Atmel SAM D21 を使ってみる（1）

秋月で売っているAtmelのARMマイコンATSAMD21G18AをWindows環境で使いたいと思います。

Atmel SAM D21 とは？

Atmelから発売されてるARM Cortex-M0+マイコン，ATSAMD21G18Aは，Arduino Zero，M0，M0+にも搭載されており，TQFP48ピンのものが秋月で530円で入手できます。

Specの比較

Atmel	ATSAMD21G18A	ATMEGA1284P	ATMEGA328P
Package・ピン	TQFP48	DIP40・TQFP48	DIP28・TQFP32(0.8)
CPU	32bit ARM Cortex-M0+	8bit AVR	8bit AVR
Maximum Clock	48MHz	20MHz	20MHz
Voltage	1.62～3.63V	1.8～5.5V	1.8～5.5V
Flash	256KB	128KB	32KB
SRAM	32KB	16KB	2KB
SPI・I2C・UART	あわせて×6	×1・×1・×2	それぞれ×1
USB	×1	なし	なし
PWM	×20	×6	×6
ADC	×14	×8	×6(DIP)・×8(TQFP)
Price	¥530	¥750(DIP)・¥780(TQFP)	¥250(DIP)・¥280(TQFP)

開発環境

今回はWindows上でAtmel SAMの開発環境を整えていきたいと思います。

プログラムの書き込みについて

ATSAMD21のチップは，SWD/JTAGでのプログラミング・デバッグに対応しています。工場出荷状態はブートローダは書き込まれていないため，ArduinoのようにUART・USB経由のプログラムの書き込みはできません。

本来はAtmel純正のデバッガAtmel-ICEを使うべきですが，¥7,000前後するので敷居が高いです。幸運にも，ATSAMD21はARMマイコンであるので，Atmel純正でなくても汎用のデバッガがあれば事足ります。今回はLPC11U35をCMSIS-DAPアダプタ化したもの（お値段¥850）を使います。

LPC11U35 マイコンボードキットをCMSIS-DAPアダプタ化する

akizukidenshi.com

秋月で発売されているこのボードは，三端子レギュレータやUSBコネクタが実装済みなのですぐにCMSIS-DAPアダプタとして使うことができます。

http://toragi.cqpub.co.jp/tabid/707/Default.aspxtoragi.cqpub.co.jp

上のリンクの中段に『●トラ技ARMライタのファーム・ウェア』という項目があるので，そこからダウンロードしたファームウェアを11U35ボードに書き込んでください。

デバッガ（11U35ボード）とターゲット（ATSAMD21G18A）の接続は以下に倣ってください。

Debugger（11U35 Board）	Target（ATSAMD21G18A）
+3.3V（29Pin）	VDD
GND（1Pin・30Pin）	GND
PIO0_7（3Pin）	SWCLK（45Pin）
PIO0_8（4Pin）	SWDIO（46Pin）
PIO0_2（23Pin）	Reset（40Pin）

ファームウェアを書き込めたら，11U35 BoardのResetボタンを押すとHID入力デバイスとしてPCに認識されます。HIDデバイスなのでドライバのインストールが不要です。

必要なソフトのインストール

Atmel Studio 7

インストール方法については省略します。インストールの際，下のような画面が出ると思います。この時，SMART ARM MPUにチェックを入れて居ない場合，次の作業が必要になります。

メニュー > Tools > Device Pack Managerを選ぶと，下のようなウィンドウが出てくると思います。ATSAMD21G18Aを使うためには，最低限，CMSISとSAMD21_DFPはインストールしておく必要があります。

OpenOCD

Atmel純正のデバッガ以外はAtmel Studioで用いる事ができないので，プログラムの書き込みのためにOpenOCDをインストールします。

OpenOCDは，ソースコードを自分でビルド・コンパイルするのが一般的ですが，Windows環境下ではそれが容易ではないので，ビルド済みのものを拝借するのが簡単だと思います。

以下のサイトからインストーラをダウンロードしてインストールしてください。

gnu-mcu-eclipse.github.io

ATSAMD21 の配線

電源周りの配線は，データシートのP.1017にしたがいましょう。ピンの配置はP.25にあります。
https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Dev/Arduino/Boards/Atmel-42181-SAM-D21_Datasheet.pdf cdn.sparkfun.com

Debuggerとの接続は先に示したとおりです。

プロジェクトの作成とコンパイル・プログラムの書き込み

プロジェクトの作成

Atmel Studioでプロジェクトを作成する際の注意点は，Deviceの選択をミスるなって事くらいです。

コンパイル

F7キーを押せばBuild Allされます。

プログラムの書き込み

OpenOCDで以下のコマンドを†コマンドプロンプト†で実行すれば，プログラムを書き込めます。

> cd "C:\Program Files\GNU MCU Eclipse\OpenOCD\0.10.0-3-20170826-1813-dev\scripts"
> "..\bin\openocd.exe" -f "interface\cmsis-dap.cfg" -f "target\at91samdXX.cfg" -c "program ファイル名.bin verify reset; shutdown"

しかし，書き込みのたびに†コマンドプロンプト†を立ち上げていてはストレスがすぐ限界値に達してしまうため，.bat ファイルを作成してAtmel Studioに登録します。

以下の内容のProgram-ATSAMD.batを適当なフォルダ（ドキュメント\Atmel Studio\7.0あたりが良いだろう）に作成してください。なお，OpenOCDのバージョンによってパス名が変わってくるので適宜変更してください。

"C:\Program Files\GNU MCU Eclipse\OpenOCD\0.10.0-3-20170826-1813-dev\bin\openocd.exe" -f "C:\Program Files\GNU MCU Eclipse\OpenOCD\0.10.0-3-20170826-1813-dev\scripts\interface\cmsis-dap.cfg" -f "C:\Program Files\GNU MCU Eclipse\OpenOCD\0.10.0-3-20170826-1813-dev\scripts\target\at91samdXX.cfg" -c "program %1 verify reset; shutdown"

次に，Atmel Studioを開いてメニュー > Tools > External Tools...を開いて，以下のように設定しましょう。

Title …… Program ATSAMDとでもしておきましょう。
Command …… 右端の...をクリックして，先ほど作成したProgram-ATSAMD.batを選びます。
Arguments …… $(TargetName).bin
Initial directory …… $(TargetDir)

これで，以後プログラムを書き込みたい時はメニュー > Tools > Program ATSAMDをクリックするだけでできます。