AVRマイコンで始めよう！製品IDとメーカID付き
脱シリアル変換IC！USBマイコン・プログラミング入門
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| USBデバイス開発の基礎から応用までを学び，HIDや独自プロトコルを用いたカスタムデバイスの設計力を身につける内容である 〈著：山田 浩之〉 |
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USBマイコンによるネイティブUSBデバイス開発の基礎
USBデバイス開発は従来，USB-シリアル変換ICを介した方法が主流でした．これに対してUSBマイコンを活用すると，PCと直接双方向通信が可能なUSBネイティブ・デバイスを自作できます．特にAVRマイコンを用いると，低コストかつ手軽にUSBデバイスの開発環境を整えられます．製品IDやメーカIDを設定し，USBデバイスとして認識させる方法も理解できるため，独自のUSB通信プロトコル設計に役立ちます．
USBデバイスの通信方式には大きく分けてHIDクラスとVendor-specificクラス（独自クラス）があります．HIDクラスはキーボードやマウスなどの標準デバイスに用いられ，データのやり取りはReportと呼ばれるフォーマットで行われます．これに対してVendor-specificクラスは，独自の通信仕様を実装可能であり，複数のエンドポイントを活用した高度なデータ転送が可能です．USBマイコンを活用することで，これらのクラスを選択して柔軟にUSBデバイスを設計できます．
具体的な開発内容と実習例
USBデバイス開発にあたっては，まず開発環境の準備と教材基板の理解が欠かせません．USBの基本用語や転送タイプ，デスクリプタの役割を把握することが重要です．USBデスクリプタにはデバイス，設定，インターフェース，エンドポイントなどの種類があり，これらを正しく設定することでPCとの通信が成立します．
HIDクラスの理解を深めるため，実際にHIDキーボードとして基板を認識させる実習が用意されています．HID Report Descriptorの構造を学び，キーボードやユーザ定義の入出力を実装することで，USB通信のしくみを体感できます．さらに，HID I2Cブリッジの実装やWebHIDを利用した制御も学べます．こうした実習を通じて，USB通信の基礎から応用まで幅広く習得可能です．
Vendor-specificクラスによる独自デバイス設計
Vendor-specificクラスは標準クラスに縛られない自由度の高いUSBデバイスを作成できます．従来のVendor ClassはOS対応に課題がありましたが，近年はWebUSBの登場によりブラウザ経由での制御も可能となりました．実習ではVendor Classのデバイスデスクリプタ作成からアプリケーションソフトの製作，実際の動作確認までを体験します．
このように，AVRマイコンを活用したUSBネイティブデバイス開発は，IoTやエッジ・デバイスの拡大に伴う多様なニーズに対応する技術を習得するのに適しています．製品IDやメーカIDを設定し，HIDやVendor-specificクラスを自在に使いわけることで，独自性の高いUSB機器設計が可能になります．
〈著：ZEPマガジン〉参考文献
- ［VOD/KIT］LabVIEW×Arduino！初めてのパソコン計測＆制御【改訂版】，ZEPエンジニアリング株式会社．
- ［［VOD/KIT/data］実験キットで学ぶ 初歩の電子回路設計，ZEPエンジニアリング株式会社．
- ［VOD/KIT/data］Arm M4/M7/DSP×500MHz！STM32H7ハイスペック計測通信Module開発，ZEPエンジニアリング株式会社．
- ［VOD/KIT/data］［VOD/Full KIT/data］USBマルチ測定器付き！実測とシミュレーションで学ぶアナログ回路設計，ZEPエンジニアリング株式会社．
- ［VOD/KIT/data］［VOD/data］GPU/CPU/量子コンピュータによるサイバーセキュリティ実践プログラミング ，ZEPエンジニアリング株式会社．