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その６・インターネットラジオを聴きたい（前編）

目次
　目的と経緯

　以下は、マイコンボードでインターネットラジオを再生することを模索した際の覚書です。

　暫く前ですが、Mac上のiTunesでインターネットラジオを聴いていたときに、できることならスタンドアロンで鳴らしたい（注１）と思い、専用ハードを探してみたのですが、意外と無くて、引っかかったのが、BBShoutというキットでした。
注１：理由は、iTunesをずっと動かしっぱなしにしておくのが邪魔臭いことと、それなりのステレオセットで音を出したいということです。
　これの仕様を見ると、H8/3069Fマイコン+カニ（LAN）チップ+MP3デコーダで、ウチのH8ボードにMP3デコーダを追加しただけの物のように見えます。

　調べてみると、秋月で（上記製品でも採用している）MP3デコーダのVS1011Eが￥600と、初期投資もそれほど掛からずに実現できるんじゃない？と安易に考えたのが、運の尽き。
　結局、えらい目（と散財）に遭うこととなりました。
（まぁ、お陰でマイコンと周辺ハードの動作について、少しは理解が進んだ？ようですが…）

　回路図と部品を入手する

　VS1011EはVLSI Solution社の製品で、仕様書は以下の公式サイトからダウンロードできます。

　参考サイト(1)：VLSI Solution-Download

　また、同仕様書の日本語訳が、以下のサイトで公開されています。（物凄く助かりました。）

　参考サイト(2)：VS1011E日本語データシート私家版

　回路図は、仕様書の中にサンプルが記載されていますので、これに従いました。
　また、VS1011Eには動作モードとして「ネイティブモード」と「互換モード」の2種類がありますが、サンプルが「ネイティブモード」なので、ウチでも「ネイティブモード」を採用しました。
　なお、VS1011Eの動作電圧は2.5〜3.6Vですが、以前製作したSDカード用の3.3Vを流用しています。

　以下は部品のリストです。
品名 規格（型番） 個数 購入店 備考
 MP3デコーダ  VS1011E 1  秋月電子通商  QFP48
 ロジックIC  TC74VHC244F 1  秋月電子通商  5個入
 水晶振動子  HC49/U 1  千石電商B1F  12.288MHz
 電解コンデンサ  10μF 2  千石電商B1F  
 積層セラミックコンデンサ  33pF 2  千石電商B1F  
 積層セラミックコンデンサ  0.1μF 3  千石電商B1F  
 マイラコンデンサ  0.01μF 3  千石電商B1F  出力用
 カーボン抵抗  100KΩ  5  千石電商B1F  1/4W 品
 カーボン抵抗  1MΩ  1  千石電商B1F  1/4W 品
 金属皮膜抵抗  20Ω  3  千石電商B1F  1/4W 品 出力用
 IC変換基板  Q048 1  千石電商1F  VS1011E用 ダイセン電子工業製
 ユニバーサル基板  ICB-293  1  千石電商1F  サンハヤト製
 信号伝達コネクタ用ピン  2550-10GT 6  千石電商1F  ピン4個で1セット
 ピンヘッダ  1x40 1  千石電商1F  ボード - 変換基板 接続用
 ピンヘッダ  1x24 2  千石電商1F  ボード - QFP48 接続用（標準／細口）
 3.5φミニジャック  - 1  門田無線電機  ステレオ
 足  15mm 4  門田無線電機  
　注２）ロジックICの変換基板は、SDカード組み立て時に余ったものを流用した。

　組み立てる

　部品の取り付けは、ユニバーサル基板に行いました。
　VS1011EとTC74VHC244Fは表面実装用なので、変換基板に取り付けます。変換基板と基板は、ピンヘッダで接続しました。
　また、マイコンボードとの接続はI/Oボード側のピンを利用し、信号伝達コネクタピンにて行いました。

　ここで、最大の難関は、VS1011Eを変換基板にハンダ付けする行程です。
　秋月のVS1011Eは、QFP48という、ピンのピッチが0.5mmの表面実装用パッケージです。
（以前は変換基板に取り付け済の物も扱っていたようですが、購入時点ではありませんでした。）

　今までこんな狭いのは経験がないため、まずはネットで調べてみましたが、個人でQFPをハンダ付けしている方はたくさんいらして、そのノウハウを公開している方もいらっしゃいます。
　なかで、自分でも出来そうなのは「ベタ付け後、吸い取り線で余分なハンダを吸い取る」というものでした。

