絶縁ST-Linkを作った

2017年10月13日2017年11月26日

はじめに

STM32マイコンの開発の際に，プログラマ兼デバッガとしてST-Linkを使っています．

このST-Link，単体で販売されているものや，stm32f4discoveryにはV2のものが搭載されています．対して，同じ開発ボードであるNucleoにはST-Link V2-1が搭載されています．これらのバージョンの違いとして，シリアルポートの有無が挙げられます

モータドライバなどの開発の際，安定化電源やバッテリを接続してモータ制御のデバッグを行うことが多いです．この時，PCのUSBポートと比較して電圧や電流が大きい電源と接続されるため，もしもの場合，回路の損傷が生じた際に場合によってはPCにその電力が流れ込み，最悪PCを破壊してしまう可能性があります．
これを防ぐため．ST-Linkで書き込みをした後，ST-Linkを取り外し，データ受信用のシリアルポートはアイソレータを噛ませて接続し，電源やバッテリと接続された回路から電気的に絶縁を施して，動作テストやデバッグを行います．
本来であれば，回路自体をマイコンなどの制御部分とHブリッジなどのパワー部分をアイソレータを噛ませて絶縁するのが望ましいですが，場合によっては絶縁できない，しない回路となることもあります．

これらの問題に対し，書き込み，シリアル通信が可能かつ，PCと電気的に絶縁を施したいというモチベーションからST-Linkを絶縁化しようと思い立ちました．

作った回路

タイトルの通りST-Link V2-1を絶縁化した基板を作成しました．
回路CADにはKiCadを使用しました．
基本的にはNucleoに搭載されているST-Linkを参考に，USBまわりや電源を変更しつつも，なるべくコンパクトに抑えました．
今回作成した基板のCADデータはGitHubにて公開しています．
Yuqlid/Isolate_ST-Link

Contents

1. 特徴
2. 動作テスト

特徴

Nucleoに搭載されているST-Link V2-1の機能を完備（SWD，シリアルポート）．
Analog Devices社のUSBアイソレータ「ADuM4160」を用いてPCのUSB電源と回路を絶縁
絶縁DCDCコンバータを搭載することで，絶縁状態でもある程度の容量の回路であれば，この基板単体で書き込み，デバッグ，シリアル通信，電源供給が可能

動作テスト

実際にはんだ付けしてのがこれです．（右側の基板）

一応EclipseからOpenOCDを起動することには成功しましたが，少しcfgファイルに変更を加える必要がありました．

SW4STM32を使用している場合，OpenOCDでデバッグをする設定を行うのですが，この時にOpenOCDに渡すための.cfgファイルが生成されます．
基本的にこの.cfgファイルに編集を加える必要はありませんが，僕が作った絶縁ST-Linkの場合，.cfgファイルの「Mode Setup」→「Reset Mode：」の項目を「Software system reset」に書き換える必要がありました．
ここの設定を変更しないと，ターゲットマイコンがhaltされず，OpenOCDでのデバッグが行なえませんでした．
おそらく僕がどこか回路のミスをしているのでしょうが，それが特定しきれない状況です…
「Reset Mode：」の部分を書き換えることで，OpenOCDがST-Linkに対してどのような操作を命令しているかがわかれば，基板側のミスも見つけれられると思いっています．

調べていたところ，まったく同じ症状例を見つけました．
電子工作専科　STLink
NRSTの配線もしたはずですが，接続のミスが生じている可能性が出てきました．
オシロスコープを使って信号を眺める必要がありそうですね．

2017-10-15追記
どうやらはんだ付けがNRSTピンだけうまくいっていなかったようで，はんだ付けし直したら無事に「Connect under reset」でもOpenOCDが起動しました．
NRST意外はちゃんとはんだ付けできていたため，中途半端に動作してしまい，原因の特定に時間がかかりました．はんだ付けはちゃんとチェックしないとね…