チュートリアル: リアルタイム対応アプリケーションを構築する

[アーティクル]
08/09/2023

このチュートリアルでは、Azure Sphere デバイスでリアルタイムコアのサンプルアプリケーションを構築する方法について説明します。リアルタイム対応アプリケーションの基本的な情報については、「 Azure Sphere アプリケーションの概要」を参照してください。

このチュートリアルでは、次の方法について説明します。

サンプルアプリケーションをダウンロードする
GNU Arm ツールチェーンをインストールする
出力を表示するようにハードウェアを設定する
開発とデバッグを有効にする
ターミナルエミュレーターを起動して出力を表示する
リアルタイム対応アプリケーションのビルド、実行、デバッグ

大事な

これらの手順では、MT3620 リファレンスボード設計 (RDB) ハードウェア (Seeed Studios の MT3620 Dev Kit など) に従うハードウェアを使用していることを前提としています。別の Azure Sphere ハードウェアを使用している場合は、製造元のドキュメントを参照して、UART が公開されているかどうかを確認し、そのハードウェアにアクセスする方法を確認してください。出力を異なる方法で表示するようにハードウェアを設定し、app_manifest.json ファイルのサンプルコードと Uarts フィールドを更新して、別の UART を使用する必要がある場合があります。

前提条件

Windows または Linux 用の CMake と Ninja をインストールします。

Windows または Linux 用の Visual Studio Code をインストールします。
Windows または Linux 用の CMake と Ninja をインストールします。

Visual Studio と Azure Sphere 拡張機能をインストールします。

Windows または Linux 用の Azure Sphere SDK をインストールします。
カタログを選択し、デバイスを要求します。
ネットワークを構成し、デバイス OS を更新します。

サンプルアプリケーションをダウンロードする

HelloWorld アプリケーションは次のようにダウンロードできます。

ブラウザーを Microsoft Samples Browser にポイントします。
[Search] ボックスに「Azure Sphere」と入力します。
検索結果から [Azure Sphere - Hello World] を選択します。
[ ZIP のダウンロード] を選択します。
ダウンロードしたファイルを開き、ローカルディレクトリに展開します。

GNU Arm Embedded Toolchain をインストールする

ARM 開発者向け Web サイトから GNU Arm Embedded Toolchain をダウンロードしてインストールできます。または、 vcpkg 成果物を使用して、開発環境を自動的にインストールして構成することもできます。

GNU Arm Embedded Toolchain を手動でダウンロードする
vcpkg を使用してインストールする

Visual Studio 2022: Visual Studio 2022 を使用している場合は、 Arm 開発者向け Web サイトから GNU Arm Embedded Toolchain (arm-none-eabi) をインストールします。
Visual Studio 2019: ツールチェーンは、Visual Studio 2019 の Visual Studio 用 azure-sphere 拡張機能と共に自動的にインストールされます。 Visual Studio 2019 を使用している場合は、出力を表示するためのハードウェアのセットアップに進みます。ただし、GNU Arm Embedded Toolchain を手動でインストールした場合、Visual Studio はインストールしたバージョンを使用します。

ツールチェーンをインストールするには、 Arm 開発者 Web サイトで、ARM Cortex-M4 プロセッサのコンパイラを含む GNU Arm Embedded Toolchain (arm-none-eabi) を見つけます。こちらの手順に従って、OS プラットフォームのコンパイラをダウンロードしてインストールします。

既定では、Visual Studio Code はツールチェーンを検索し、インストールしたバージョンを見つける必要があります。ツールチェーンに関連するビルドの問題が発生した場合は、次のようにパスを入力します。

[ファイル>設定] [設定]>>[拡張機能][Azure Sphere] の順>に選択します。
Azure Sphere: Arm Gnu Path 設定に GNU Arm Embedded Toolchain インストールパスを入力します。

Visual Studio 2019 および 2022

Visual Studio が最新の状態であることを確認します。 [ヘルプ>チェック] を選択してUpdatesします。...
開発者コマンドプロンプトを開きます。
サンプルプロジェクトフォルダーに移動します。

