OpenScope MZをFreeBSDで使おう

https://gyazo.com/70f2339911fad4bc782ab39612f2bc30

はじめに

ここでは、FreeBSDで安価なオシロスコープになる OpenScope MZ を使う方法をご紹介します。

OpenScope MZ

OpenScope MZは、Webブラウザを画面として使うタイプのオシロスコープです。

以下のような特徴があります。

WiFi経由でも、USBシリアル経由でも利用可能

オープンソース: 以下のものがオープンソース

Windows, macOS, Linuxでバイナリあり

https://gyazo.com/f068d8704205352d014e14d141a26750

CQ出版トランジスタ技術2017年12月号のプレゼントでいただきました!!

OpenScope MZの主な仕様

計測のために用いる2chのオシロスコープだけでなく、波形を生成するファンクションジェネレータもそなえています。

さらに、ロジックアナライザを使えば、TTL ICなどを使った電子回路のデバッグに用いることもできます。

オシロスコープ

チャンネル数: 2ch

最大サンプリングレート: 6.25MHz

最大帯域幅: 2MHz

最大ビット数: 12ビット

入力インピーダンス: 1MΩ

入力最大電圧: ±20V

ファンクションジェネレーター

出力可能波形: 正弦波、三角波、のこぎり波、正方形、DC出力

出力可能周波数: 1Hz~1MHz

分解能: 10ビット

出力電圧: ３Vp-p(±1.5Vオフセット付き)

チャンネル数: 1ch

ロジックアナライザ

チャンネル数: 10ch

端子電圧: 3.3V

最大サンプリングレート: 10MHz/s

最大バッファサイズ: 32640サンプル/ch

その他

電源出力(2ch, ±4V@50mA)

外部トリガー2ch

USB駆動

ユーザーが制御できるLED x 4

OpenScope MZのソフトウエア

OpenScope MZで利用するソフトウエアには、以下の2つのものがあります。

Qt使ってる…

Node.jsで書かれたOffline Build: WaveForms Live Zip

WaveForms Liveはこんな感じ

WaveForms Liveの画面は、以下の様になります。

https://gyazo.com/19e7f6f76558efa363f6f0611850764d

モバイル版(Android): ファンクションジェネレーターの矩形波を1chで観測

https://gyazo.com/2dc96daedd7bebdfcf1faebe76c9edf6

https://gyazo.com/ebb3b30d0bd5eedaa1cda52c04421fc0

FreeBSDから見たOpenScope MZ

code:dmesg

ugen3.3: <Digilent Inc Digilent OpenScope> at usbus3

uftdi0 on uhub1

uftdi0: <Digilent OpenScope> on usbus3

速度は1250000でつながる

code:shell

% sudo cu -l /dev/cuaU0 -s 1250000

Connected

{"statusCode":2684354567,"Char Location":4}

Enter the number of the operation you would like to do:

1. Enter JSON mode

2. Calibrate the instruments

3. Save the current calibration values

4. Manage your WiFi connections

5. View all files names on the SD card

6. View all files names in flash

7. Set the Oscilloscope input gain

FreeBSDでOpenScope MZを使うための方法

FreeBSDでOpenScope MZを使うためには、以下のような4つの方法が考えられます。

WiFi経由で使う

1. △すでに無線LANの設定がおこなれており、そのIPアドレスがわかる場合に、Webブラウザ経由でWaveForms Liveを使う

2. ◎USBシリアルでつないで、WiFiの設定をする

Digilent Agentを動かしてUSBシリアル接続でローカルに使う

3. × Linuxlatorで動かす

4. × FreeBSDでbuildして動かす

1.WiFi設定されたOpenScope MZを使う

既にWiFiの設定がされたOpenScope MZがある場合、そのIPがわかればOpenScope MZを利用することができます。

WiFi設定で割り当てられているIPアドレスのhttp(80)に繋げば利用できる

ブラウザで接続すると、WaveForms Liveにフォワードされる

WaveForms LiveのConfiguration MenuからNetwork SettingsでWiFiの設定が可能

DHCPを必ず使うので、DHCPサーバで設定しない限りは固定IPにはできない

WaveFormsの起動時の画面は、以下のようになります。

(上)Hostname: ネットワーク経由で接続する

(下)osm: Digilent Agent経由でUSBシリアル経由で接続する

https://gyazo.com/08c2ced63fde4c444d7a588d00ffa059

USBシリアル(osm)の設定で設定(Configure)を選択すると、以下のような画面が表示されます。

https://gyazo.com/f34b412bec46afec179c7f2ce1107aa2

Network SettingsのSETUP WIFIを選択すると、以下のようなネットワーク設定の画面になります。

ここで、Available NetworksからSSIDを選択して、Saved Networksに登録していきます。

https://gyazo.com/93b6a752e3f3db912b4cbc7eba5ab1c5

WiFi設定の画面は、以下のとおりです。

設定できる項目は、Passwordだけとなります。

https://gyazo.com/3145fcc5fd8f2a0bc6028d013ce74e90

問題点

WiFiの設定を行うために、別に母艦が必要になる

WiFiのDHCPで割り当てられるIPアドレスを知っている必要がある

WiFi環境が必須

2.FreeBSDでUSBシリアル経由でWiFi設定をする

FreeBSDからUSBシリアル経由でOpenScope MZに接続することで、各種設定をすることができます。

ここでは、FreeBSDからWiFi設定を行う方法を説明します。

以下の手順で、シリアルからWiFiの設定を行う

シリアルに速度1250000でつなぐ

code:shell

% sudo cu -l /dev/cuaU0 -s 1250000

Connected

Enter the number of the operation you would like to do:

1. Enter JSON mode

2. Calibrate the instruments

3. Save the current calibration values

4. Manage your WiFi connections

5. View all files names on the SD card

6. View all files names in flash

7. Set the Oscilloscope input gain

4 Manage your WiFi connectionsを選ぶ

code:shell

Enter the number of the operation you would like to do:

1. View availabe WiFi networks

2. Connect to a WiFi network

3. View saved WiFi connections

4. Add a new WiFi connection

5. Delete a saved WiFi connection

6. Exit to main menu

4 Add a new WiFi connectionを選ぶと、SSIDをScanして一覧が出る

code:shell

Scanning WiFi

1. xxxxxxxxxxxxx

2. yyyyyyyyyyyyy

3. zzzzzzzzzzzzz

つなぎたいSSIDの番号を入力する(ここでは1(xxxxxxxxxxxxx)とする)

passphraseを入力する

code:shell

Please enter PassPhrase for: xxxxxxxxxxxxx

PSK value: xx:xx:xx:....

Connected to AP:

Would you like to auto-connect to this network? Y/N

Is Linked to the physical network

Link status: 0x0

Network Initialized

My IP: 192.168.yy.xx

Gateway IP: 192.168.yy.1

Subnet mask: 255.255.255.0

Dns0: IP: 192.168.yy.1

Dns1: IP: 8.8.8.8

Dns2: IP: 8.8.4.4

Dns3: IP: 8.8.8.8

My MAC: 00:1E:C0:40:E9:02

10 Sockets Listening on IP: 192.168.yy.xx:80

問題点

WiFi環境とInternet接続が必須

3. (失敗中) LinuxlatorでDigilent Agentを動かす

Digilent Agentが使える環境では、USBシリアル接続だけでOpenScope MZを利用することができます。

ただ、まだ、この方法は成功していません。

設定の手順は、以下のとおりです。

1. Linuxlatorを設定

3. 足りないライブラリを手動で追加

4. Digilent Agentを実行

2.1.Linuxlatorを設定する

ここでは、詳細は省略します。

とりあえず、CentOS互換環境の全部入りを作るためには、以下の方法が楽です。

code:shell

% pkg search linux-c7|awk '{print "pkg install -y ",$1}'|sudo sh

2.2.Linux版 Digilent Agentを取得・展開

LinuxlatorでDigilent Agentを動作させる準備をします。

具体的には、Digilent Agent本体を取得し、動作に足りないライブラリを足していくことになります。

2.3. 足りないライブラリを手動で追加

このままでは、動作をさせるために必要なライブラリが足りていませんので、適宜インストールしていきます。

足りないライブラリを確認

code:shell

% ldd usr/bin/digilent-agent |grep found

libQt5Widgets.so.5 => not found

libQt5Gui.so.5 => not found

libQt5Network.so.5 => not found

libQt5SerialPort.so.5 => not found

libQt5Core.so.5 => not found

code:shell

% cd /compat/linux

% rpm2cpio < ~/Downloads/qt5-qtbase-5.9.2-3.el7.x86_64.rpm|sudo cpio -id

% rpm2cpio < ~/Downloads/qt5-qtserialport-5.9.2-1.el7.x86_64.rpm |sudo cpio -id

︙

2.4. Linuxlator上でDigilent Agentを実行する

code:shell

$ export QT_QPA_PLATFORM_PLUGIN_PATH=/usr/lib64/qt5/plugins/platforms/

$ sudo -E ./digilent-agent

https://gyazo.com/6a39c2966561be6e429447e7632e2e72

4.Digilent AgentをFreeBSDでbuildする

FreeBSDでDigilent Agentをソースからコンパイルして利用することもできます。

ただ、この方法もまだ動作していません。

手順は、以下のとおりです。

githubからソースを持ってくる

code:shell

Cloning into 'digilent-agent'...

remote: Enumerating objects: 29, done.

remote: Counting objects: 100% (29/29), done.

remote: Compressing objects: 100% (21/21), done.

remote: Total 2071 (delta 12), reused 16 (delta 8), pack-reused 2042

Receiving objects: 100% (2071/2071), 30.27 MiB | 61.00 KiB/s, done.

Resolving deltas: 100% (1080/1080), done.

code:shell

% cd digilent-agent

% git submodule init

% git submodule update

Cloning into '/usr/home/mutoh/work/Digilent/digilent-agent/lib/digilent/pgm'...

Cloning into '/usr/home/mutoh/work/Digilent/digilent-agent/lib/digilent/qtSerial'...

Submodule path 'lib/digilent/pgm': checked out '428ad08c7160d6c85f731e1826b234aaf2d52671'

Submodule path 'lib/digilent/qtSerial': checked out '1b90649dcad258b548f0a789078d0561ac6a9815'

ports/comms/qt5-serialportにpatchを当てて、build & installする(後述)

patchを当てる(後述)

buildする

code:shell

% qmake

% make

実行する

code:shell

% export QT_QPA_PLATFORM_PLUGIN_PATH=/usr/local/lib/qt5/plugins/platforms

% ./digilent-agent

Agent::Agent() thread: QThread(0x80302e020)

MainWindow::MainWindow() thread: QThread(0x80302e020)

Using config file /usr/home/mutoh/.config/digilent/digilent-agent.ini

StaticFileController: docroot=/usr/share/digilent/digilent-agent/www, encoding=UTF-8, maxAge=90000

StaticFileController: cache timeout=60000, size=1000000

HttpRouter::HttpRouter() Thread QThread(0x80302e020)

AgentConfigCtrl::AgentConfigCtrl() thread: QThread(0x80302e020)

HttpListener::HttpListener() thread: QThread(0x80302e020)

HttpListener: Listening on port 42135

digilent-agentをFreeBSDでbuildするためのpatch

code:Makefile.diff

$ diff -u Makefile.org Makefile

--- Makefile.org 2019-06-27 12:15:06.877320000 +0900

+++ Makefile 2019-06-27 12:15:50.931064000 +0900

@@ -14,7 +14,7 @@

CC = clang

CXX = clang++

-DEFINES = -DQT_NO_DEBUG -DQT_WIDGETS_LIB -DQT_GUI_LIB -DQT_NETWORK_LIB -DQT_SERIALPORT_LIB -DQT_CONCURRENT_LIB -DQT_CORE_LIB

+DEFINES = -DQT_NO_DEBUG -DQT_WIDGETS_LIB -DQT_GUI_LIB -DQT_NETWORK_LIB -DQT_SERIALPORT_LIB -DQT_CONCURRENT_LIB -DQT_CORE_LIB -DQ_OS_LINUX

CFLAGS = -pipe -O2 -pthread -Wall -W -fPIC $(DEFINES)

CXXFLAGS = -pipe -O2 -std=gnu++11 -pthread -Wall -W -fPIC $(DEFINES)

