実験4-2_音声モジュールのコマンドデータ取得（DMAモード）

実験の目的：

DMAの動作原理を理解し、DMAモードで音声モジュールのコマンドを取得してシリアルポートで値を確認する方法を習得します。
STM32のGPIO周辺ピン、シリアルポート、割り込みの設定方法を習得します。
STM32CubeMX で新規プロジェクトを作成し、MDK_ARM プロジェクトファイルを生成できるようになります。
keil IDE でユーザーコードを追加し、プロジェクトのテストを行えるようになります。

DMAの基本原理：

DMA：Direct Memory Access（ダイレクトメモリアクセス）の略です。DMA転送は、あるアドレス空間から別のアドレス空間へデータをコピーするもので、周辺機器とメモリ間、またはメモリとメモリ間で高速なデータ転送を実現します。

DMAの転送モード：DMAの役割はデータを直接転送することであり、従来のデータ転送で必要だったCPUレジスタを介する処理を省きます。主に次の4つのケースのデータ転送があります：

周辺機器からメモリへ
メモリから周辺機器へ
メモリからメモリへ
周辺機器から周辺機器へ

周辺機器とメモリ間で通信する際のデータの流れは以下のとおりです：

機能要件：

音声でコマンドを入力し、シリアル出力の結果を確認します。今回は下表のコマンドファームウェアを書き込んでおり、音声モジュールをウェイクアップした状態で「前進」と音声入力すると、シリアルポートに対応する戻り値が出力されます。

ハードウェアの準備：

STM32メインボード V1.3 * 1、ST-Link ダウンロードケーブル * 1、3S電池ボックス * 1、リチウム電池 * 3、音声認識センサー * 1、スピーカー * 1；

回路接続：

ハードウェアモジュール

ヒント：ハードウェアおよびソフトウェア環境の設定

UNI-STM32開発ボード【V1.3】の紹介

UNI-STM32開発環境の設定【V2.0】

電池および電源モジュール使用上の注意事項（必読）

電子モジュールの紹介

ピンの説明

まず音声モジュールを接続するインターフェース（USART2インターフェース）の位置を確認し、ピン表に従って配線します。

音声認識モジュール	STM32メインボード
5V	5V
T	USART2_RX
R	USART2_TX
GND	GND

実際の配線

ヒント：ST-Link はプログラムのダウンロードに使用します。ダウンロード完了後は取り外して構いません。

ソフトウェア設計：

設計フロー

プロジェクトのダウンロード

ソースコードのリンク：（HumansX サポートより提供）

プログラムコード

コアコード：main.c。プロジェクトの完全なコードは（ソースコードのリンク）からダウンロードしてください。

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "config.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  //USART2_Start_DMA();    //Start DMA Receive
  USART2_DMA_Start();
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    //USART2_Check_Data();
    USART2_Background_Poll();
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 84;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

操作手順：

全体の流れ：

（1）STM32CubeMX ソフトウェアでピン割り当てと周辺機器の初期化設定を行い、設定コードを生成します。

（2）keil5 で MDK_ARM プロジェクトファイルを開き、コードの編集・コンパイル・デバッグを行います。

基本パラメータ：

本ドキュメントの（ハードウェアモジュール）に従って開発環境を設定した後の基本パラメータは以下のとおりです：

ソフトウェアバージョン：STM32CubeMX V6.14.0

ハードウェアプラットフォーム：STM32F407IGT6

コンパイル環境：MDK_ARM V5.3.2

デバッグツール：ST-LINK/V2

1. 新規プロジェクトの作成とMCUの設定

1.1 MCUの選択

STM32CubeMX ソフトウェアを開き、File > New Project をクリックします。

2. MCU の絞り込み条件を設定して STM32F407IGT6 を選択し、バージョン欄をクリックした後、最後に Start Project をクリックしてプロジェクトの設定を開始します。

プロジェクト設定画面は以下のとおりです：

1.2 クロック設定とコア設定

Pinout & Configuration の System Core で、RCC（リセットおよびクロック制御） をクリックします。

HSE クロックソースを Crystal/Ceramic Resonator（水晶またはセラミック振動子）に設定します。

設定に成功すると、対応するピン（OSC_IN と OSC_OUT）が自動的に設定されます（下図の緑色の部分を参照）。

機能：

外部高速水晶発振子（HSE）を接続し、システムに高精度のクロックソースを供給するために使用します。

**RCC_OSC_IN**：水晶入力ピン。

**RCC_OSC_OUT**：水晶出力ピン（帰還信号）

デフォルト機能：

**PH0**：**OSC_IN**（外部水晶入力）。

**PH1**：**OSC_OUT**（外部水晶出力）。

デバッグインターフェースのピンを設定します。System Core で SYS をクリックし、Debug のモードを Serial Wire に設定します。

設定が完了すると、対応するピン出力（pin out）が緑色になります。

緑色の部分をクリックすると、具体的な内容を確認できます：

1.3 クロックツリーの設定

次の順にクロックパラメータを設定します：1. 入力周波数の値を8に変更、2. HSE を選択、3. PLLCLK を選択、4. HCLK パラメータを84に変更。その他のパラメータはデフォルトのままで構いません。

ヒント：設定時にはエラーが自動的に検出されます。周波数設定が誤っている場合は、エラー箇所が赤く表示されます。

2. MCUの初期化パラメータの設定

2.1 USARTシリアルポートの設定

PA9 と PA10 をそれぞれ USART1_TX と USART1_RX に設定します。GPIO をクリックしてピンを設定します（この時点では USART1 が未設定のため、ピンに黄色の警告が表示されます）。

Connectivity — USART1 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART1 を設定すると関連ピンが緑色で表示され、ピン設定が正常であることを示します）