> cd <path to local directory>\HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal
プロジェクトフォルダーに vcpkg-configuration.json というファイルが含まれていることを確認します。
Windows コマンドプロンプトを開いた場合は、Powershell コマンドプロンプトに切り替えます。

> Powershell
vcpkg をダウンロードします。

> iex (iwr -useb https://aka.ms/vcpkg-init.ps1)
vcpkg をアクティブにします。

> vcpkg activate

メモ

Visual Studio 2022 バージョン 17.4 Preview 2 以降では、vcpkg の自動アクティブ化がサポートされています。 vcpkg がインストールされていること、およびバージョン 17.4 Preview 2 以降を使用していることを確認します。 Visual Studio でプロジェクトを開くか、テンプレートから新しいプロジェクトを作成すると、vcpkg が自動的にアクティブになります。

Windows
Linux

コマンドプロンプトを開く
サンプルプロジェクトフォルダーに移動します。

> cd <path to local directory>\HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal
プロジェクトフォルダーに vcpkg-configuration.json というファイルが含まれていることを確認します。
Windows コマンドシェルを開いた場合は、Powershell コマンドプロンプトに切り替えます。

> Powershell
vcpkg をダウンロードします。

> iex (iwr -useb https://aka.ms/vcpkg-init.ps1)
vcpkg をアクティブにします。

> vcpkg activate

Linux ターミナルを開きます。
サンプルプロジェクトフォルダーに移動します。

cd <path to local directory>/HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal
プロジェクトフォルダーに vcpkg-configuration.json というファイルが含まれていることを確認します。
vcpkg をダウンロードします。

. <(curl https://aka.ms/vcpkg-init.sh -L)
vcpkg をアクティブにします。

vcpkg activate

出力を表示するようにハードウェアを設定する

現時点では、各リアルタイムコアは TX 専用 UART をサポートしています。 RTApps はこの UART を使用して、デバイスからログ出力を送信できます。アプリケーションの開発とデバッグ中は、通常、出力を読み取って表示する方法が必要です。 HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetalサンプルは、アプリケーションが UART に書き込む方法を示しています。

FTDI フレンドなどの USB からシリアルへのアダプターを使用して、リアルタイムコアの UART をコンピューターの USB ポートに接続します。また、出力を表示するには、115200-8-N-1 ターミナル設定 (115200 bps、8 ビット、パリティビットなし、1 ストップビット) でシリアル接続を確立するためのターミナルエミュレーターも必要です。

RTApp からの出力を表示するようにハードウェアを設定するには、次の手順に従います。ピンの場所を特定するには、ハードウェアの製造元のドキュメントを参照する必要があります。 MT3620 リファレンスボード設計 (RDB) ハードウェア (Seeed Studios の MT3620 Dev Kit など) に従うハードウェアを使用している場合は、 RDB インターフェイスヘッダーを確認すると、ピンの場所を特定するのに役立つ場合があります。

USB からシリアルへのアダプターの GND を開発キットの GND に接続します。 MT3620 RDB ハードウェアでは、GND はヘッダー 3、ピン 2 です。
USB からシリアルへのアダプターの RX を開発キットの IOM4-0 TX に接続します。 MT3620 RDB ハードウェアでは、IOM4-0 TX はヘッダー 3、ピン 6 です。
USB からシリアルへのアダプターを開発用コンピューター上の空き USB ポートに接続し、シリアルデバイスが接続されているポートを決定します。 Windows で、デバイスマネージャーを開始し、[コンテナー別にデバイスを表示>] を選択し、[USB UART] を探します。たとえば、FT232R USB UART は FTDI フレンドアダプターを示します。
ターミナルエミュレータープログラムを起動し、アダプターで使用される COM ポートに 115200-8-N-1 ターミナルを開きます。ポートと速度を指定する方法については、ターミナルエミュレーターのドキュメントを参照してください。

