Dragon board＋センサモジュールハードウェア開発セミナー（2017 06-12） #ドローン #IoT #Azure #zephyr

ドローンワークス株式会社
代表取締役今村博宣
www.drone.co.jp
IoT ALGYAN
DragonBoard＋センサモジュール
ハードウェア開発セミナー
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 1
ハッシュタグ： #ALGYAN

⾃⼰紹介
⻑いです
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 2

⾃⼰紹介と会社概要
⾃⼰紹介
• 83年ソード株式会社
– ハードウェア開発に従事
• 87年半導体ベンチャ-
– GPUの設計に従事
• 89年ハフトテクノロジー株
式会社設⽴
– ワークステーション開発
– デジタル放送設備開発
– デジタル家電開発
– スマートグラス開発
– ⾳楽配信システム開発
会社概要
• 2015/9/1 ドローンワークス株
式会社設⽴
– 国産フライトコントローラの開
発・製造・販売
– ドローンの受託開発・製造・販売
– バルーンカムの製造・販売
– ドローン⽤クラウドサービスの開
発・運営
– ドローン教習サービス
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 3

⾃⼰紹介（２）
• ドローンワークス株式会社代表取締役
• IoTビジネス共創ラボ
– ドローンWG グループリーダー
• Drone Community JAPAN Association（DCoJA）
– 発起⼈
– オープンソースによるドローン開発
• ⼀般社団法⼈組込みシステム技術協会（JASA）
– IoT活⽤⾼度化委員会ドローンWG委員
• モバイルコンピューティング推進コンソーシアム（MCPC）
– ドローンWG グループリーダー
• ⼀般社団法⼈無⼈航空機操縦⼠・整備⼠協会（UPMA）
– 会⻑
• Facebook
– https://www.facebook.com/hironobu.imamura
• Twitter
– https://twitter.com/himamura
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 4

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 5
https://www.slideshare.net/ssuser8b64a9/2010-0306-70951086

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 10
https://www.slideshare.net/ssuser8b64a9/androidabc2013s

Linaroについて
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 18

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 19
Android携帯やTabletに使われているARM CPU。せめてプログラマならこれだけは知っ
ていて欲しいと言う内容を簡単にまとめました。セミナーの概要としては
・ARMアーキテクチャ
・ARMインストラクションセットの歴史
・ARMとLinuxの取り組み
・ARMとオープンソースソフトウェアとの関わり
・ARM専用LinuxのLinaroの概要
また、ARMとは離れますが、最近のIntelの動きとAndoridについても若干話してみたいと
思います。
https://www.youtube.com/watch?v=ZAxk5d_QSWE

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 20
https://www.linaro.org/groups/

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https://www.linaro.org/projects/

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https://www.linaro.org/members/

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 23
http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/From%2096Boards%20to%20the%20Cloud.pdf

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 24
休憩

オープンソースで開発する
ドローンプロジェクト「DCoJA」の紹介
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 25

ドローンを取り巻く環境
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 26
• 現在ドローンを開発している会社は多数あるが、中国のDJI
社が⼀番有名
– Appleと同じように完全垂直統合の企業で、設計〜製造〜販売
まで⼀貫して⾃社で⾏っている。まるでApple
– 最近ではドローンに搭載するデジタルカメラまで⾃社設計〜製
造をしていて、その技術⼒には眼を⾒張るものがありる
• Dronecodeの中⼼メンバーは3DR（3DRobotics）で、率い
るのはあの「MAKERS」の著者クリス・アンダーソン
– 3DRは、⼀番肝⼼なフライトコントローラ部分を全部オープン
ソースとして公開している
– まるでGoogle。こちらはAndroid的なやり⽅
– たくさんのコミュニティーメンバーに⽀えられてバージョン
アップを繰り返しながら機能・性能・安全を向上させている

DroneCodeって何？
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 27
LINUX FOUNDATION
COLLABORATIVE PROJECTS

