VisionFive2 の I2C 経由で水位センサに接続できたので、値を取得してみます。i2c-tools の時もそうでしたが VisionFive2 上で Linux が動いているおかげで Raspberry Pi など Linux で動いている SBC とやることは同じなので既存のノウハウが流用できて助かります。

値の取得

センサの使い方は製造元のドキュメントを参照します。また、I2C との通信は”LinuxのC言語でI2Cデバイスと通信する“を参考にしています。VisionFive2 が Arduino IDE に対応していれば、製造元のドキュメントに書いてあるサンプルがほぼそのまま使えるかもしれないですが Arduino IDE への対応状況は未調査です。

最終的にできたプログラムは以下の通りです:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <stdint.h>

#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>


unsigned char low_data[8] = {0};
unsigned char high_data[12] = {0};

#define THRESHOLD      100

//i2c address
#define I2C_DEVICE         "/dev/i2c-0"
#define ATTINY1_HIGH_ADDR  0x78
#define ATTINY2_LOW_ADDR   0x77


int8_t i2c_read(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t* data, uint16_t length) {
  int32_t fd = open(I2C_DEVICE, O_RDWR);
  if (fd == -1) {
    fprintf(stderr, "i2c_read: failed to open: %s\n", strerror(errno));
    return -1;
  }

  struct i2c_msg messages[] = {
      { dev_addr, 0, 1, &reg_addr },
      { dev_addr, I2C_M_RD, length, data },
  };
  struct i2c_rdwr_ioctl_data ioctl_data = { messages, 2 };

  if (ioctl(fd, I2C_RDWR, &ioctl_data) != 2) {
    fprintf(stderr, "i2c_read: failed to ioctl: %s\n", strerror(errno));
    close(fd);
    return -1;
  }

  close(fd);
  return 0;
}

void getHigh12SectionValue(void)
{
  memset(high_data, 0, sizeof(high_data));
  i2c_read(ATTINY1_HIGH_ADDR, 0, high_data, 12);
}

void getLow8SectionValue(void)
{
  memset(low_data, 0, sizeof(low_data));
  i2c_read(ATTINY2_LOW_ADDR, 0, low_data, 8);
}

int sense() {
  uint32_t touch_val = 0;
  uint8_t trig_section = 0;

  getHigh12SectionValue();
  getLow8SectionValue();

  printf("low_data :");
  for (int i = 0 ; i < 8; i++) {
    printf("%d ", low_data[i]);
    if (low_data[i] > THRESHOLD) {
      touch_val |= 1 << i;
    }
  }
  printf("\n");

  printf("high_data :");
  for (int i = 0 ; i < 12; i++) {
    printf("%d ", high_data[i]);
    if (high_data[i] > THRESHOLD) {
      touch_val |= (uint32_t)1 << (8 + i);
    }
  }

  printf("\n");

  printf("touch value= %x\n", touch_val);

  while (touch_val & 0x01) {
    trig_section++;
    touch_val >>= 1;
  }

  printf("water level = %d\n", trig_section * 5);
}

int main() {
  while(1) {
    sense();
    sleep(1);
  }

  return 0;
}

途中で気づいたんですが、Linux の機能を使うくらいなら Python からアクセスする方が楽かもしれないです。その場合、製造元が用意している grove.py にちょっと手を加えると使えそうな雰囲気でしたし、smbus2 モジュールを使用しても良いかもしれません。

