UDP w5500

w5500_UDP — STM32G431 + W5500 UDP⇄CAN エンドエフェクタ制御基板

STM32G431 + WIZnet W5500(Ethernet) を使い、PC(Python)から UDP で直接 CAN バス上のアクチュエータ (DJI C610 ESC / TTL サーボ / 差動ワイヤ機構モータ) を制御するための、基板設計(KiCad)・ファームウェア (STM32CubeMX + CMake)・PC側ツール一式です。

このリポジトリの範囲

ロボットアーム全体は「GIM6010/GIM8018 で関節を駆動する基板(192.168.1.100)」と「本基板=エンド エフェクタ基板(192.168.1.101)」の 2 枚の STM32G431+W5500 基板を同一 LAN 上で使う構成を前提にしています。 本リポジトリに含まれるファームウェアは 192.168.1.101 側(エンドエフェクタ基板)のみです。 GIM 基板側のファームウェアは別ファーム・別管理であり、ここには含まれていません (tools/odrive_setup/ の ODrive 初期設定スクリプトや tools/hl_control/ 内の一部スクリプトは GIM 側の調査・設定用に書かれたものですが、GIM 基板自体のファームウェアソースはありません)。

ディレクトリ構成

ハードウェア概要

• MCU: STM32G431CBT6 (Cortex-M4F)

• Ethernet: WIZnet W5500(SPI 接続、静的 IP)

• CAN: FDCAN1, 1 Mbps classic CAN, 標準 11bit ID

• バス上のデバイスと CAN ID:

  デバイス	CAN ID	通信方向	仕様書
  DJI C610 (M2006 用 ESC)	0x01(ESC ID=1) + AS5600 フィードバック	送受信	— (DJI 標準プロトコル)
  TTL サーボ基板	0x21	受信専用(本基板からは送信しない)	CAN_PROTOCOL_TTL-SERVO.md
  差動ワイヤ機構モータ(ピッチ/ヨー)	0x11 / 0x12	受信専用(本基板からは送信しない)	CAN_PROTOCOL_wave_motor.md

• 3D モデル: UDP_w5500/3D/UDP_w5500.step が基板単体の統合 STEP。3D_base*.ipt/.stl / 3D_clear*.ipt/.stl はエンクロージャ部品(Autodesk Inventor 形式 + 変換済み STL)。

  • 既知の注意点: PCB 上の RJ45 コネクタの 3D モデル参照(${KIPRJMOD}/EASYEDA_MODELS/RJ45-TH_HR911105A.step) は本リポジトリに含まれていません。KiCad の 3D ビューアでその部品だけ表示されませんが、 回路設計・ガーバー出力には影響しません。

ビルド環境

• Arm GNU Toolchain (arm-none-eabi-gcc 等) を PATH に追加
• CMake 3.22 以上、Ninja
• STM32CubeMX (G431_w5500/G431_w5500.ioc を編集・再生成する場合のみ)
• フラッシュ/デバッグ用に ST-Link デバッグプローブ + OpenOCD 、 または STM32CubeProgrammer

CLI でビルド

cd G431_w5500
cmake --preset Debug
cmake --build --preset Debug

VS Code でビルド/フラッシュ

本リポジトリには .vscode/ 設定を同梱しています。

1. .vscode/settings.json の cortex-debug.openocdPath、.vscode/tasks.json の Flash タスクの command は "openocd" としてあります。OpenOCD を PATH に追加するか、 お使いの環境のインストール先の絶対パスに書き換えてください。
2. .vscode/c_cpp_properties.json の compilerPath は Arm GNU Toolchain の Windows インストーラのデフォルト位置を指しています。インストール先が異なる場合は書き換えてください。
3. ビルド: Ctrl+Shift+B (Build Debug タスク、cmake --build を実行)
4. 書き込み: タスク Flash (Build Debug に依存、OpenOCD + ST-Link で書き込み・検証・リセット)
5. デバッグ: 実行とデバッグ → Debug (OpenOCD)

ネットワーク設定(環境ごとに書き換えが必要)

基板の IP/MAC と、ブロードキャスト以外の送信先 PC の IP アドレスは G431_w5500/Core/Src/main.c 内にコンパイル時定数として直接 記述されています。自分の環境の LAN 構成に合わせて書き換えてから書き込んでください。

.mac = {0x00, 0x08, 0xdc, 0x11, 0x22, 0x65},
.ip  = {192, 168, 1, 101},   // 本基板(エンドエフェクタ)の固定IP
.sn  = {255, 255, 255, 0},
.gw  = {192, 168, 1, 1},

uint8_t dest_ip[4] = {192, 168, 1, 2}; // ← PC側のIPアドレスに書き換える

GIM 基板(別ファーム)を同一 LAN に併設する場合は、IP(192.168.1.100 等)と MAC が重複しないように してください。

UDP ポート一覧

PC 側ツール(Python)

Python 3.x、標準ライブラリ(socket / struct / tkinter / argparse)のみで動作します (tkinter を使う GUI ツールは Tcl/Tk 入りの Python が必要)。tools/odrive_setup/ の スクリプトのみ追加で ODrive 公式ライブラリが必要です。

pip install odrive   # tools/odrive_setup/ のスクリプトを使う場合のみ

主なツール:

• tools/can_id_scanner/can_id_scanner.py — GIM 基板(100)とエンドエフェクタ基板(101)の 両方を 1 ウィンドウ(上下2セクション)で扱う GUI。生 CAN フレーム(ポート5001)の送受信・デコード。
• tools/hl_control/ros2_arm_control.py — 同様の 2 基板 GUI(ROS2/sharmech プロトコル版、ポート8888/8889)。
• tools/as5600_monitor/as5600_monitor.py — AS5600 角度モニタ(ポート5004)の CLI クライアント。
• tools/hl_control/diagnose_gim_axes.py / ramp_gim6010_pitch.py — GIM 基板側の ODrive heartbeat 診断・角度ランプ送信(ポート5001 の生 CAN ブリッジ経由、GIM 基板向け)。
• tools/odrive_setup/odrive_configure.py / odrive_inspect.py 等 — USB 接続した ODrive(GIM6010-8/GIM8108-8)の初期設定・読み取り専用確認スクリプト。

いずれも -h / --help で使用法を確認できます。

基板発注

UDP_w5500/jlcpcb/production_files/ に JLCPCB 向けの BOM・CPL・ガーバー一式(zip)が、 UDP_w5500/jlcpcb/gerber/ に展開済みガーバー/ドリルデータがあります。他の基板製造業者を使う場合は UDP_w5500/UDP_w5500.kicad_pcb から KiCad 9 でガーバーを再出力してください。

既知の制限・未解決事項

• RJ45 コネクタの 3D モデル参照が欠落している(上記参照)。電気的な設計・発注には影響しない。
• tools/hl_control/ros2_arm_control.py はワイヤフォーマットの仕様根拠として社内リポジトリ sharmech(非公開・本リポジトリには含まれない)の文書を参照しているコメントがありますが、 スクリプト自体は標準ライブラリのみで完結しており、sharmech が無くても動作します。

ライセンス

MIT License。ただし G431_w5500/Core/Drivers/W5500/(WIZnet ioLibrary)、 G431_w5500/Drivers/CMSIS/、G431_w5500/Drivers/STM32G4xx_HAL_Driver/ は各ディレクトリ・ ファイルヘッダに記載された元のライセンス(WIZnet license / Apache-2.0 / BSD-3-Clause)に従います。