　実際やってみると、思ったよりはスムースに出来た感じです。（あくまで、思ったよりは、ですが。）
　ただ、以下のサイトでも解説されていますが、フラックス成分が抜けてしまうと、どうやっても吸い取れなくなり、もう一度ハンダを盛ってからやりなおし、となりました。

　参考サイト(3)：ELM - MP3プレーヤキットTIPS（QFPの半田付けのコツ）

　ハンダ付け終了後はブリッジや未接続がないか、チェックする必要があります。
　さすがに目視だけでは心もとないので、ここはテスターの導通チェック機能を使って行いました。
　結果、2箇所程ブリッジがあったのですが、偶然（笑）にもVDD同士,GND同士だったため、そのままにしておきました。
チェック後に気づいた（先に気づけよ＞私）のですが、手持ちのテスターの、導通テスト時の電圧を調べてみたところ、3V出ていました。
慌てて調べた結果、これだけ出てしまうと、チップにダメージを与えることがあるようです。
LSIのチェックには0.5V程度のテスターか、専用の導通チェッカーを用いるべし、ということのようですが、完全に後の祭り。
（実際、後々、このことが不確定要因の一つになってしまったし…トホホ…）
　ここを過ぎれば、後は標準的な作業なので、特に問題なく完了しました。

　マイコンボードと接続する

　VS1011Eとマイコンとの接続ですが、当初は軽く考えていたものの、実は結構厄介です。

　というのも、秋月のH8/3069Fボードは「モード5」で使うことが推奨されています。
　仕様書で調べてみると、モード5では純粋な入出力ポートとして使えるのが「ポート4」ぐらいしかない、ということが分かりました。
　しかも、ポート4には既にI/OボードのLEDとLCDが接続されています。（というか、上述の制約から、必然的にこのポートに割り当てられたと思われる。）

　試しに、いくつかのポートについて、信号のオン／オフを繰り返すテストプログラムを用い、ボード上の当該ピンにテスターを当てて調べてみましたが、いずれも期待通りに動作しませんでした。（注：あくまで私の理解と手持ちの（貧弱な）機材の範囲内の話であり、間違っている可能性もあります。）

　ということで、とりあえずポート4を使うことにし、問題が起きれば（モード7で使うことも含め）考えることにしました。
（ただし念のため、I/Oボードのジャンパーは全て外しておきました。）
余談ですが、当初、汎用の入出力ポートで、どうやってクロックを実現するんだろうと思っていたのですが、これはクロックに割り当てたレジスタの値をソフトでオン／オフすることで、自前でクロック（に相当する信号）を生成するんですね。組み込みの世界では一般的なことなんでしょうか。
（ソフトで実現する以上、厳密にはオンとオフの時間が同一にならない気もしますが、要はエッジが形成されればいい、ということなのでしょうか。）
　追記：その後、ポートAも入出力ポートとして使えることが分かりました。こちらの方が良さそうです。
（サンプルソースは、P4をPAにReplace AllすればOKの筈です。）

　MESのアップデート

　MESのバージョンは、従来2.2r4でしたが、今回の実験では外部サーバに対してTCPアクセスするので、以下のサイトの警告に従い、最新版（2.3r18）にアップデートしました。
（注：ROMへの書き込みはWindows環境で行いました。）

　参考サイト(4)：TCPクライアント - やまねこのマイコン実験室 - livedoor Wiki（ウィキ）

　ところが、いくつかの不具合に見舞われてしまいました。
  1. 自作ソフト（Mac-H8IDE）で、シリアル通信がハングアップする。
  2. （以前動いていたアプリを含め）標準出力が文字化けする。
  3. SDカードを認識しない。
　このうち、上2項目は、
  1. シリアル書き出し時、1バイト転送ごとに80msec程のディレイを設ける。（それでも時々不可解な動きをしますが、まずまず実用範囲内）
  2. コンパイル時に「スタック」オプションを追加する。
で解決できましたが、SDカードについてはどうもダメなようです。（OS側の不具合らしい。）
　SDカードは使えなくても今回は何とかなるので、とりあえず先送り状態です。

　動作テスト（失敗）

　VS1011Eは製作例も多く、ソフトウェアも公開されています。

　参考サイト(5)：電子工作室
　参考サイト(6)：電子マスカット【電子工作･エレクトロニクス工作】（MP3プレーヤー_1/12）
　参考サイト(7)：電子工作: Network Appliance 2 rev.b

