動作します。

F4の時は反転必須だったのにF7だと不要になった・・・?
F7のデーターシートでUARTの機能を確かめると次の文言があります。

「Separate signal polarity control for transmission and reception」

極性を個別に設定できる?(って事は個別じゃなければ今までもできたんか?)
詳しい事は解りませんがマイコン自体に極性を反転する機能が付いたのでBetaflightがこの機能を使って上手くやってくれるみたいですね。
という事はF4の時みたいにSBUS信号は反転回路がついたUART端子に接続しなければならないという制約はなくなり、F7なら受信機をどのUART端子にでも接続できるのだと思います。これは便利になりましたね。
今回はXORの片方の入力をLに落として対処しましたが次からはXORの搭載自体を止めて直結しようと思います。

という事でF7で一通りの機能が動作したので息子が持っていた適当な機体に載せてみました。
飛ばしてみると上手く飛んでいる様です。

RPMフィルターでハマる。

次にせっかくのF7なのでRPMフィルターをオンにすると・・・
フリップした時に変な挙動をしました。何だか急に思った以上のレートで回転した様です(さっきから「様です」と言うのはこの辺りのテストパイロットは息子に任せているのです。自分じゃフリップとかできないので。)。
もう一度RPMフィルターOFFに戻すと正常。またONにすると異常。
明らかにRPMフィルターが絡んでいます。

なんか、波形的な問題か?
そこで写真の様な中継基板を作ってFCとESCの間に割り込ませ、オシロのプローブを当ててみます。

で、波形はこれ。。。

モーター2 のDSHOT600 双方向ONの波形

ちょっとオーバーシュートはあるけど鈍ったりはしてなさそうですけどねー。
気になって市販のFCを眺めると、STM32の出力とモーター信号の間に100Ωの抵抗が載っていました。たぶんオーバーシュートを抑えるダンピング抵抗ですかね。または双方向Dshotで万一信号がぶつかった時の保護?

市販FCはこうなっていました。HOIHOI-FCには抵抗はなく直結です。

これが無いとだめなのかな?そこで先程の中継基板に100Ωを割り込ませてみましたが・・・効果はありませんでした。

ここであと一つ心当たりが・・・RPMフィルターをONにして動作を確認したとき、BetaflightConfiguratorのモータータブを使ってモーターを回転させ、回転数が取れている事を確認しますが、この時モーター2だけエラーレートが0.6%前後となっていたのです。

赤線部分が回転数取得のエラーレート。

BetraflightのWikiによれば1%程度までに抑える様にと書かれています。0.6%なので良さそうにも思えますが、過去に幾つかの市販FCで試した時は0%しか見たことはなく、今回の動作異常と関係しているかどうかは分かりませんがちょっと気になります。

この原因、色々試した結果 ファームをビルドする際のコンフィグファイルtarget.hに以下の記述があるとダメでこれをコメントアウトするとエラーは消えました。

#define DSHOT_BITBANG_DEFAULT   DSHOT_BITBANG_OFF

この記述はCLIで設定を見たときの’DSHOT_BITBANG’に相当します。
‘DSHOT_BITBANG’ はON|OFF|AUTOのいずれかを選択する内、上記行が記述してある場合はOFF、上記行を削除するとAUTOになる様です。
そして回転数取得のエラーはOFFだと発生し、AUTOまたはONだと発生しませんでした。

この辺り、BetaflightWikiにはOFFにしろと書いてある様に見えるので(英語ですが、たぶんそういう意味だと思います。汗。)、試した現象とは逆なのです。
どなたか真相が分かりますか?(そもそも DSHOTでのBITBANGとは何を意味するのでしょう?)。

何はともあれ市販のFCを見てもAUTOになっているし、HOIHOI-FCもAUTOで様子を見る事にします。

そして回転数取得エラーが無い状態で飛行させると「変な挙動」は無くなりました。やっぱり回転数エラーと同じ原因だったみたいですね。
以上で当面の使用には問題はなくなりました。

でもあと一つ気になっている事があります。

HOIHOI-FCはモーター8個まで制御できる端子を設けており、いずれオクタコプター(モーター8個の機体です)を作るという野望があるのです。
ここでCLIモードでDUMPコマンドを使って設定を見るとDMA周りが次の様になっていてB09端子にDMAが割り付けられていません。

 dma pin B04 0
pin B04: DMA1 Stream 4 Channel 5
dma pin B05 0
pin B05: DMA1 Stream 5 Channel 5
dma pin B06 0
pin B06: DMA1 Stream 0 Channel 2
dma pin B07 0
pin B07: DMA1 Stream 3 Channel 2
dma pin B08 0
pin B08: DMA1 Stream 7 Channel 2
dma pin B09 NONE
dma pin A00 0
pin A00: DMA1 Stream 5 Channel 3
dma pin A01 0
pin A01: DMA1 Stream 6 Channel 3

なおDMAというのはDirectMemoryAccessの略で、CPUを介さずメモリーと周辺レジスタとの間でデーター転送を行う機能です。その間CPUは別の仕事ができるので負荷が下がるのですが、具体的にDSHOTの制御として何をしているのかは分かりません。
これでも全端子ESCに繋いで回せる事は確認済みなのですが・・・。
でも一つだけDMAを使えないというのは気持ち悪いですよね。 もしかするとこれもRPMフィルターで影響を受けるのかも。

で、B09端子というのはモーター6に割り付けています。これはファームのコンフィグファイルtarget.cの中で下記(ここではPB9と表現)の様に指定しています。
そしてこのモーター端子はタイマー4のCH4を使用しています。

 DEF_TIM(TIM3, CH1, PB4 ,  TIM_USE_MOTOR,  0, 0), // MOT1
DEF_TIM(TIM3, CH2, PB5 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT2
DEF_TIM(TIM4, CH1, PB6 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT3
DEF_TIM(TIM4, CH2, PB7 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT4
DEF_TIM(TIM4, CH3, PB8 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT5
DEF_TIM(TIM4, CH4, PB9 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT6
DEF_TIM(TIM2, CH1, PA0 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT7
DEF_TIM(TIM2, CH2, PA1 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT8

なぜこのモーター6だけがDMAが割り当てられないのか、この原因を探るため、STM32F72xxxリファレンスマニュアルを調べると下の表がありました。タイマー番号_チャンネル番号毎にDMAの割り当てが決まっている様です。
表の中で色を塗っている項目はHOIHOI-FCでモーターに使っているタイマー番号ですがモーター6に割り当てているTIM4_CH4は記載がありません(なので恐らくDMAが割り当てられない)。

次に基板を変更するときはこの辺りの端子割当ても考え直そうと思います。
また今の基板のままオクタコプターをやるなら他の端子を使う事も可能です。例えば現状UART2に割り当てているPA2,PA3だとTIM2_CH3,TIM2_CH4なので,どちらもDMAの割り当てがあります。UART端子は1本減りますが。

という事で・・・

まずはF7でも使えそうだという事が分かってきました。
次に基板を作るなら直したいところが色々と溜まってきましたが 、そもそもF7のマイコンがまだ普通に買えそうにないんですよね。

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