1. RaspberryPi 用拡張入出力ボード：PiRT-Unit
－ RTミドルウエア教育用途への適用 －
〇安藤慶昭(産総研)
関山守(産総研)
神徳徹雄(産総研)
深澤篤史(ウィン電子工業)
片見剛人(ウィン電子工業)

2. はじめに
• ソフト・ハード融合領域と教育
• RaspberryPiとPiRT-Unit
– RT-UnitとRTC-Lite
– PiRT-Unitの仕様・特徴
• ROBOMEC2013 RTM講習会での利用
• まとめ
2

3. ソフト・ハード融合領域と教育
3
ロボット工学、情報工学、メディア工学、先端計測工学、
高エネルギー物理学、先進製造分野、メディアアート、etc…
メディアアートにおけるRTミドルウエアの利用 ロボットにおけるRTMの利用 DAQシステムでのRTMの利用 先端計測分野でのRTMの利用
ソフトウェア技術 ハードウェア技術
様々な分野で、ハードとソフトの融合が進み
両方の技術を習得した人材が必要とされている！！

4. RTミドルウエア講習会
• これまでに約40回、
600名以上を対象に講
習会を開催
• ソフトとハードの技術を
短期間で習得すること
は難しい
• 理想：
– 一人1台のロボット
– すぐに試せる環境
– 十分な時間
4

5. RaspberryPi
• 低価格Linuxボード
– 約3,000円
• debianが動作
– ≠ uClinux, busybox
– セルフコンパイル可能
• リッチなスペック
– CPU: ARM11 700MHz
– メモリ: 512MB
– ストレージ: SDメモリ
• 多彩なIF,IO
– Ethernet,USB,Composite
Video, HDMI
– GPIO, SPI, I2C, UART
5
HDMI
LAN
USB
Video
PWR
Audi
o
5V power
5V power
Ground
GPIO 14 (TXD)
GPIO 15 (RXD)
GPIO 18 (PCM_CLK)
Ground
GPIO 23
GPIO 24
Ground
GPIO 25
GPIO 8 (CE0)
GPIO 7 (CE1)
3.3V power
GPIO 0 (I2C SDA)
GPIO 1 (I2C SCL)
GPIO 4 (GPCLK0)
Ground
GPIO 17
GPIO 21 (PCM_DOUT)
GPIO 22
3.3V power
GPIO 10 (MOSI)
GPIO 9 (MISO)
GPIO 11 (SCLK)
Ground
1 2
25 26
Raspberry Pi

6. RaspberryPi
• 低価格Linuxボード
– 約3,000円
• debianが動作
– ≠ uClinux, busybox
– セルフコンパイル可能
• リッチなスペック
– CPU: ARM11 700MHz
– メモリ: 512MB
– ストレージ: SDメモリ
• 多彩なIF,IO
– Ethernet,USB,Composite
Video, HDMI
– GPIO, SPI, I2C, UART
6
HDMI
LAN
USB
Video
PWR
Audi
o
5V power
5V power
Ground
GPIO 14 (TXD)
GPIO 15 (RXD)
GPIO 18 (PCM_CLK)
Ground
GPIO 23
GPIO 24
Ground
GPIO 25
GPIO 8 (CE0)
GPIO 7 (CE1)
3.3V power
GPIO 0 (I2C SDA)
GPIO 1 (I2C SCL)
GPIO 4 (GPCLK0)
Ground
GPIO 17
GPIO 21 (PCM_DOUT)
GPIO 22
3.3V power
GPIO 10 (MOSI)
GPIO 9 (MISO)
GPIO 11 (SCLK)
Ground
1 2
25 26
Raspberry Pi
RaspberryPiとRTミドルウエアを利用することで、
ソフトとハードの技術を効率よく習得するための
プラットフォームが実現できるのでは？

7. RTUnit(2003年～) /RTC-Lite（2005年～）
• ネットワーク型マイコン機器
– small/μRTUnitをRTMで統合
7
small RTUnit
μRTUnit
RTUnit 仕様
MPU Microchip PIC16F877A
ROM 8kwords
RAM 368 bytes
EEPROM 256 bytes
クロック max 20MHz
A/D 10bit ×8ch
DIO 24ch
シリアル 2ch
通信 LANTRONIX XPort
電源 DC 5V

8. モデルに基づくコード生成
8
コンポーネント仕様
MyComp
temp.sensor device
temp. sensor RTC
STATIC
PERIODIC
mode:TimedBool
temp: TimedDouble
name:
category:
description:
comp_type:
act_type:
InPorts:
OutPorts:
Template code generator
C++
backend
Java
backend
Python
backend
RTC-Lite
backend
RTC source
for C++
RTC source
for Java
RTC source
for Python
RTC-Lite source
for PIC C
RTC-Lite proxy
code
class MyComp
: public DataflowComponent {
public:
virutal onExecute(ec_id);
:
private:
TimedBool m_mode;
TimedDouble m_temp;
};
import RTC.DataFlowComponent;
public class MyCompImpl
extends DataFlowComponent
{
public ConsoleInImpl(mgr)
{
}
:
};
#/usr/bin/env python
import RTC
class MyComp(
DataFlowComponent):
def __init__(self, manager):
:
def onExecute(self, ec_id):
:
#include <16f877a.h>
#include "rtc_base.c“
int main (void)
{
rtc_connect_proxy();
rtc_mainloop();
return 0;
}
#/usr/bin/env python
import RTC
class Proxy(
DataFlowComponent):
def __init__(self, manager):
:
def onExecute(self, ec_id):
:
同一のRTC仕様からは
言語が異なっていても、
同じ（コンポーネントモデ
ルの）RTCが生成される