動作確認

動作確認は、コップに入れた水の中でセンサを上下に動かしておこないます。

作成したプログラムをコンパイルして実行します。

chiyama@starfive:~$ make WaterLevel
chiyama@starfive:~$ sudo ./WaterLevel
sudo: unable to resolve host starfive: Name or service not known
low_data :249 249 249 249 250 249 249 249
high_data :248 248 248 248 246 0 0 0 0 0 0 0
touch value= 1fff
water level = 65
low_data :249 249 249 249 249 249 249 249
high_data :248 248 248 248 247 0 0 0 0 0 0 0
touch value= 1fff
water level = 65
low_data :249 249 249 249 249 249 249 249
high_data :248 248 248 248 240 0 0 0 0 0 0 0
touch value= 1fff
water level = 65
low_data :249 249 249 249 180 150 90 31
high_data :248 247 247 187 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= f3f
water level = 30
low_data :249 249 2 255 0 0 0 0
high_data :0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= b
water level = 10
low_data :249 249 0 0 0 0 0 0
high_data :0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= 3
water level = 10
low_data :249 249 249 249 249 249 249 249
high_data :0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= ff
water level = 40
low_data :249 249 249 249 249 249 249 250
high_data :248 248 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= 3ff
water level = 50
low_data :249 249 249 249 249 249 249 249
high_data :248 248 248 248 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= fff
water level = 60
low_data :249 249 249 249 215 204 255 249
high_data :245 251 251 0 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= 7ff
water level = 55
low_data :225 0 0 0 0 0 0 0
high_data :0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= 1
water level = 5
low_data :249 0 0 0 0 0 0 0
high_data :0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= 1
water level = 5
low_data :249 249 249 249 249 249 249 249
high_data :248 248 248 247 0 0 0 0 0 0 0 0
touch value= fff
water level = 60
^C
chiyama@starfive:~$

センサを上下すると water level の値が変化しています。出ている値もセンサ上の水位と合致しているようです。

StarFive VisionFive2 着弾からの続きです。公式から配布されている Image-69 を使うためには SPL と U-Boot を更新しなければいけないので、そのために VisionFive2 SDK から取得できる sdcard.img を使って Linux を立ち上げるところまでできました。

SPL と U-Boot の更新

sdcard.img がビルドできているなら、同じ場所に u-boot-spl.bin.normal.out と visionfive2_fw_payload.img ができているので、VisionFive2 に転送します。

※ここでネットワークが繋がっている必要があるので手持ちの USB Wifi ドングルを繋げてみたところ、そのままではネットワークインターフェースとして認識してくれませんでした。調べるのがめんどくさいので私は有線接続してしまいましたが、USB Wifi をサクッと動かしたい人はボードと一緒に公式から購入してしまうのが良いかもしれないです。

sdcard.img で立ち上げた環境では root での ssh 接続が許可されているので、scp を使用して転送できます。

chiyama@riscv:~/VisionFive2/VisionFive2/work$ scp u-boot-spl.bin.normal.out root@192.168.0.111:.
root@192.168.0.111's password:
u-boot-spl.bin.normal.out 100% 125KB 915.4KB/s 00:00
chiyama@riscv:~/VisionFive2/VisionFive2/work$ scp visionfive2_fw_payload.img root@192.168.0.111:.
root@192.168.0.111's password:
visionfive2_fw_payload.img 100% 2728KB 4.8MB/s 00:00
chiyama@riscv:~/VisionFive2/VisionFive2/work$

続いて Updating SPL and U-Boot の手順通りに SPL と U-Boot を更新します。

root@starfive:~# flashcp -v u-boot-spl.bin.normal.out /dev/mtd0
root@starfive:~# flashcp -v visionfive2_fw_payload.img  /dev/mtd1

X の起動

再起動して無事に立ち上がることが確認できたら SD カードに Image-69 を焼いてそれで立ち上げます。。。が、シリアル上では OS が立ち上がっているのに HDMI 側に X が表示されない。何でかー???と思たら、キーボードやマウスが繋がっていないと X が立ち上がらないようです。これ以外にも X 周りはまだ不安定なようで、突然死んだり色々起こるようです。