2.2 プロジェクト管理の設定

デフォルトの画面は以下のとおりです

プロジェクト名を入力します（任意に設定可）。

プロジェクトの保存先を選択します（Cドライブには保存しないでください）。

コンパイル環境として MDK_ARM を選択します。

バージョン番号 V5.3.2 を選択します。

ファームウェアパッケージの名前とバージョン。

（ヒント：デフォルトでは「Use latest available version」にチェックが入っています。ただし、ローカルPCに最新バージョンがない場合はエラーになります。その場合はパッケージを自分でダウンロードし、ローカルにインストールする必要があります。インストール方法は以下のリンクを参照してください。

UNI-STM32開発環境の設定【V2.0】（リンク先の「6. よくある設定Q&A」のQ3に解決方法があります）

上記の設定が完了すると、下図のようになります：

2. Project Manager > Code Generator ウィンドウを以下のように設定します。

3. Project Manager > Advanced Settings ウィンドウで HAL ライブラリを選択します。

プロジェクトを保存します：File — Save Project をクリックします。

3. GPIO設定 - 音声モジュールのDMA設定

ヒント：USART1 は STM32 メインボードとPC間の通信インターフェース、USART2 は STM32 メインボードと音声モジュール間の通信インターフェースで、高速なデータ取得のためにDMA受信モードに設定します。

ピン	機能
PD5	USART2_TX
PD6	USART2_RX

ピンの設定。

（1）GPIO をクリックし、Pinout ビュー画面下部で PD5 を検索すると、対応するピンが点滅します。点滅しているピンを左クリックして USART2_TX を選択します。同様に Pinout ビュー画面下部で PD6 を検索すると対応するピンが点滅するので、左クリックして USART2_RX を選択します（この時点では USART2 が未設定のため、ピンに黄色の警告が表示されます）。

（2）Connectivity — USART2 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART2 を設定すると関連ピンが緑色で表示され、ピン設定が正常であることを示します）。

（3）DMAの設定。DMA Settings パネルをクリックします。

Add をクリックし、ドロップダウンリストから USART2_RX を選択します。

設定完了後の状態は下図のとおりです：

プロジェクトファイルを再度保存します。

ヒント：必ずプロジェクトファイルを再度保存してください（主にパラメータを保存するためです）。File — Save Project をクリックします。

4. コードの生成

1. GENERATE CODE をクリックしてコードを生成します。

コードが自動生成されます。

コード生成に成功しました。

5. ユーザーコードの追加

上記で生成したフレームワークをもとに、keil エディタでユーザーコードを追加し、コンパイルとデバッグを行います。

ヒント1：例えば main.c の /* USER CODE BEGIN xx */ と /* USER CODE END xx */ の間にユーザーコードを追加します。

ヒント2：.c ファイルを独自に作成することもできます。

ヒント3：ユーザーコードは自分で作成できます。（コード解説）で示した事例を参考にして学習することもできます。

6. コードのダウンロードとテスト

（1）先に音声モジュールにファームウェアを書き込む必要があります：実験3 音声コマンドの生成と書き込み。リンクをクリックしてエントリを書き込んでください。

（2）プロジェクトをダウンロードします。ここではデモを用意しています（本ドキュメントの「ソフトウェア設計」-「プロジェクトのダウンロード」から直接ダウンロードできます）。

参考リンク（UNI-STM32開発環境の設定【V2.0】の「5. プログラムのダウンロード」）を参照してください。

ST-Link とPCの接続ケーブルを抜き、STM32開発ボードから切り離します。
開発ボードに音声認識センサーを接続し、メインボードを Type-C ケーブルでPCに接続します。
音声モジュールに対応する音声コマンドを話しかけ、シリアルポートからの戻り値を確認します。

（1）シリアルデバッグアシスタントのダウンロード：以下のリンクからシリアルデバッグアシスタントをダウンロードできます。

（HumansX サポートより提供） AB %E4%B8%B2%E5%8F%A3%E8%B0%83%E8%AF%95%E5%8A%A9%E6%89%8B

（2）シリアルデバッグアシスタントを開き、下図に従ってボーレート、データビット、ストップビット、パリティビットを設定します（ポート番号はPCが自動的に認識します）。

（3）クリックしてシリアルポートを開きます。

（4）まず音声モジュールをウェイクアップし、次に音声でコマンドを入力して、シリアルポートの戻り値を確認します。

オフライン音声モジュールへの発話	応答	シリアルポートの出力メッセージ
ポテト、ポテト	はい / ご用件は何ですか	なし
前進	前進	data:1
後退	後退	data:2
左旋回	左旋回	data:3
右旋回	右旋回	data:4
左平行移動	左平行移動	data:5
右平行移動	右平行移動	data:6
停止	停止	data:7

実験結果

実際のテスト結果は以下のとおりです：

コード解説

1. ユーザーコードの解説

下図は、プロジェクトファイルに追加したユーザーコードです。

2. ユーザーコードの取り込み方法

1つ目は、ユーザー定義ファイル（.c や .h など）を自分のプロジェクトフォルダに取り込み、keil5 IDE で .c ファイルを追加してコンパイルする方法です。

既存のユーザーファイルの取り込み：keilで既存のユーザーファイルを取り込む方法を参照してください。

2つ目は、main.c ファイルにユーザーコードを追加する方法です。

（1）まず参考プロジェクトのコードを開きます。main.c ファイルは主に STM32CubeMX によって自動生成されたものです。このフレームワークをもとに、実現したい機能を補完・改良しています。/* USER xx で始まり終わるコード部分を重点的に確認してください。下図の赤い部分が追加したユーザーコードです。

（2）上記の赤枠のコードを自分のプロジェクトファイル main.c にコピーし、コンパイルしてダウンロードし、動作を確認します。

技術サポート

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