9. モデルに基づくコード生成
9
コンポーネント仕様
MyComp
temp.sensor device
temp. sensor RTC
STATIC
PERIODIC
mode:TimedBool
temp: TimedDouble
name:
category:
description:
comp_type:
act_type:
InPorts:
OutPorts:
Template code generator
C++
backend
Java
backend
Python
backend
RTC-Lite
backend
RTC source
for C++
RTC source
for Java
RTC source
for Python
RTC-Lite source
for PIC C
RTC-Lite proxy
code
class MyComp
: public DataflowComponent {
public:
virutal onExecute(ec_id);
:
private:
TimedBool m_mode;
TimedDouble m_temp;
};
import RTC.DataFlowComponent;
public class MyCompImpl
extends DataFlowComponent
{
public ConsoleInImpl(mgr)
{
}
:
};
#/usr/bin/env python
import RTC
class MyComp(
DataFlowComponent):
def __init__(self, manager):
:
def onExecute(self, ec_id):
:
#include <16f877a.h>
#include "rtc_base.c“
int main (void)
{
rtc_connect_proxy();
rtc_mainloop();
return 0;
}
#/usr/bin/env python
import RTC
class Proxy(
DataFlowComponent):
def __init__(self, manager):
:
def onExecute(self, ec_id):
:
同一のRTC仕様からは
言語が異なっていても、
同じ（コンポーネントモデ
ルの）RTCが生成される
Proxy Component
Small RT-Unit
I/O
RTC-Lite
PC
RTC-Lite protocol
フル規格RTCへフル規格RTCから

10. PiRT-Unit
PiRT-Unit諸元
ADコンバータ 10bit, 4ch, 200S/s
DAコンバータ 12bit, 2ch
PWM出力 1ch, RCサーボモータ用
RS232C D-SUB 9pinコネクタ
Xbeeとジャンパにて切り替え
XBee Xbeeモジュール接続コネクタ
電源入力 5V DC入力
RaspberryPiへ電源供給可能
RaspberryPiからの電源供給
でも動作（例：秋月のアダプタ）
10
PWR
AD0AD1AD2AD3
DA0 DA1
PWM
RS232C
DSUB 9pin
PiRT-Unit
XBee
GND
5V
In
GND
5V
In
GND
5V
In
GND
5V
In
3.3V
SCL
SDA
GND
I2C
シリアルポート
Zigbee
モジュール
DA 2ch
AD4chI2C
PWM
普通のLinuxから普通に触れる入出力ボード
・クロスコンパイル不要
・マシン語・アセンブリ言語不要
手軽にセンサ・アクチュエータ等を試せる環境

11. PiRT-Unit
特長
• Xbeeを利用可能
– 手軽に無線利用
• Phidgetセンサを利用可能
– 様々なセンサを手軽に利用
可能
• チュートリアルとセットアッ
プスクリプト
– 環境構築を支援するプログラ
ムを提供
– http://openrtm.org
11
AD
GND
5V
In
Phidgetセンサユニット PiRT-Unit
ADCコネクタ

12. RTM講習会での利用
ROBOMEC2013(5月22日)
NSNS
localhost(デフォルト)に登録 localhost(デフォルト)に登録
RTSystemEditorに両方の
ネームサーバを登録
それぞれにネームサーバを立てる
Raspberry Pi
+ Kobuki
RaspberryPi
+ PiRT-Unit
Ministick
Sensor
PC
MinistickとKobuki
を接続
vel
targetVelocity

13. RTM講習会での利用
ROBOMEC2013(5月22日)
• 課題
– Pythonによるプログラミング
– ひな型を提供
– IO読み込みから移動ロボット
の速度ベクトルへの変換コー
ドを実装
• 結果
– Pythonは初心者にも容易に
理解できる
– Linux上のCUIでの操作に難
あり
– 無線接続が不安定なため接
続トラブルが発生
13

14. まとめ
• ソフト・ハード融合領域と教育用プラットフォームとし
てのRaspberryPiとPiRT-Unit
– セルフコンパイル可能なLinux
– センサ等を容易に接続可能なIO拡張ボード
– Webチュートリアル・自動セットアップスクリプト
• ROBOMEC2013 RTM講習会での利用
– スクリプト言語の利用が有用
– Linux等CUIのレクチャーから必要：カリキュラムの改善
– RTミドルウエアによる拡張性、他のシステムとの接続
• PiRT-Unitを利用したチュートリアル作成を予定
– 大学の先生方のご意見をいただければ幸いです
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