動作確認

gcc と make を入れてプログラムをコンパイルしてみます。

root@starfive:~# apt install gcc
root@starfive:~# gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/riscv64-linux-gnu/11/lto-wrapper
Target: riscv64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Debian 11.3.0-3' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-11/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,go,d,fortran,objc,obj-c++,m2 --prefix=/usr --with-gcc-major-version-only --program-suffix=-11 --program-prefix=riscv64-linux-gnu- --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-libitm --disable-libquadmath --disable-libquadmath-support --enable-plugin --enable-default-pie --with-system-zlib --enable-libphobos-checking=release --with-target-system-zlib=auto --enable-objc-gc=auto --enable-multiarch --disable-werror --disable-multilib --with-arch=rv64gc --with-abi=lp64d --enable-checking=release --build=riscv64-linux-gnu --host=riscv64-linux-gnu --target=riscv64-linux-gnu --with-build-config=bootstrap-lto-lean --enable-link-serialization=2
Thread model: posix
Supported LTO compression algorithms: zlib zstd
gcc version 11.3.0 (Debian 11.3.0-3)
root@starfive:~# apt install make
root@starfive:~# cat hello.c
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv) {
  printf("Hello, StarFive2!!\n");

  return 0;
}

root@starfive:~# make hello
cc     hello.c   -o hello
root@starfive:~# ./hello
Hello, StarFive2!!
root@starfive:~#

いい感じですねっ!!これで RISC-V を手軽に試すことのできる環境が整いました。これまでは”作って学ぶコンピュータアーキテクチャ“を読むときにはシミュレータを使ってきたのですが、動作がかなり重いので実機があるのはとても嬉しいです。

処理能力について

普段、Raspberry Pi4 を使う時には GUI を使わないのであまり正確な比較はできないものの、X の立ち上がり時間なんかは RPi4 に比べて結構かかるかな?という気がします。コンソールで処理したり、hello をコンパイル・実行するくらいなら当然ですが全くストレスは感じないです。このあたりはベンチマークも取ってみたいですね。

StarFive が夏に Kickstarter でクラウドファンディングしていた VisionFile2 が年末に突然届きました。

RISC-V は組み込み用途としては既にかなりの実績があるものの、計算能力を高めることを目指したものはあまりなく、物足りなさを感じていたところでした。

そこに現れたのが StarFive JH7110 を搭載した VisionFive2 です。Quad core 1.5GHz の CPU で GPU も搭載していて、Raspberry pi4 よりもちょっと落ちるもののそれに匹敵する性能と GPIO や I2C といった各種インターフェース、DDR4, PCIe, M.2 NVMe SSD 対応と色々遊べそうな構成になっています。また、Linux が動いて手軽に実環境でプログラムを実行することができるのも嬉しいです。

内容物

届いた中身はとてもシンプルです。外箱とプラスチックケースに収められた VisionFive2 が入っているだけです。ドキュメント類は外箱の裏に書かれた URL からアクセスします。

資料

資料は外箱裏に載っている

• RVspace の VisionFive2 のページ
• GitHub の starfive-tech/VisionFive2

の二か所を参照します。メーカーが提供しているイメージのダウンロード URL は Getting Started の Flasing with Linux or Windows のページにあるのが最初ちょっと不安感を煽ります。笑。確かに、必要な資料を読み進めると必要な時に出てくるので良いのですが。

あと、2022年12 月末時点では VisionFive2 を動かすにはいくつかハマり所があり、それを @osakanataro2 さんが懇切丁寧に整理されているので、この記事も参考にします。

StarFive Vision Five 2の2022年12月出荷分を使うには面倒くさい手順が必要

ちなみに、最近の中国製のこういうプロダクトは”翻訳すれば読めるでしょ?”という感じで中国語で書かれていることが結構あり、実際に翻訳されたものを読むだけで十分なので突然中国語が出てきても Google 様の力で翻訳してもらって読み進めます。VisionFive2 はかなりの部分が英語で書かれていますが、フォーラムなんかは中国語が多いですね。

