ST社 MEMSセンサー評価環境構築ガイド② 評価環境の構築手順解説

評価ボード

STM32H563が搭載されたマザー・ボードSTEVAL-MKI109Dに、各センサー製品が搭載されたアダプタ・ボードを組み付けて使用します。
アダプタ・ボードの基板形状はいずれも同じで、マザー・ボードのDIL24ソケットに着脱可能です。
本記事では、加速度センサーとジャイロセンサーがワンパッケージとなっているLSM6DSV320Xが搭載されたSTEVAL-MKI251Aをアダプタ・ボードとして使用します。

マザー・ボードのDIL24ソケットにアダプタ・ボードを装着した状態

評価用ソフトウェア

ST社が公開している無償ソフトウェアMEMS Studioを使用します。
MEMS Studioでは、アダプタ・ボード上のMEMSセンサーのレジスタ設定のほか、測定データを読み出してグラフ描画したり、ログとして保存したりとMEMSセンサーの評価に必要なさまざまな機能を使用できます。
また、Finite State Machine (FSM)やMachine Learning Core (MLC)といったエッジ処理に向けて、アルゴリズムの生成といった特徴的な付加機能も実装されています。

MEMS Studio　動作イメージ

また、評価ボードに関連するさまざまなトラブルシューティングにも役立つSTM32CubeProgrammerも紹介します。
STM32CubeProgrammerは、ST社のマイコン製品であるSTM32シリーズに対して、内蔵フラッシュの書き換えなどが可能なツールです。
本記事では実施しませんが、近年注目が高まるセキュリティに配慮した書き込みモードなども用意されています。

STM32CubeProgrammer　動作イメージ

評価用ソフトウェア（MEMS Studio、STM32CubeProgrammer）のダウンロード、インストール

① MEMS Studio

以下のST社の製品ページからダウンロードが可能です。

• 【ST社MEMSセンサー向け評価ソフトウェア MEMS Studio】

Webページの「ソフトウェア入手」欄では、Windows、Mac、Linuxの3種類のOSから選択できるようになっています。
本記事ではWindows向けのソフトウェアをダウンロードします。

「最新バージョンを取得」ボタンをクリックすると、ライセンス契約の画面がポップアップします。

内容を確認し問題なければ、「承諾します」をクリックします。
すると、ST社のアカウントへのログインを要求するポップアップが表示されます。
MEMS Studioの使用には、MySTアカウントが必要になりますので、お持ちでない方は、ここで作成いただくことをおすすめします。

ログイン後は、いったんポップアップが閉じる場合があります。
この場合は、「ソフトウェア入手」欄の「最新バージョンをダウンロード」ボタンを再度クリックすれば、ブラウザでダウンロードが始まります。
Windows向けの場合、「MEMS-Studio-Win.zip」というファイルがダウンロードされます。
ダウンロードしたzipファイルを展開し、格納されているファイル「mems-studio-2.2.0.exe」を実行、ソフトウェアをインストールします。

② STM32CubeProgrammer

続いて、STM32CubeProgrammerをダウンロードします。
以下のURLから、MEMS Studioと同様の手順でダウンロードが可能です。

• 【ST社 STM32マイコン向けプログラミング・ツール STM32CubeProgrammer】

STM32CubeProgrammerでは、Windows向けに32bit版と64bit版が用意されています。
ほかに、Mac、Linux、Mac(Arm)向けの準備もあります。

Windows 64bit版向けの場合、「stm32cubeprg-win64-v2-21-0.zip」というファイルがダウンロードされます。

※ファイル名の“v2-21-0”の部分はダウンロードバージョンによって表記が異なる場合があります。
ダウンロードしたzipファイルを展開すると、「SetupSTM32CubeProgrammer_win64.exe」が格納されていますので、実行し、ソフトウェアをインストールします。

トラブルシューティング①　Windowsが認識しない

まずはWindowsのデバイスマネージャーを起動します。
「ポート(COMとLPT)」欄に、評価ボードを接続したときに「USBシリアルデバイス」が追加されるか、確認します。

「USBシリアルデバイス」が追加されない場合、USBドライバのインストールが上手くいっていない可能性が考えられます。
STM32CubeProgrammerのインストールフォルダに、ドライバのインストーラが格納されています。
以下のディレクトリに格納されている「dpinst_amd64.exe」を実行してください。
＜C:\Program Files\STMicroelectronics\STM32Cube\STM32CubeProgrammer\Drivers\stsw-link009_v3＞

完了しましたら、再度MEMS Studioの動作を確認してみてください。
評価ボードのファームウェアをアップデートするようにポップアップが出た場合は、以下のトラブルシューティング②にしたがって、マザー・ボード上のマイコンに書き込まれているファームウェアをアップデートします。

トラブルシューティング②　評価ボードのファームウェアアップデート

ウィンドウ左側のメニューから「Firmware Programming」をクリックします。

「File name:」欄の右側にある「Firmware Directory」ボタンをクリックします。
すると、MEMS Studioのインストールフォルダ内にある、マザー・ボード用のファームウェアが格納されているフォルダが表示されます。