出力を表示するようにハードウェアを設定する

USB からシリアルへのアダプターの GND を開発キットの GND に接続します。 MT3620 RDB ハードウェアでは、GND はヘッダー 3、ピン 2 です。
USB からシリアルへのアダプターの RX を開発キットの IOM4-0 TX に接続します。 MT3620 RDB ハードウェアでは、IOM4-0 TX はヘッダー 3、ピン 6 です。
USB からシリアルへのアダプターを開発用コンピューター上の空き USB ポートに接続し、シリアルデバイスが接続されているポートを決定します。
- Windows で、デバイスマネージャーを開始し、[コンテナー別にデバイスを表示>] を選択し、[USB UART] を探します。たとえば、FT232R USB UART は FTDI フレンドアダプターを示します。
- Linux では、次のコマンドを入力します。
```
dmesg | grep ttyUSB
```
  ポートには ttyUSBn という名前を付ける必要があります。 n はポート番号を示します。コマンドに複数の dmesg USB ポートが一覧表示されている場合、接続されているポートは通常、最後の USB ポートに接続済みとして報告されます。たとえば、次の例では、ttyUSB4 を使用します。
```
~$ dmesg | grep ttyUSB
[  144.564350] usb 1-1.1.2: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB0
[  144.564768] usb 1-1.1.2: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB1
[  144.565118] usb 1-1.1.2: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB2
[  144.565593] usb 1-1.1.2: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB3
[  144.570429] usb 1-1.1.3: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB4
[  254.171871] ftdi_sio ttyUSB1: FTDI USB Serial Device converter now disconnected from ttyUSB1
```
ターミナルエミュレータープログラムを起動し、アダプターで使用される COM ポートに 115200-8-N-1 ターミナルを開きます。ポートと速度を指定する方法については、ターミナルエミュレーターのドキュメントを参照してください。

開発とデバッグを有効にする

Azure Sphere デバイスでサンプルアプリケーションを構築したり、新しいアプリケーションを開発したりする前に、開発とデバッグを有効にする必要があります。既定では、Azure Sphere デバイスは "ロック" されます。つまり、開発中のアプリケーションを PC から読み込むのは許可せず、アプリケーションのデバッグも許可しません。デバッグ用にデバイスを準備すると、この制限が解除され、デバッグに必要なソフトウェアが読み込まれて、デバイス機能のロックが解除されます。

リアルタイムコアでデバッグするには、 az sphere device enable-development コマンドを使用します。このコマンドは、デバッグのために PC からアプリケーションを受け入れるようにデバイスを構成し、クラウドアプリケーションの更新を許可しない開発デバイスグループにデバイスを割り当てます。アプリケーションの開発とデバッグ中は、クラウドアプリケーションの更新によって開発中のアプリケーションが上書きされないように、デバイスをこのグループに残す必要があります。

Windows では、デバッグサーバーとコアの --enable-rt-core-debugging 種類ごとに必要なドライバーをデバイスに読み込むパラメーターを追加する必要があります。

Windows
Linux

まだログインしていない場合は、Azure Sphere にログインします。
```
az login
```
PowerShell または Windows コマンドプロンプトを使用して、管理者特権でコマンドラインインターフェイスを開きます。パラメーターには --enable-rt-core-debugging 、デバッガー用の USB ドライバーがインストールされるため、管理者特権が必要です。

次のコマンドを入力します。

az sphere device enable-development --enable-rt-core-debugging  --catalog <CatalogName>  --resource-group <ResourceGroupName>

管理者特権が不要になったため、コマンドの完了後にウィンドウを閉じます。ベストプラクティスとして、タスクを実行できる最小限の特権を常に使用する必要があります。

まだログインしていない場合は、Azure Sphere にログインします。
```
az login
```

次のコマンドを入力します。

az sphere device enable-development --enable-rt-core-debugging  --catalog <CatalogName> --resource-group <ResourceGroupName>

az sphere device enable-development コマンドが失敗した場合は、「Azure Sphere の問題のトラブルシューティング」を参照してください。

