10月26日/27日 LIVE受講 / 10月28日~31日 録画受講
[Webinar/KIT/data]Arm M4/M7/DSP×500MHz!
STM32H7ハイスペック計測通信Module開発

フィルタ/FFT/変復調まで!そのまま組み込めるオールイン・キットで信号処理プログラミング




タイム・テーブルと申し込み

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月/日 開始 終了 内容 税込価格 申し込み
10/26(土) 10:00 17:00 [1日目LIVE]Arm M4/M7/DSP×500MHz!STM32H7ハイスペック計測通信Module開発[基礎編]
録画受講可:10/28~10/31
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10/27(日) 10:00 17:00 [2日目LIVE]Arm M4/M7/DSP×500MHz!STM32H7ハイスペック計測通信Module開発[実践編]
録画受講可:10/28~10/31
79,200円

本セミナのお申込み前にご理解いただきたいこと

  1. 上記の時間は,生ライブの開始/終了時間です.生ライブに申し込んだ方は,見逃し配信による受講も可能です.見逃し配信の視聴URLは,セミナ終了後日の午前中にメールにて連絡させていただく予定です.
  2. キットは,講演7日~10日前に宅急便にて,講義テキストは講演3日前までにメールにて送付予定です.
  3. 1人1ライセンスです.
  4. すべての映像,画像,文書テキスト,ソースコードは,著作権法によって厳格に守られており,無許可の転載,複製,転用は法律により罰せられます.
  5. セミナ終了後,再編集を行い,視聴無制限のキット付きVODを発売する予定があります.定価は8~10万円を予定しています.発売時期は未定です.

付属のキット/ソースコードほか

  1. そのまま組み込んで使える!高信号処理性能を備えるハイスペック・オールインArmマイコン・キット “STM32H7 Nucleo”(STM32H747I-DISCO,Cortex M4,M7,DSP搭載,LCD,動作クロック480MHz,IMUセンサ,マイク入力ほか)
  2. 実験用マイク&スピーカ
  3. 実験・開発用ソースコード
  4. 講義テキスト
写真1 配布キット.高パフォーマンスのオールインArmマイコン・キット“STM32H7 Nucleo”(STM32H747I-DISCO,Cortex M4,M7,DSP搭載,LCD,動作クロック480MHz,IMUセンサ,マイク入力ほか)

本セミナのゴール

  1. 基本的なディジタル通信方式を送信から受信まで実験する.実験は音声帯域で行うが,そのままRF帯域の無線通信に応用できる
  2. エラー訂正の重要性を実施の通信実験で体験する

あらまし

STM32H7”(STマイクロエレクトロニクス製)は,Cortex M4,M7,DSPを内蔵する動作クロック480MHzのハイスペック・マイコンです.これまで,プロセッサやDSP,ペリフェラルICを組み合わせて作っていたアプリケーションをワンチップで実現できます.

STM32H7マイコンは,1000DMIPS超のCPU性能を備え,ディジタル変復調などの高度な信号処理も可能です.各種インターフェース,デュアル・コア,MIPIDSIのLCD出力など,今どきの組み込みデバイスに十分な機能をもちます.RFフロントエンドと組み合わせることで,広帯域なソフトウェア無線機を構築することも可能です.

STM32H747IDiscoveryKitは,STM32H7マイコンをはじめ,大型液晶ディスプレイやアナログ回路を搭載したオールインワン・キットです.組み込み製品が必要とする主な機能をすべて搭載しています.

本セミナでは,STM32H747IDiscoveryKitを一緒に動かしながら,音声帯域の信号処理(1日目)やディジタル無線通信(2日目)をテーマに,信号処理の基礎理論やプログラミング技術を学びます.〈山田 浩之

写真2 グラフィック・ライブラリ“TouchGFX”を使うとオシロスコープやスペクトラム・アナライザが簡単に開発できる!

今,一番ディジタル無線通信を手軽に始める方法

Armデュアル・コア×470MHzのハイスペック・マイコンに注目!

現在のディジタル無線通信の主流は電話よりもデータ通信です.本セミナでは最も基本的なテキスト文の送受信を体験します.

ディジタル無線通信では,さまざまな信号処理を行うため,比較的大きなCPUパワーが要求されます.そこで,リアルタイム(低遅延)にテキスト分の送受信を行えるコントローラとしてSTM32H747を選択しました.

無線通信用の信号処理用マイクロコントーラとして利用できると考える理由は次のとおりです.

  1. 2コアを内蔵し,分散処理が可能である
    • Cortex-M4:480MHz,SRAM 1Mバイト
    • Cortex-M7:240MHz,SRAM 288Kバイト
  2. DSPを搭載し,信号処理を劇的に高速化する命令セットを使える
    • 浮動小数点演算OK
    • 単精度および倍精度の浮動小数点演算が可能
      高精度なA-D/D-A変換器を内蔵する
    • A-Dコンバータ:16ビット $\times$ 3チャネル
    • D-Aコンバータ:12ビット $\times$ 2チャネル

ソフトウェア無線の鍵「信号処理」は音声帯域でも学べる

ディジタル無線通信を理解するには,信号処理,数学,暗号化,サンプリング回路,ディジタル回路,高周波,マイクロ波など広範囲の知識が必要です.