「Dronecode」の概要
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 28
• 2014/10にLinux Foundationの元で発⾜した無⼈機のフライト
コントローラ等をオープンソースで開発するプロジェクト
• オープンソース・ソフトウェア、オープンソース・ハード
ウェアの両⾯から無⼈ヘリコプターだけではなく、無⼈⾶⾏
機、無⼈ビークルも開発している
• 最近ではVTOL機の開発も進んでいる

Dronecode プロジェクトメンバー
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 29

Dronecodeの分裂と現状（１）
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 30
ハードウェア：APM
ソフトウェア：ArduPilot
ハードウェア：PX4
ソフトウェア：PX4
ワンボード化
ポーティング
DrondCodeとしてスタート
コミュニティー主導
ArduPilot
チューリッヒ⼤学
PX4プロジェクト

Dronecodeの分裂と現状（２）
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 31
コミュニティー主導
ArduPilot
チューリッヒ⼤学
PX4プロジェクト
ハードウェア：PIXHAWK
ソフトウェア：PX4
ハードウェア：PIXHAWK
ソフトウェア：ArduPilot
分裂
GPL v3ライセンス BSDライセンス

Linuxベースのフライトコントローラ
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 32
NAVIO+ Erle Brain
Raspberry Pi B+
または2がベース
Beagle Bone
Blackがベース
２つともArduPilot系

Linuxベースだと何が良い？
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 33
• こだわりたいところだけ追加したり、イ
ジればいい
– >姿勢制御(フィルタとか制御則とか)
– >GNSSの精度(RTKとか)
– >無線⽅式の変更
– >センサの追加
– >アクチュエータの追加
– >安全性の機能強化

「DCoJA」の概要
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 34
• ⽇本発のオープンソースのドローンプロジェクト
• DroneCode Japan Association
のつもりだったんだけど、Dronecodeが分裂して、
我々が使おうとしていたコードはArduPilot.orgに
なってしまい、事実上Dronecode（ソース的には
PX4）を使わない⽅向になった
• Drone Community Japan Association
と⾔う名前に変更

オープンソースによるドローン開発
Drone Community JAPAN Association
2017/06/12 35
現在3つのプロジェクトが進行中
Yatagarasu（八咫烏）
Hachidori（蜂鳥）
Hato（鳩）
© 2017 DroneWorks Inc.

Yatagarasu（⼋咫烏）の概要
• 64bit ARM マルチコアSoC
• Linuxベース
• 96Boards⽤メザニンボードにFCに必要な機
能を搭載
• 複数個のセンサを搭載
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 36

Yatagarasu（⼋咫烏）の開発⾵景
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 37

Yatagarasu（⼋咫烏）のブロック図
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 38
96Boards
LS Connector
SPI
I2C
MS
5611
MPU
9250
MPU
6000
気圧
センサ
MAX
14830
UART CAN
MAX
14830
HMC
5883
BME
280
2SMPB
-02A
9軸
センサ
6軸
センサ
コンパス
センサ
温度・気圧
センサ
気圧
センサ
PCA9685
PWM
External
Option

yatagarasu-RED
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 39
HiKey 960
Huawei Kirin 960
HiKey Board
HiSilicon Kirin 6220
DragonBoard 410c
Snapdragon 410
Mediatek X20
MediaTek X20
Bubblegum-96
Actions Semi S900
＋
世界中の96Boardsを使って
フライトコントローラを作れる
https://www.96boards.org/products/
表
裏

デバッグ⾵景
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 40
イエ～イ！今朝11:30頃に動きましたｗ

Hachidori（蜂⿃）の概要
• 他律制御（⾃律制御をモジッた造語）
• LinuxベースのYatagarasuから派⽣させ、ドローンのセンサ情報を
WiFiで⾶ばす
• 本来のドローンの制御部は96BoardsやPC上のLinux
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 41
HachidoriHachidori
Server
Mission
Planner
USB