Visual Studio を使用して HelloWorld RTApp アプリケーションをビルドして実行する

Visual Studio を起動します。 [ ローカルフォルダーを開く] を選択し、ダウンロードした Azure_Sphere___Hello_World.zip ファイルを抽出したフォルダーに移動し、HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal フォルダーを選択します。
MT3620 RDB を使用していない場合は、 app_manifest.json ファイルとサンプルコードを更新して、正しい UART (ISU1 など) を指定します。
CMake の生成が自動的に開始されない場合は、CMakeLists.txt ファイルを選択します。
Visual Studio の [出力] ウィンドウで、CMake 出力にメッセージCMake generation started.と CMake generation finished.が表示されます。
[Build All]\(すべてビルド\) を>選択します。メニューが表示されない場合は、ソリューションエクスプローラーを開き、CMakeLists.txt ファイルを右クリックし、[ビルド] を選択します。 HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal アプリケーションの出力場所が [出力 ] ウィンドウに表示されます。
[ スタートアップ項目の選択 ] メニューの [ HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal (RTCore) を選択します。
F5 キーを押してアプリケーションをデプロイします。
接続されたターミナルエミュレーターには、HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal プログラムからの出力が表示されます。プログラムは、次の単語を 1 秒間隔で送信します。

Tick

Tock
デバッガーを使用してブレークポイントを設定し、変数を検査し、他のデバッグタスクを試します。

Visual Studio Code を使用して HelloWorld RTApp アプリケーションをビルドして実行する

Visual Studio Code で、ダウンロードした Azure_Sphere___Hello_World.zip ファイルを抽出したフォルダー内の HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal フォルダーを開きます。キットの選択を求められたら、[キットを 使用しない] を選択します。
MT3620 RDB ハードウェアを使用していない場合は、 app_manifest.json ファイルとサンプルコードを更新して、正しい UART (ISU1 など) を指定します。
F5 キーを押してデバッガーを起動します。プロジェクトが以前にビルドされていない場合、またはファイルが変更され、再構築が必要な場合、Visual Studio Code はデバッグを開始する前にプロジェクトをビルドします。
Azure Sphere の出力ウィンドウに "イメージのデプロイ... " が表示されます。SDK とコンパイラへのパスが続きます。
接続されたターミナルエミュレーターには、HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal プログラムからの出力が表示されます。プログラムは、次の単語を 1 秒間隔で送信します。

Tick

Tock
Visual Studio Code デバッグ機能を使用して、ブレークポイントの設定、変数の検査、その他のデバッグタスクの試行を行います。

トラブルシューティング

OpenOCD が接続する前に、アプリケーションの実行が開始される可能性があります。その結果、コードの早い段階で設定されたブレークポイントが見逃される可能性があります。この簡単な回避策は、OpenOCD が接続されるまでアプリの起動を遅らせることです。

アプリケーションエントリポイント RTCoreMain の先頭に次のコードを挿入します。これにより、変数fが true に設定されるまで、アプリケーションはループにwhile入り続けます。
```
 volatile bool f = false;
 while (!f) {
    // empty.
 }
```
F5 キーを押してデバッグ (F5) でアプリを起動し、実行に中断します。
[ ローカル ] デバッグウィンドウで、の f 値を 0 から 1 に変更します。
通常どおりにコードをステップ実行します。

サンプルをビルドする

PowerShell、Windows コマンドプロンプト、または Linux コマンドシェルを使用して、コマンドラインインターフェイスを開きます。プロジェクトビルドディレクトリに移動します。
プロジェクトビルドディレクトリから、コマンドプロンプトで、次のパラメーターを指定して CMake を実行します。
```
cmake --preset <preset-name> <source-path>
```
- --preset <preset-name>
  