アナログの時代は1人の技術者が無線システム全体を網羅することが可能でしたが,ディジタル通信の世界は裾野が広く,それぞれが深いため専門化が進んでいます.

セミナでは,ディジタル信号処理の部分に焦点を当てて,ソフトウェアだけで無線システム全体を網羅します.実験は音声帯域(20kHz以下)で行います.そのまま高周波に変換すれば,一般的なディジタル無線通信機を作れるレベルのものを目指しています.

これからディジタル無線関係の勉強を始める場合の最初に体験する実働ディジタル無線通信です.〈加藤 隆志

演目(予定)

1日目(2024年10月26日) 入門編 講師:山田 浩之

  1. 一緒に動かすSTM32マイコン・スタータキットのハードウェア
    • STM32H747マイコンのあらまし
    • STM32H7 Discovery Kitの概要と搭載デバイス(MCU,DRAM,Debug IF,CODECほか)
    • STM32CubeMX でシンプルなプロジェクトを作成しよう
    • STM32CubeMX でペリフェラルの設定を行う
  2. タッチパネルLCDの制御方法
    • 3種類のLCD制御(1.STM32CubeH7を使う 2.TouchGFXを使う 3.自前実装)
    • グラフィック・ライブラリ“TouchGFX”を使ってGUIを作る
    • シンプルなLCD表示プログラムの作成
    • 他のLCDを使う方法
  3. 信号入力部
    • Discovery Kit の信号入力(STM32CubeH7のオーディオ・ライブラリ)
    • STM マイコンのデータ処理(DMA転送で効率化する手法)
    • CODECまたはマイコン内蔵のADCからデータを取得する処理
    • グラフ表示方法
    • キャンバスにスクリーンとGUIを追加する
    • 波形表示プログラムの作成(信号を入力して波形をLCDに表示する)
  4. FFTスペクトラム・アナライザの作成
    • ライブラリを使ってFFTを実装する
    • 窓関数を実装する
    • オーディオ・スペクトラム・アナライザを作る
    • ピクセルを直接描画する
    • キャンバスにスクリーンとGUIの追加
    • UIと機能を拡張する
  5. 高速化のテクニック
    • DSP 命令とDSPライブラリ(データ型をうまく使う
    • DSPを使う効果
    • 正しく処理時間を確認する方法
    • STM32H7のバス構成とDMA
    • DMAの使い方
    • デュアル・コアを活用せよ
    • FFTの高速化を実験で確認
  6. FIR/IIRフィルタ
    • FIRフィルタの基本
    • IIRフィルタの基本
    • ディジタル・フィルタの設計方法
    • タッチパネルで描いた特性をもつフィルタを作る
    • GUIの設計
    • キャンバスにスクリーンとGUIを追加する
    • Before After!DSP ONでスピードアップ!
    • 自前実装とDSPライブラリのスピード競争
  7. 信号出力部
    • Discovery Kitの信号出力のあらまし
    • STM32CubeH7のオーディオ・ライブラリ
    • STM32マイコンの処理
    • DMA転送で効率化
    • 信号出力プログラムの作成(Input->FFT->IFFT->Output)
  8. オーディオ・エフェクタの作成
    • 5バンド・イコライザを設計する
    • 入力->信号処理->出力のパイプライン処理
    • キャンバスにスクリーンとGUIを追加
    • GUI処理の実装
  9. ノイズ・リダクション・フィルタの作成
    • Adaptive Filterの基本
    • Wiener Filterのしくみ
    • Adaptive Noise Cancellingのしくみ
    • Wiener Filterの実装

2日目(2024年10月27日) 応用編 講師:加藤 隆志

  1. ArmのDSP命令セットに着目する
    • 関数を呼び出すだけで高速演算
    • 通信で多用する畳み込み演算では1桁上の処理速度が得られる
  2. アナログ通信とディジタル通信の違い
    • アナログは脳のエラー訂正に頼る(文脈から欠落した単語の推定など)
    • ディジタルはコンピュータのエラー訂正に頼る
  3. 基本の変調方式QPSK
    • ほとんどのディジタル変調はQPSKを発展させたもの
  4. QPSKの改良版 $\pi$/4QPSK
    • $\pi$/4シフトにすると何が嬉しいのか?
    • 受信のメリットと送信のメリット
    • パワー・アンプの低歪化に有利な理由
  5. プリアンブルの実装
    • ディジタル通信はプリアンブルから始まる
    • 見つけられないと通信を始められない
    • 実際に通信させて疎通開始を実験する
  6. $\pi$/4QPSKによるデータ伝送実験
    • エラー訂正なしの通信は使いものにならない
    • スピーカとマイクを離すと文字化けする
    • 外来ノイズ(拍手など)による文字化け実験
  7. ホワイトニングの実装
    • 暗号化の基礎
    • 鍵がないと受信できない
    • スペクトラムを分散させる効果
    • スペクトラム分散によるノイズ耐性アップ
  8. ハミング・コード/デコードの実験
    • 通信では広く使われている
    • 畳み込み演算のコーディング方法
    • より高性能なエラー訂正
  9. インターリーブの追加
    • パルス性雑音によるデータ欠落を防ぐ時間軸方向分散
    • 周波数方向に分散させるホワイトニングとの違い
  10. CRCでデータをチェックする
    • 通信の成功/失敗を判定