Hachidoriの経緯
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 42

Hachidori（蜂⿃）の開発⾵景
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 43

Hachidoriのデバッグ動画
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 44

Hachidori（蜂⿃）のブロック図
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 45
WROOM-02
Wi-Fi Module
INA
226
MPU
9250
FT
230
電流・電圧
センサ
BME
280
9軸
センサUSB
温度・気圧
センサ
PCA9685
PWM
I2C
SPIUART
FET
モーター
ドライバー

Hato（鳩）の概要
• OpenTXみたいなプロジェクト
• Raspberry Piで送信機を作る
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 46
USB
CPPM
Hachidori
Hachidori
Server
Mission Planner

hatoのデバッグ動画
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新電波帯域を使ったプロポの妄想
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 48
Hatoプロジェクトで⽤途に合った
リモートコントローラが開発できるようになる

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 49
https://github.com/DCoJA

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 50
https://github.com/DCoJA/yatagarasu-red

クラウドサービス
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 51

産業⽤ドローンのクラウド連携
2017/06/12 52
フライト
コントローラ BigData
Cloud
セキュアーな
ネットワーク
安全運⾏サービス
Safety Flight Platform（SFP）
フライトコントローラに
約50個のセンサデータが集約
ドローンそのものがIoT
機械学習
ディープラーニング
・航空管制サービス
・農業向けサービス
・測量向けサービス
・撮影向けサービス
・災害対応向けサービス

落ちないためのクラウドサービス
53
メッセージングDrone
デバイス接続
サービス
サービス連携ストレージ表⽰・通知
2017/06/12
Azure Service（ゴールのイメージ）
異常通知
IoT Hub
Event Hub
Stream
Analytics
Mobile
異常データ
IoT Hub
Client
ROS
Topic
センサデータ
Azure IoT
EDGE
UDP AMQP
Json
Notification Hubs
Json
Json
Machine
Learning
HDInsight
Blob
API Management
Web App
異常通知
異常データ
故障予測

Phase-1
マニュアルオペレーションのイメージ
2017/06/12 55
MicrosoftAzure
3G/4G
Azure IoT
EDGE
センサデータ
操縦コマンド
オペレータへ
・異常通知
・故障予測
Azure IoT Edge

操縦者に対するクラウドサービス
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 56
ドローンのテレメトリ
データの可視化
他のドローンの飛行情報
の表示

Azure IoT EDGEの概要
2017/06/12 57
クラウドインテリジェンスをエッジデバイスに拡張
• エッジで⼈⼯知能を実⾏する
• エッジ解析を実⾏する
• クラウドからエッジまで、IoTソリューションを導⼊
• クラウドから集中的にデバイスを管理する
エッジで⼈⼯知能と⾼度な分析を可能にする
⾼度な分析、機械学習、および⼈⼯知能をクラウドに構築し、IoT Edgeを使⽤して物理デバイスに展開し
ます。Azureと第三者サービスのエコシステムは、エッジデバイス上で新しいIoTアプリケーションを有効
にするのに役⽴ちます。Azure Stream Analytics、Microsoft認知サービス、Azure Machine Learningを
活⽤して、より⾼度なIoTソリューションを短時間で作成できます。
IoTソリューションコストを削減
データをローカルで処理するようにエッジデバイスをプログラミングすることで、IoTデー
タをキャプチャしてクラウドに送信することを決定します。次に、クラウドに保存して分
析する必要があるデータのみを送信します。デバイスからクラウドに送信するデータの量
を削減することで、他のビジネスアプリケーションでのデータの保存と分析に伴う帯域幅
のコストとコストを削減できますが、それでも洞察⼒が向上します。
オフラインまたは断続的な接続で動作する
IoT Edgeを使⽤すると、エッジデバイスはオフラインであっても確実に安全に動作したり、クラウドへの
断続的な接続しかない場合でも動作します。再接続すると、エッジデバイスは⾃動的に最新の状態を同期
させ、継続的な接続性に関係なくシームレスに機能し続けます
https://azure.microsoft.com/en-us/campaigns/iot-edge/
•オフラインおよび断続的な接続で操作する
•リアルタイムの意思決定を可能にする
•新しいデバイスと従来のデバイスを接続する
•帯域幅コストの削減