  CMakePresets.jsonで定義されているビルド構成プリセット名。
- --build <cmake-path>
  
  CMake キャッシュを含むバイナリディレクトリ。たとえば、Azure Sphere サンプルで CMake を実行する場合、ビルドコマンドはになります cmake --build out/ARM-Debug。
- <source-path>
  
  サンプルアプリケーションのソースファイルを含むディレクトリのパス。この例では、Azure Sphere サンプルリポジトリが AzSphere というディレクトリにダウンロードされました。
  
  CMake パラメーターはスペースで区切られます。行継続文字 (^ for Windows コマンドライン、\ for Linux コマンドライン、または ' for PowerShell) は読みやすくするために使用できますが、必須ではありません。
次の例は、RTApp の CMake コマンドを示しています。示されている場所で、ファイルパス>をシステム上のGNU Arm Embedded Toolchainのインストールパスに置き換えます<。
- Windows
- Linux
Windows コマンドプロンプト
```
cmake ^
--preset "ARM-Debug" ^
"C:\AzSphere\azure-sphere-samples\Samples\HelloWorld\HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal"
```
Windows PowerShell
```
cmake `
--preset "ARM-Debug" `
"C:\AzSphere\azure-sphere-samples\Samples\HelloWorld\HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal"
```
```
cmake \
--preset "ARM-Debug" \
./AzSphere/azure-sphere-samples/Samples/HelloWorld/HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal
```
Ninja を実行してアプリケーションをビルドし、イメージパッケージファイルを作成します。
```
ninja -C out/ARM-Debug
```
Ninja は、結果のアプリケーションファイルと .imagepackage ファイルを指定されたディレクトリに配置します。

次のコマンドを使用して、CMake を介して Ninja を呼び出すこともできます。
```
cmake --build out/<binary-dir>
```
CMake キャッシュを含むバイナリディレクトリに設定 <binary-dir> します。たとえば、Azure Sphere サンプルで CMake を実行する場合、ビルドコマンドはになります cmake --build out/ARM-Debug。

特に CMake コマンドに変更を加えてからトラブルシューティングを行う場合は、ビルド全体を削除してやり直してください。

サンプルを実行する

デバイスに既にデプロイされているアプリケーションを削除します。
```
az sphere device sideload delete
```
プロジェクトディレクトリから、コマンドプロンプトで、ninja によって作成されたイメージパッケージを読み込みます。
```
az sphere device sideload deploy --image-package <path-to-imagepackage>
```
アプリケーションが読み込まれた直後に、アプリケーションの実行が開始されます。接続されたターミナルエミュレーターには、次の情報が表示されます。
```
Tick

Tock

Tick
.
.
.
```
イメージのコンポーネント ID を取得します。
```
az sphere image-package show --image-package <path-to-imagepackage>
```
コマンドは、イメージパッケージのすべてのメタデータを返します。アプリケーションのコンポーネント ID は、[アプリケーションイメージの種類] の [ID] セクションに表示されます。例えば：
```
...
  "Identity": {
    "ComponentId": "<component-id>",
    "ImageId": "<image-id>",
    "ImageType": "Application"
  },
...
```
次のコマンドを使用して、アプリケーションの停止、起動、および状態の取得を行うことができます。
```
az sphere device app stop --component-id <component id>
```
```
az sphere device app start --component-id <component id>
```
```
az sphere device app show-status --component-id <component id>
```

サンプルをデバッグする

アプリケーションが実行されている場合は停止します。
```
az sphere device app stop --component-id <component id>
```
デバッグのためにアプリケーションを再実行します。
```
az sphere device app start --debug-mode true  --component-id <component id>
```
このコマンドは、アプリケーションが実行されているコアを返します。
```
<component id>
App state   : running
Core        : Real-time 0
```
アプリケーションがビルドされた sysroot の Openocd フォルダーに移動します。 sysroots は、Azure Sphere SDK のインストールフォルダーにインストールされます。たとえば、Windows では、フォルダーは既定で Linux のと /opt/azurespheresdk/Sysroots/*sysroot*/tools/sysroots/x86_64-pokysdk-linuxで C:\Program Files (x86)\Microsoft Azure Sphere SDK\Sysroots\*sysroot*\tools\openocd インストールされます。