INCPATH = -I. -Isrc/httpServer/core -I/usr/local/include/qt5 -I/usr/local/include/qt5/QtWidgets -I/usr/local/include/qt5/QtGui -I/usr/local/include/qt5/QtNetwork -I/usr/local/include/qt5/QtSerialPort -I/usr/local/include/qt5/QtConcurrent -I/usr/local/include/qt5/QtCore -I. -I/usr/local/include/libdrm -I. -I/usr/local/include -I/usr/local/lib/qt5/mkspecs/freebsd-clang

code:digilentPgm.cpp.diff

$ diff -u lib/digilent/pgm/digilentPgm.cpp{.org,}

--- lib/digilent/pgm/digilentPgm.cpp.org 2019-06-27 12:17:33.434069000 +0900

+++ lib/digilent/pgm/digilentPgm.cpp 2019-06-27 12:18:29.092992000 +0900

@@ -415,7 +415,7 @@

unsigned short DigilentPgm::byteArrayToUShort(QByteArray array) {

if(array.length() != 2){

- return NULL;

+ return 0;

} else {

return retVal;

@@ -424,7 +424,7 @@

unsigned int DigilentPgm::byteArrayToUInt(QByteArray array) {

if(array.length() != 4){

- return NULL;

+ return 0;

} else {

return retVal;

ports/comms/qt5-serialportでボーレート125000を使うためのpatch

ports/comms/qt5-serialportでは、そのままではボーレート1250000が使えません。

そこで、以下のようなパッチを当てる必要があります。

code:files/patch-src_serialport_qserialport.h.patch

--- src/serialport/qserialport.h.orig 2020-01-24 00:43:37 UTC

+++ src/serialport/qserialport.h

@@ -96,6 +96,7 @@ class Q_SERIALPORT_EXPORT QSerialPort : public QIODevi

Baud38400 = 38400,

Baud57600 = 57600,

Baud115200 = 115200,

+ Baud1250000 = 1250000,

UnknownBaud = -1

};

Q_ENUM(BaudRate)

code:files/patch-src_serialport_qserialport__unix.cpp.patch

--- src/serialport/qserialport_unix.cpp.orig 2020-01-24 00:57:50 UTC

+++ src/serialport/qserialport_unix.cpp

@@ -1234,6 +1234,8 @@ static const BaudRateMap createStandardBaudRateMap()

baudRateMap.insert(1152000, B1152000);

+ baudRateMap.insert(1250000, 1250000);

+

baudRateMap.insert(1500000, B1500000);

FreeBSDでDigilent Agentを動かしてみるて失敗していた部分

ここでの記述は、以前ports/comms/qt5-serialportでボーレート125000を使うためのpatchを使っていないために起こった症状で、このpatchを使うと問題は起こらなくなっています。

念の為、記録として記述は残しておきます。

上記パッチを当てたDigilent Agentは、起動することは可能ですが、うまく動作しません。

少し調べましたが、原因はシリアルの通信速度が1250000に変更できないことのようです。

とりあえず動くが、シリアルを1250000に変更するところで失敗している

Failed to updgrade serial baud rate when creating wflDevice for "cuaU0"

ので、それ以降OpenScope MZとの通信が化けてしまってうまくいかない

エラーを出しているのは、ここ

code:src/wflDevice/wflSerialDevice.cpp

WflSerialDevice::WflSerialDevice(QString address, QObject* parent) : WflDevice(parent)

{

qDebug() << "WflSerialDevice::WflSerialDevice()" << "thread: " << QThread::currentThread();

this->name = "";

this->deviceType = "UART";

//Initialize serial object, open the port and upgrade to the target baud rate (Work around Mac Issue)

this->serial = new Serial(this);

if(this->serial->open(address, 9600)) {

this->name = address;

if(!this->serial->setBaudRate(1250000)) {

qDebug() << "Failed to updgrade serial baud rate when creating wflDevice for " << address;

}

}

}

おわりに

とりあえず、FreeBSDで、WiFi経由&インターネット経由およびUSBシリアル経由でOpenScope MZが動かせるようになりました

でも、WiFiがない環境でも動かしたい!!

更新履歴

2020/01/24: ports/comms/qt5-serialportでボーレート125000を使うためのpatchを使ってUSBシリアル経由での利用が可能になった。

2019/12/19: 初稿公開