Phase-２
WayPoint オペレーションのイメージ
2017/06/12 58
MicrosoftAzure
・・・・・
約10機
Azure IoT
EDGE
オペレータへ
・異常通知
・故障予測
3G/4G
センサデータ
操縦コマンド

Phase-3
UTM オペレーションのイメージ
2017/06/12 59
MicrosoftAzure
・・・・・
・・・・・
全国にGWを配置
Azure IoT
EDGE
無人機航空管制（UTM）
オペレータへ
・異常通知
・故障予測
・管制情報
・管制指⽰
3G/4G

無⼈航空管制システムとSkype for Business
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 60
管制室でのドロンの管理飛行経路の表示 Skype for Businessによる
多点間情報共有

産業⽤ドローンのサービス階層
2017/06/12 61
サービス層
UTM層
（各国の無⼈航空機管制
システムに対応可能）
SFP層
ストレージ層
Gateway層
DCoJA
オープンソース
フライト
コントローラ層
DCoJA
オープンソース
画像データ
SFP（Safety Flight Platform）
UTM UTM UTM
3G/4G/5G 有線網
Gateway・Grandstation・気象データ・エッジ処理
ロボット専⽤バンド
テレメトリデータ・制御コマンド画像データなど
センサー類
ARM 64bit SoC ＋ Linux
農業撮影測量物流災害⽀援
APIサービス
・・・
・JUTM
・その他
・JASA
・MCPC
・IPA
・その他
ドローンワークス
＋
マイクロソフト
位置情報・速度・⾼さ・⽅向センサ情報画層データ
テレメトリデータ・気象データ

UPM/MRAAについて
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 62

組み込みLinuxの現状
• 各プラットフォームに独⾃に実装
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 63
Intel Edison TI ARM (Beagle
Black Bone)
Qualcomm ARM
(96Boards)
GPIO, I2C, SPI
のハード Intel
GPIO, I2C, SPI
のハード TI
GPIO, I2C, SPI
のハード
Qualcomm
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
ソフトウェア1 ソフトウェア2 ソフトウェア3
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI

• 理想はこうだよね？
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 64
Black Bone)
Qualcomm ARM
(96Boards)
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
同じソフトウェア同じソフトウェア同じソフトウェア
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
GPIO, I2C, SPI
のハード Intel
GPIO, I2C, SPI
のハード TI
GPIO, I2C, SPI
のハード
Qualcomm
共通インターフェース共通インターフェース共通インターフェース

upn/mraaって何？
• IntelがEdison⽤に作ったセンサとか⾊ん
なIOを動かすために⽤意されたライブラ
リ群
• 実はIntelが中⼼になって⾏っているプロ
ジェクトだけど、ARMのLinuxをやってい
るLinaroでも採⽤されました。
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 65

• upmとmraaの関係
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 67
Black Bone)
Qualcomm ARM
(96Boards)
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
同じソフトウェア同じソフトウェ
ア
同じソフトウェア
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
GPIO, I2C, SPI
のハード Intel
GPIO, I2C, SPI
のハード TI
GPIO, I2C, SPI
のハード
Qualcomm
共通インターフェー
ス
共通インターフェース共通インターフェース
ここが
libupm
ここが
libmraa
Linux が動く
ハード

Upm/mraaのサイト関係
• Intel iot-devkit libraries
(https://github.com/intel-iot-devkit)
• IOTDK download location
(http://iotdk.intel.com/)
• upm: UPM Libraries
(http://iotdk.intel.com/docs/master/upm/mod
ules.html)
• mraa: Main Page
(http://iotdk.intel.com/docs/master/mraa/)
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 68

mraa Supported platforms
• Galileo Gen 1 - Rev D
• Galileo Gen 2 - Rev H
• Intel Edison
• Intel(R) NUC DE3815tykhe
• Intel(R) MinnowBoard Max / MinnowBoard Turbot
• Raspberry Pi
• Banana Pi/Pro
• Beaglebone Black
• phyBOARD-Wega
• Intel NUC NUC5i5MYBE
• UP Board
• Intel Joule
• FTDI FT4222H
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 69

