組込み機器や電子回路を在宅開発

技術職に限ると、かつて在宅のテレワークはごく一部のフリーランスの請負業者を除き、ほとんど行われてきませんでした。しかし大規模な感染症の世界的な流行をきっかけに、幅広い業界のあらゆる技術職で在宅勤務 (WFH)や在宅開発の必要性が広まりつつあります。これにより、これまでオフィスのラボで使っていた計測機器、テスト機器、デバッグツール、シミュレーションツール、開発ツールなどを在宅環境で使いたいというニーズが拡大しています。

このニーズの変化にベンダーも対応しつつあります。電子工学やITのエンジニアの在宅開発を支援すべく、携帯性に便利な小型の開発ボードや開発環境を提供し始めています。

ここでは、FPGAベースのシステム、テスト計測器、さらにソフトウェアにおける独自の専門知識を有している Digilent Inc, A National Instruments Company, の製品を見てみましょう。Digilent製ボードは、機能が豊富ですぐに使用できる開発プラットフォームです。世界中の開発者が Digilent社の携帯マルチ計測デバイスを使って、オシロスコープ、ロジック アナライザ、波形発生器などとして使用しています。さらに開発ボードや計測デバイスといったハード環境の提供にとどまらず、開発を円滑に進めることができる各種リファレンスガイド、チュートリアル、およびその他のリッチコンテンツを提供しています。

本格的な計測機能をPCで実現

Digilent製 Analog Discovery 2 (134-6480) は、ユーザーがあらゆる種類のデジアナ混在回路を測定、視覚化、生成、記録、および制御できる 携帯USB計測デバイスです。ポケットに収まるコンパクトなサイズながら、ラボ内の専用機に迫る強力な計測機能を備えています。さらに計測ソフトの「WaveForm」が無料で付属します。このソフト、Win・Mac OS・Linuxと様々なOSに対応しており、PC・タブレット・ラズパイなどと使用する事が出来ます。 (記事"Analzye the Measurement Data on Cloud using Raspberry Pi 4 and Analog Discovery 2"を参照).

この WaveFormsを起動すること、PCとUSB接続された「Analog Discovery 2」を、オシロスコープ、波形ジェネレータ、電源、電圧計、データ ロガー、ロジック アナライザ、パターン ジェネレータ、スタティック I/O、スペクトラムアナライザ、 ネットワークアナライザ、インピーダンス アナライザー、プロトコルアナライザーとして機能させることができます。

Analog Discovery 2 を使用した MEMS マイクのテスト

MEMSマイクは、新しいタイプの音響センサーです。MEMSマイクを搭載した機能を開発する場合、マイクが音声入力に対し、正しく検出することを確認することが重要です。

そこで Digilentが無料提供しているサンプルプロジェクトから、オシロスコープ、ロジック アナライザー、ジェネレーターのを使ってMEMSマイクをを行ってみましょう。テストプログラムは JavaScript で記述されています。Analog Discovery 2 は MEMS マイクから動的にオーディオデータをサンプリングし、WaveFormsソフト画面上のオシロスコープ機能でFFT波形を表示します。

これらサンプルプロジェクトの詳細とファイルは、 Digilent Wikiで入手できます。カスタム センサーのプロトタイプを作成している状況では、アナログ データ自体をスコープし、変換結果を実際の波形と比較することもできます。

FPGAを使ったマシンビジョン設計する場合

昨今、プロダクトデザイナー、回路開発者、研究者の間では、内部構成を可変にできる、field programmable gate array (FPGA) を使ったマシンビジョンの開発がホットな話題です。

ASICとは異なり、FPGA は内部ロジックをプログラムする事ができるほか、そのようなソリューションをライブラリとして提供することも可能です。この事で組込み開発を大きく時短できるメリットがあります。そのFPGA業界をリードするチップメーカーの Xilinx社は、マシンビジョン開発のための有用なライブラリやドキュメントを、ハード・ソフト、両開発者向けに提供しています。ちなみに、同社の提供する Xilinx’s Zynq は、プロセッサ (ARM Cortex A9) のソフトウェアプログラマビリティと FPGA のハードウェア プログラマビリティを統合し、比類のないレベルのシステム パフォーマンス、柔軟性、およびスケーラビリティを開発者に提供しています。多くのマシンビジョンで、 Xilinx Zynqが採用されています。