作業

基本は前述の @osakanataro2 さんの記事に全て書いてあります。ただ、sdcard.img の作り方だけはサラッと流されていたので、補足しておきます。→元記事では releases にあるものを使う想定だったようです。たしかにこちらを使えばわざわざビルドする必要無いです。

sdcard.img を作るのは starfive-tech/VisionFive2 に書いてる手順に沿って行えば良いです。ただ、私の環境では開発者用環境のチェックアウトまで行わないとビルドが通らなかったので、その作業も行いました。

$ cd buildroot && git checkout --track origin/JH7110_VisionFive2_devel && cd ..
$ cd u-boot && git checkout --track origin/JH7110_VisionFive2_devel && cd ..
$ cd linux && git checkout --track origin/JH7110_VisionFive2_devel && cd ..
$ cd opensbi && git checkout master && cd ..
$ cd soft_3rdpart && git checkout JH7110_VisionFive2_devel && cd ..

ビルドの際、リポジトリには pre-build.sh, build.sh, post-build.sh があってこれを叩けばいいのではないかと思ってしまうのですが、ここはドキュメント通り make を実行するだけで 良いようです。ビルドは結構時間がかかり、私はビルドをしていたら年が明けてしまいました。

ビルドができたら Additional command to config buildroot, uboot, linux, busybox の項目を実行し、最後に genimage.sh を実行すると work/sdcard.img が作られます。このあたりの手順は刻々と状況が変わっていくと思うので、その時々試行錯誤することになるかと思います。

sdcard.img ができたら SDカードにイメージを焼いて VisionFive2 を起動すると Linux が立ち上がります。

U-Boot SPL 2021.10 (Oct 31 2022 - 12:11:37 +0800)
DDR version: dc2e84f0.
Trying to boot from SPI

OpenSBI v1.0
   ____                    _____ ____ _____
  / __ \                  / ____|  _ \_   _|
 | |  | |_ __   ___ _ __ | (___ | |_) || |
 | |  | | '_ \ / _ \ '_ \ \___ \|  _ < | |
 | |__| | |_) |  __/ | | |____) | |_) || |_
  \____/| .__/ \___|_| |_|_____/|____/_____|
        | |
        |_|

Platform Name             : StarFive VisionFive V2
Platform Features         : medeleg
Platform HART Count       : 5
Platform IPI Device       : aclint-mswi
Platform Timer Device     : aclint-mtimer @ 4000000Hz
Platform Console Device   : uart8250
Platform HSM Device       : ---
Platform Reboot Device    : ---
Platform Shutdown Device  : ---
Firmware Base             : 0x40000000
Firmware Size             : 360 KB
Runtime SBI Version       : 0.3

(中略)

Starting NFS statd: OK
Starting NFS services: OK
Starting NFS daemon: rpc.nfsd: Unable to access /proc/fs/nfsd errno 2 (No such file or directory).
Please try, as root, 'mount -t nfsd nfsd /proc/fs/nfsd' and then restart rpc.nfsd to correct the problem
FAIL
Starting NFS mountd: rpc.mountd: svc_tli_create: could not open connection for udp6
rpc.mountd: svc_tli_create: could not open connection for tcp6
rpc.mountd: svc_tli_create: could not open connection for udp6
rpc.mountd: svc_tli_create: could not open connection for tcp6
rpc.mountd: svc_tli_create: could not open connection for udp6
rpc.mountd: svc_tli_create: could not open connection for tcp6
OK
Starting isp_ctrl_daemon.sh: OK
Starting DHCP server: FAIL

Welcome to Buildroot
buildroot login: [   38.976567] mipi_0p9: disabling
root
Password: [  174.736301] random: crng init done
[  174.739759] random: 7 urandom warning(s) missed due to ratelimiting

# uname -a
Linux buildroot 5.15.0 #1 SMP Sat Dec 31 23:18:30 JST 2022 riscv64 GNU/Linux
#

sdcard.img を使った Linux 環境が立ち上がったので、あとは @osakanataro2 さんの記事に沿って作業を進めればよいです。

ちょっと長くなったので今回はここまで。