　それらを参考に、まずは内蔵のSine波出力機能を使って音を出すテストプログラムを書いてみました。
　ですが、音が出ません。

　VS1011Eに対しては、制御用の「コマンド」とMP3等の「データ」を送り込むことになるのですが、コマンドの方は、レジスタの値を読み出せるので、書いた後に読んでみると、書いた値が戻ってくるので、正しく書き込めているようです。
　一方、データ（Sine波出力の指示はデータとして扱われる）の方は読み出せないので、どうなっているかは直接調べられません。ただし、正しいデータを処理すると、対応するレジスタの値が変化するようなのですが、データ書き込み後のレジスタを調べてみると、変化していません。

　データの転送は、然るべきチップセレクト信号を操作してから行うのですが、信号のオン／オフを繰り返すテストプログラムを書いて、チップの当該ピンにテスターを当てて調べてみると、期待通り動作しています。
　このことと、コマンド系が正常動作していることから、どうも、チップ内部でデータを受け取れていない感じです。
（イヤホンからは軽いノイズが聞こえるので、出力側が死んでるということでもなさそう。）
　こうなると、導通チェックが気になります。あのときに、チップ内部が死んでしまったのだろうか…

　動かない原因として、考えられることは、
  1. VS1011Eが壊れた？
  2. ソフトウェアが正しくない？
  3. I/Oボードとの相性（入出力ポートのバッティング）？
  4. OSとの相性？
　感触としては、チップが壊れた、が一番可能性が高そうですが、何せ要因が多すぎます。
　ということで、手っ取り早く要因を減らすため、もっと確度の高いハードで実験を継続した方がよさそうです。

　EasyMP3 モジュール

　EasyMP3 モジュールは、ストロベリー・リナックスが発売している、VS1011Eを採用したキットです。

　参考サイト(8)：EasyMp3 Module - VS1001/VS1001K

　内容的には自作したものと殆ど変わりませんが、専用基板を起こしているだけあって、ずっとコンパクトです。
　なんといっても、VS1011EがSOP（ピンのピッチが1.27mm）タイプなので、ハンダ付けの不安がありません。
　注文した翌日には届き、組み立ても2時間程で完了しました。

　早速動作テストです。
　このモジュールは（最初の版がVS1001を採用していたからか）VS1011Eの互換モードで動作するので、上述のSine波出力プログラムを互換モード用に書き換えて走らせてみたところ、…、動きました。
　次いで、Webで公開されているサンプルソフトに同梱のMP3ファイルも再生してみましたが、ちゃんと鳴りました。
最初、音が途切れ途切れになってしまったのですが、原因は以下の二つでした。
・DREQのチェックをデータ転送前にしか行っていなかった。（転送中、随時チェックする必要あり。）
・OSの割り込みを抑止していなかった。
　これらから言えることは、
  1. VS1011Eが壊れた？　＞？
  2. ソフトウェアが正しくない？　＞問題なし
  3. I/Oボードとの相性（入出力ポートのバッティング）？　＞問題なし
  4. OSとの相性？　＞問題なし（ただし、割り込み抑止は必要）
で、動かなかった原因は自作のMP3モジュールにあると見て間違いなさそうです。

　ということで、以後の実験には、このEasyMP3 モジュールを使うこととしました。
ついでにEasyMP3 モジュールをネイティブモードでも試してみましたが、とりあえず動くようです。（厳密には一部の配線を変更する必要があるとは思いますが。）
　今後の課題

　以上、Mac開発環境 + H8/3069F + MP3モジュールで、音が出せる環境は整いました。
　次のステップとして、本来の目的であるインターネットラジオに挑戦したいと思います。

　「その６ａ・インターネットラジオを再生する（中編）」へ続く

　お世話になったサイト

　有用なソフトウェアおよび貴重な情報をご提供頂いている皆様に、お礼申し上げます。（以下、順不同）

　参考サイト(1)：VLSI Solution-Download
　参考サイト(2)：VS1011E日本語データシート私家版
　参考サイト(3)：ELM - MP3プレーヤキットTIPS（QFPの半田付けのコツ）
　参考サイト(4)：TCPクライアント - やまねこのマイコン実験室 - livedoor Wiki（ウィキ）
　参考サイト(5)：電子工作室
　参考サイト(6)：電子マスカット【電子工作･エレクトロニクス工作】（MP3プレーヤー_1/12）
　参考サイト(7)：電子工作: Network Appliance 2 rev.b
　参考サイト(8)：EasyMp3 Module - VS1001/VS1001K

　更新履歴

　2008.12.16　マイコンボードと接続する、に追記を追加
　2008.12.01　新規作成

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