 Digilentの提供する「エンベデッド ビジョン バンドル」はXilinx Zynq 7020 ベースでマシンビジョンを開発できるキット品です。自社で マシンビジョン製品やアプリケーションを開発したい人、マシンビジョンの概念についてさらに学習したい人にとって、大変有意義なツールになっています。キットには、Digilent (164-3487) Zybo Z7-20 Zynq-7000 ARM/FPGA SoC 開発ボード、 (174-1555) 、Pcam 5C 5メガピクセル カラー カメラ モジュール、15ピン フラットフレキシブル ケーブル (FFC)と必要なものが一通り同梱されており、購入後すぐにマシンビジョン開発に取り掛かれます。当然Digilent社は、これらキットを使い始めるためのデモ プロジェクト を提供しています。このデモは、イメージ センサー (164-3487) からの映像を Zybo Z7ボードのHDMI ポートを介してディスプレイに表示させることができます。D-PHY レシーバー、CSI-2 デコーダー、ベイヤーから RGB へのコンバーター、ガンマ補正など、デモで使用されるすべての IP は無料でオープンソースです。

詳しくは前回の記事 をご覧ください。

「エンベデッド ビジョン バンドル」を使用したAI手書き数字の認識

Digilent は、エンベデッド ビジョン バンドル (175-2109) とその Pmod MTDS マルチタッチ ディスプレイ システムをユーザー インターフェイスとして使用し、認識プロセスの結果を表示する概念実証として、AIによる数字認識用のテキストデータを実装しています。

この低コストの FPGA ボードを使用した手書き数字認識機能の実装は、そのようなシステムで深層学習を使用して人工ニューラル ネットワークを実装することが可能であることを示しています。 MNIST テスト画像は 95.2% に達しました。

詳細は前回の投稿をご覧ください

在宅環境に組み込み開発用の計測システムを構築

Digilent Eclypse Z7 (195-3771) , Zmod ADC 1410 (195-3772) 、および Zmod DAC 1411 (195-3773) を使用すると、エンジニアは、世界中に関連する信号の取得、処理、および測定専用の組み込み測定システムを作成できます。

それらは、産業用および科学的監視および制御などの多様なアプリケーションに適用され、人工知能および機械学習技術を組み込んだ「エッジ」でのネットワーク化されたシステムの一部になることが増えています。

Eclypse のソフトウェア フレームワークは、FPGA IP と、簡単な API をユーザーに公開する共通のハードウェア抽象化レイヤーを提供します - プリンターのソフトウェア ドライバーがどのように機能するかを考えてみてください。これにより、ハードウェア言語に精通していないエンジニアが効率的にそれらをソフトウェア言語でナビゲートし、最終的に FPGA の驚異的なパワーと柔軟性を活用することができます

マルチメディアAIシステムの開発も在宅で

Xilinx’s Ultrascale+ MPSoC デバイスは、64 ビット プロセッサの演算能力により、無線通信・次世代 ADAS、産業用IoTといったアプリケーション開発において、リアルタイム制御、グラフィック、ビデオ、波形、およびパケット処理に必要なソフト・ハードを搭載しています。

また DigilentのGenesys ZU-3EG (200-3904) は、ペリフェラルとアドオン モジュールの幅広いハードウェア エコシステムが搭載された強力な Zynq UltraScale+ MPSoC 開発ボードです. Genesys ZU は、最適化された仕様、強力なマルチメディア、インターフェイスとのネットワーク接続、ドキュメント ライブラリを備えて設計されていますAI、研究、クラウド コンピューティング、組み込みビジョン アプリケーションをすぐに使い始めることができます。

これらの製品群により在宅勤務はもはや開発業務の遅延の理由にはならなくなりつつあります。Digilentの開発ボードや携帯計測ツールがあれば、会社以外のどんな場所であっても、海や山やコンセントのない場所であっても、研究・開発を行うことができるようになります。

ご興味ある方は、RS ONLINE Web サイトでDigilent 製品をご購入いただけます。