今回は、マザー・ボードとしてSTEVAL-MKI109Dを使用していますので、該当する名前のフォルダへ移動します。
フォルダ内部には、バイナリファイル「ProfiH5_MKI109D_V1.5.3.bin」が格納されていますので、選択して「開く」ボタンをクリックすると「File name:」欄に、選択したバイナリファイルのパスが入力されます。

続いて、マザー・ボードとの接続方法を選択します。
「Interface:」欄のプルダウンから、「DFU」を選択します。
「DFU」はDevice Firmware Updateの頭文字を取ったもので、ここではUSBを介して、マイコンのファームウェアを書き換える方法となります。

次に、マザー・ボードの動作モードをDFUモードに変更します。
マザー・ボードには3つのボタンが実装されています。
以下の画像にあるマザー・ボードの左上側の角に集まっています。
DFUモードへの移行には、BT2（BOOT）とBT3（RESET）を使用します。

PCとマザー・ボードをUSBケーブルで接続した状態で、以下の手順を実行します。
①BT2を押し続ける
②BT3を押して、離す
③BT2を離す

すると、緑色LED（D6）が消灯します。
同時に、MEMS Studioの「Device:」欄に、検出結果が表示されます。

左：検出前の状態　右：検出後の状態

マザー・ボードが検出されたら、「Program」ボタンをクリックすると、ファームウェアのアップデートが実行されます。
このとき、先ほど連携したSTM32CubeProgrammerが動作しています。

ポップアップしたプログラミングウィンドウの左下に「Success」が表示されたら、「Close」ボタンをクリックします。
その後、マザー・ボードのBT3を押すと、通常動作モードで再起動します。

トラブルシューティング③　評価ボードが動かなくなってしまった

トラブルシューティング②で紹介したファームウェア・アップデートで何らかの問題が生じ、通常動作モードで動いているはずなのに、マザー・ボードの緑色LED（D6）が消灯したまま、MEMS Studioの「Connect」でCOMポートが認識できない、等の現象が発生する場合があります。
再度、MEMS Studioでファームウェアのアップデートを行うことで改善することもありますが、それでも改善しない場合は、以下の方法を試してみてください。

実施する内容は、マザー・ボード上のマイコンに書き込まれているファームウェアの消去と、再書き込みです。

まず、STM32CubeProgrammerを起動します。
ここでは、MEMS Studioと連携させたCLI版ではなく、インストールされたものを使用します。

STM32CubeProgrammerが起動したら、ウィンドウ右上の水色のプルダウンから「USB」を選択します。

続いて、マザー・ボードをDFUモードに変更します。
手順を再度、紹介します。

DFUモードへの移行には、BT2（BOOT）とBT3（RESET）を使用します。

PCとマザー・ボードをUSBケーブルで接続した状態で、以下の手順を実行します。
①BT2を押し続ける
②BT3を押して、離す
③BT2を離す

STM32CubeProgrammerに戻り、「Port」の右にある更新ボタンをクリックすると、DFUモードに遷移したマザー・ボードが検出されます。

左：検出前の状態　右：検出後の状態

マザー・ボードが検出されたら、黄緑の「Connect」ボタンをクリックします。
すると、マザー・ボード上のマイコンに書き込まれているファームウェアが読み出され、ウィンドウ中央のエリアに表示されます。

ファームウェアの消去作業を行います。
STM32CubeProgrammerのウィンドウ左側のメニューから「Erasing & Programming」に移動します。

ウィンドウ中央の「Erase flash memory」にある「Full chip erase」ボタンをクリックします。

消去してもよいか確認するポップアップがありますので「OK」をクリックします。

消去が成功すると、ポップアップがありますので「OK」をクリックします。

ウィンドウ左側のメニューから「Memory ＆ File editing」に戻ると、マイコンに書き込まれていたファームウェアが消去され、データがすべて0xFFになっていることが分かります。

続いて、ファームウェアの再書き込みを行います。
ウィンドウ左側のメニューから「Erasing & Programming」に戻ります。
ウィンドウ中央左寄りにある「Browse」から、書き込むファームウェアを選択します。

ここで、STEVAL-MKI109D向けのファームウェアバイナリ「ProfiH5_MKI109D_V1.5.3.bin」を選択します。
MEMS Studioの標準的なインストールの場合は、以下のディレクトリに保管されています。
＜C:\Users\ユーザー名\AppData\Local\STMicroelectronics\MEMS Studio\firmware\mems-studio\steval-mki109d＞
これは、トラブルシューティング②で選択したバイナリファイルと同じです。

「Start address」に「0x08000000」を入力します。
「Verify programming」にチェックを入れ、「Start Programming」ボタンをクリックします。

書き込みが成功すると、「File download complete」と「Download verified successfully」が続けてポップアップします。

ウィンドウ左側のメニューから「Memory ＆ File editing」に戻り、「Read」ボタンをクリックすると、書き込まれたファームウェアがマイコンから読み出されます。

ファームウェアの書き込みが完了したことを確認したら、ウィンドウ右側の黄緑の「Disconnect」ボタンをクリックし、STM32CubeProgrammerとマザー・ボードの接続を切断します。

マザー・ボードのBT3（RESET）ボタンを押してリセットを行い、通常動作モードで動作させます。
再度、MEMS Studioに戻り、マザー・ボードが検出されているか、確認します。