次の例に示すようにを実行 openocd します。この例では、アプリがコア 0 で実行されていることを前提としています。アプリがコア 1 で実行されている場合は、"targets io0" を "targets io1" に置き換えます。

Windows
Linux

openocd -f mt3620-rdb-ftdi.cfg -f mt3620-io0.cfg -c "gdb_memory_map disable" -c "gdb_breakpoint_override hard" -c init -c "targets io0" -c halt -c "targets"

  ./usr/bin/openocd -f mt3620-rdb-ftdi.cfg -f mt3620-io0.cfg -c "gdb_memory_map disable" -c "gdb_breakpoint_override hard" -c init -c "targets io0" -c halt -c "targets"

アプリケーション .out ファイルを含むフォルダーに移動し、GNU Arm Embedded Toolchain の一部であるを開始 arm-none-eabi-gdbします。

Windows
Linux

Windows コマンドプロンプト

"C:\Program Files (x86)\GNU Arm Embedded Toolchain\9 2020-q2-update\bin\arm-none-eabi-gdb" HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal.out

Windows PowerShell

& "C:\Program Files (x86)\GNU Arm Embedded Toolchain\9 2020-q2-update\bin\arm-none-eabi-gdb" HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal.out

  /opt/gcc-arm-none-eabi-9-2020-q2-update/bin/arm-none-eabi-gdb HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal.out

OpenOCD サーバーは、:4444 で GDB サーバーインターフェイスを提供します。デバッグのターゲットを設定します。

target remote :4444
これで、gdb コマンドを実行できるようになりました。
接続されたターミナルエミュレーターには、アプリケーションからの出力が表示されます。

パートナーアプリを使用する

Azure Sphere デバイスにアプリケーションを読み込むと、Azure Sphere デプロイツールによって既定ですべての既存のアプリケーションが削除されます。相互に通信するアプリケーションを開発するときにこの問題が発生しないようにするには、アプリケーションを パートナーとしてマークする必要があります。いずれかのアプリケーションをデプロイしても、そのパートナーは削除されません。詳細については、「アプリケーションをパートナーとしてマークする」を参照してください。

次の手順

Azure Sphere で Azure RTOS を実行する方法について説明します
リアルタイム対応コアの追加サンプルを調べる:
Azure Sphere アプリケーションの詳細

次の方法で共有

チュートリアル: リアルタイム対応アプリケーションを構築する

前提条件

サンプルアプリケーションをダウンロードする

GNU Arm Embedded Toolchain をインストールする

Visual Studio 2019 および 2022

出力を表示するようにハードウェアを設定する

出力を表示するようにハードウェアを設定する

開発とデバッグを有効にする

Visual Studio を使用して HelloWorld RTApp アプリケーションをビルドして実行する

Visual Studio Code を使用して HelloWorld RTApp アプリケーションをビルドして実行する

トラブルシューティング

サンプルをビルドする

サンプルを実行する

サンプルをデバッグする

パートナーアプリを使用する

次の手順

フィードバック

その他のリソース

次の方法で共有

チュートリアル: リアルタイム対応アプリケーションを構築する

前提 条件

サンプル アプリケーションをダウンロードする

GNU Arm Embedded Toolchain をインストールする

出力を表示するようにハードウェアを設定する

出力を表示するようにハードウェアを設定する

開発とデバッグを有効にする

Visual Studio を使用して HelloWorld RTApp アプリケーションをビルドして実行する

Visual Studio Code を使用して HelloWorld RTApp アプリケーションをビルドして実行する

トラブルシューティング

サンプルをビルドする

サンプルを実行する

サンプルをデバッグする

パートナー アプリを使用する

次の手順

フィードバック

その他のリソース

前提条件

サンプルアプリケーションをダウンロードする

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