受講対象

  • 組込み用計測ユニットの開発を検討している
  • 組込み用通信ユニットの開発を検討している
  • ソフトウェア無線の基本を学びたい

あると望ましい知識や経験

  • マイコン開発経験者
  • C言語がわかること

講師紹介

山田 浩之(Y-Logic

略歴

  • 2015年 都内電子機器メーカに入社.主にUSB3.1やDisplayPort,MIPI,車載向けSer/Desなど高速インタフェース変換基板の設計開発.回路設計からファームウェア,ソフトウェア開発(C/C++)を担当
  • 2023年 「Y-Logic」として独立開業

著書・キット

  1. 世界統一規格新USBType-C攻略DVD(特集)第4部,トランジスタ技術2020年2月号,CQ出版社.
  2. 電池交換不要!消費電流1μA未満のソーラ充電式導通チェッカ,トランジスタ技術2020年10月号,CQ出版社.
  3. AVRでサクッとマイコン開発(特集すべて),トランジスタ技術2021年4月号,CQ出版社.
  4. 3桁表示ミリオーム計の設計・製作,トランジスタ技術2021年6月号,CQ出版社.
  5. 直流バイアス付きコンデンサ容量計,トランジスタ技術2021年11月号-2022年3月号(短期連載),CQ出版社.
  6. 超便利!ICの故障・真贋チェッカの製作,トランジスタ技術2023年3月号,CQ出版社
  7. 作る!わかる!USBType-C&電源(特集)第1部3-4章,トランジスタ技術2023年6月号,CQ出版社.
  8. 20mVステップUSB可変電源の製作,トランジスタ技術2023年9月号,CQ出版社.
  9. 「大安」「仏滅」を計算する六曜カレンダ回路の製作,トランジスタ技術2024年3月号,CQ出版社.

加藤 隆志(株式会社ラジアン

略歴

  • 1990年 無線通信機器メーカで設計開発.その後,計測器メーカでRF測定機器,半導体試験装置の設計開発
  • 2017年 フリーランス・エンジニアとして独立,無線通信機器やSDR機器の受託開発
  • 2019年 株式会社ラジアンとして法人化.現在に至る

著書・キット

  1. [VOD/KIT]GPSクロック・ジッタ・クリーナ,ZEPエンジニアリング.
  2. [VOD]Linux搭載USBマルチ測定器 Analog Discovery Proで作る私の実験室,ZEPエンジニアリング.
  3. [VOD]高速&エラーレス!5G×EV時代のプリント基板&回路設計 100の要点,ZEPエンジニアリング.
  4. [VOD] Before After! ハイパフォーマンス基板&回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】,ZEPエンジニアリング.
  5. 超長距離無線LoRaからローカル5Gまで!GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機,ZEPエンジニアリング.
  6. 自宅で設計・開発!USBミクスト・シグナル・アナライザ Analog Discovery Pro 3000 誕生,ZEPエンジニアリング.
  7. 高精度基準搭載&1GSPS広帯域!プロ用USBマルチ測定器 ADP5250誕生 ,ZEPエンジニアリング.
  8. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.1] ,ZEPエンジニアリング.
  9. [KIT]ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ MkⅡ【z-mmcon2】(mz-mmcon1後継機),ZEPエンジニアリング.
  10. [KIT]ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ【mz-mmcon1】(生産終了,後継機 z-mmcon2),ZEPエンジニアリング.
  11. [KIT]実験用28GHzミリ波パッチ・アンテナ【mz-mmant1】,ZEPエンジニアリング.
  12. [KIT]実験用800M~6GHz 広帯域90°ハイブリッド【mz-qhybrid】,ZEPエンジニアリング.
  13. [KIT]実験用27.5G-29.5GHzバンド・パス・フィルタ【mz-mmbpf1】,ZEPエンジニアリング.
  14. [VOD/KIT]GPSクロック・ジッタ・クリーナ【z-pptgen-on1】,ZEPエンジニアリング.
  15. 電波解読マシン Piラジオの製作,トランジスタ技術,2017年1月号 特集,CQ出版社.
  16. 電波超解像!スペクトラムプロセッサSDR誕生,トランジスタ技術,2018年9月号 特集,CQ出版社.
  17. 夢のRFコンピュータ・トランシーバ製作,トランジスタ技術,2017年8月号 連載,CQ出版社.
  18. 信号処理プログラミングで操るソフトウェア無線機&計測機,2019年春号,トランジスタ技術SPECIAL No.146,CQ出版社.