Install Libraries
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 72
https://www.96boards.org/documentation/ConsumerEdition/CE-Extras/GPIO/Advanced/README.md/

UPM/MRAAライブラリのインストール
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 73
http://www.96boards.org/blog/install-96boardgpio-libsoc-libmraa-new-image/

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 78
upm/で git diff master dromeworks-experimental としても変更分がわかります
git diff master dromeworks-experimental | grep "diff –git
example/の下にあるのはサンプルプログラムで、その他のはほとんどドライバ
です。
変更分はupmのdromeworks-experimentalブランチにあります。
https://github.com/drone-works/upm/tree/dromeworks-experimental

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 79
https://github.com/drone-works/Shimonso-IoT-Type-R/blob/master/Shimonso-IoT-Type-R.pdf

野望！
• upmとmraaを使ってARMのLinuxとmbedを統⼀
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 82
96Boards
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
同じソフトウェア同じソフトウェ
ア
センサーA GPIO
センサーB I2C
センサーC SPI
GPIO, I2C, SPI
のハード Intel
mbed
共通インターフェー
ス
共通インターフェース
ここが
libupm
ここが
libmraa
Linux が動く
ハード

2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 84
• Zephyr Projectは複数のアーキテクチャをサポートし、その成果物はApache
License 2.0で利用可能になる。
• 新興企業はOSのライセンスについて考慮したり、自社製品に搭載するOSを開発
するという重荷から解放される。
• Zephyr Projectではモジュール化されたかたちで開発が進められる。そのカー
ネル（そして関連モジュール）は8Kバイトのメモリで実行可能となっている。
https://japan.zdnet.com/article/35078243/
Linux Foundation、IoT向けリアルタイムOSの共同開発プロジェクト「Zephyr」を発表
https://fabcross.jp/news/2016/02/20160219_linux_foundation_zephyr.html

Zehpyeサポートボード
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 87
X86 Boards
•Arduino/Genuino 101
•Galileo Gen1/Gen2
•MinnowBoard Max
•X86 Emulation (QEMU)
•Quark D2000 Development Board
•tinyTILE
ARM Boards
•96Boards Carbon
•96Boards Carbon nRF51
•96Boards Nitrogen
•Arduino/Genuino 101 (BLE)
•Arduino Due
•CC3200 LaunchXL
•CC3220SF LaunchXL
•Curie (BLE)
•ST Disco L475 IOT01
•NXP FRDM-K64F
•NXP OpenSDA
•NXP FRDM-KL25Z
•NXP FRDM-KW41Z
•Hexiwear
•Hexiwear KW40Z
•ARM V2M MPS2
•nRF51-PCA10028
•nRF52840-PCA10056
•Redbear Labs Nano v2
•Nordic nRF5x Segger J-Link
•nRF52-PCA10040
•ST Nucleo F401RE
•ST Nucleo F411RE
•ST Nucleo F412ZG
•ST Nucleo F413ZH
•ST Nucleo L432KC
•ST Nucleo L476RG
•OLIMEXINO-STM32
•ARM Cortex-M3 Emulation (QEMU)
•SAM4S Xplained
•SAM E70 Xplained
•ST STM32F469I Discovery
•ST STM32F4DISCOVERY
•ST STM32L496G Discovery
•ARM V2M Beetle
ARC Boards
•Arduino/Genuino 101 (Sensor Subsystem)
•DesignWare(R) ARC(R) EM Starter Kit
NIOS II Boards
•Altera MAX10
XTENSA Boards
•Xtensa simulator

EdgeX Foundry Integration with Linaroʼs
Zephyr-based IoT demonstration system
2017/06/12 © 2017 DroneWorks Inc. 89
https://www.linaro.org/blog/edgex-foundry-integration-linaros-zephyr-based-iot-demonstration-system/

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