OSC東京でいただいた UIAPduinoマイコンボードで PSG演奏と液晶ドッド絵デモ / osc2026Kagawa

オープンソースカンファレンス 2026 Kagawa の「NetBSDのご紹介」のセミナーで発表した『OSC東京でいただいた UIAPduinoマイコンボードで PSG演奏と液晶ドッド絵デモ』のスライドです。（セミナー発表時から一部誤記の修正をしています）

Transcript

1. OSC東京でいただいた UIAPduinoマイコンボードで PSG演奏と液晶ドッド絵デモ オープンソースカンファレンス 2026 香川 「290円マイコンボードでPC-6001デモ」 Izumi Tsutsui tsutsui@NetBSD.org (Twitter): @tsutsuii 𝕏 Mastodon: @tsutsuii@social.mikutter.hachune.net
2. 0. はじめに 今日の展示物と セミナーについて
3. ラズパイHATサイズPSG演奏基板
4. PC-6001 PSG演奏と 8フレームミクさんデモ
5. UIAPduino PSG演奏と 8フレームミクさんデモ
6. 1. 先々月の OSC大阪展示と 先月の OSC東京展示 「Ｐ・Ｓ・Ｇ！」
7. OSC2026大阪 https://x.com/ebijun/status/2017409056194105825  NetBSD+ラズパイ で PSG演奏 デモ
8. OSC2026東京 春 https://x.com/tsutsuii/status/2027210506042523999  NetBSD+ラズパイ で PSG ブラッシュアップ
9. OSC2026東京 春  なお一部の展示予定がておくれに https://x.com/tsutsuii/status/2026627528283337010
10. というわけで作って展示してます https://x.com/tsutsuii/status/2033167358928527452
11. ……なんですが、 ラズパイ4のFDT対応とか aarch64 GPIO対応とか ドライバ実装の議論中で コミットできていないので 今日の本題はもう一つの UIAPduinoです
12. 2. NetBSDとは 2024年のOSC愛媛で 紹介スライドを作ったので 毎回ちょっとだけ説明
13. BSDとは？ •Berkeley Software Distribution •カリフォルニア大学バークレー校 で開発されたUNIX系OS •’70年代 UNIX研究として開発開始 •’80年代 ネットワーク機能、 仮想記憶など現代のOSの 基礎を築く •UNIXの進化と普及に貢献
14. •“Of course, it runs NetBSD” ➔特定の機種に依存しない設計 •“Reasonable Goal” ➔性能より「理にかなった」設計 •機能別によく分離された構造の 　ドライバやインタフェース NetBSDの特長　
15. •いろんなCPUやデバイスで動く •クロス開発環境の意識が強い ➔組み込み系での採用例が多い NetBSDの特長　 https://www.ricoh.co.jp/-/media/Ricoh/Sites/co_jp/pdf/34211809/pro-8420y-8420ht-8410y-8410ht.pdf
16. •“セルフコンパイル” ➔バイナリを作るホスト＝実行するホスト 通常のPC等のアプリケーション開発など •“クロスコンパイル” ➔バイナリを作るホスト≠実行するホスト めちゃくちゃ遅い古いマシンとか 組み込み機器やスマホなど ➔NetBSDは標準でクロスコンパイラを使用 クロスコンパイルとは
17. 3. PC-6001とは このところずっと 展示デモしてますね……
18. PC-6001 とは • NEC製の 8ビットパソコン •1981年 11月 発売
19. PC-6001 スペック •CPU： 8bit Z80互換 4MHz •RAM： 標準 16KB, 最大32KB •グラフィック: 128×192ドット 4色 256×192ドット モノクロ2色 •音源：PSG 3和音 •標準価格：89,800円
20. •VRAMも共用 → 空きは 7KB/23KB •10〜100バイト単位で残りメモリを 　見つつ削りながら作っていた時代 メモリ 16KB/32KB
21. 4. PC-6001と エミュレータ なんでNetBSDブースで？ というこじつけの歴史
22. PC-6001用エミュレータ 実機がなくても遊べます •2000年頃からPC-6001のエミュレータが 多数開発される •エミュレータだけでなく、 開発に必要なツールも多数 •データ記録テーブ模擬 •テープ音声⇔エミュ用データ変換 •プログラムテキスト⇔エミュ用変換 •エミュレータもデバッグ機能が充実
23. PC6001VX https://eighttails.seesaa.net/article/305067428.html https://github.com/eighttails/PC6001VX
24. •READMEより 「PC6001VをLinux等で動作 　するよう改変したものです」 「PC6001VXの末尾のXは 　クロスプラットフォームの 　Xです」 PC6001VX https://github.com/eighttails/PC6001VX
25. •基本的な機能は PC6001V 準拠 •クロスGUI環境としてQtを使用 •互換ROM内蔵で 実機ROM不要 → •pkgsrc にしたので NetBSDでも動作可能！ •Android版もあります→ PC6001VX https://github.com/eighttails/PC6001VX
26. むりやりブース展示理論 NetBSDは いろんなマシンで動く + pkgsrcは NetBSDで使える ↓ 自分がpkgsrcのメンテ担当の PC6001エミュやツールを使えば それはNetBSDセミナーネタ
27. というこじつけを 解消するために 「NetBSDとラズパイで 本物のPSGハードを 制御して鳴らす」 というテーマで作って 展示発表したのが OSC大阪と東京でした
28. 5. PSG音源と 演奏原理 限られたCPU性能と メモリ容量でも 演奏するための工夫
29. PSG音源 •いわゆるピコピコ音 × 3和音 •元はアーケードゲーム用？ •BASIC言語だと PLAY 文で MML (Music Macro Language) という楽譜相当の書式で演奏 こんなの→ "d4b4&b32r16.b8.r16q2b8b8b8" •“d” が「レ」、“4” が「4分音符の長さ」 　“&” がタイで音をつなげる、といった具合
30. PC-6001内のPSG音源IC
31. PC-6001で PSG曲を演奏する手段 について
32. よっしゅさんの PC-6001用 PSG音源ドライバ http://park10.wakwak.com/~yosh/p6.html デモ演奏にはこれを使います
33. 40年前の クロック4MHz メモリ 32KB (MBではありません) で これだけ演奏できるなら 今どきのマシンでは 楽勝のはずだよね？
34. PSGの出力原理 スピーカー アンプ ♪♪ ♪ Pico pico 加算 PSGチップ チャンネル3 Volume 1〜15 チャンネル1 Volume 1〜15 音程 チャンネル2 Volume 1〜15 音程 音程 各chに音程と音量を設定すると その音が鳴り続ける
35. PSG演奏ドライバの考え方  「演奏」とは •PSGに「周波数と音量」を書くだけで 　各チャンネルの音は鳴る •でも一定の音が鳴り続けるだけ •曲を演奏するには、時間経過と共に 　ピアノの鍵盤を順に弾くのと同様に 　一定周期で周波数と音量（OFF含む）を 　PSGに書き込み続ける必要がある
36. よっしゅさんの PC-6001用 PSG音源ドライバ  特長 •2ms周期割り込みを使用 •96分音符単位で制御 •ビブラート(周波数変化)サポート •ソフトウェアエンベロープ 　(発声中の時間音量変化)サポート •割り込み駆動なのでBGM演奏も可能
37. 2ms割り込みでの演奏イメージ 「96分音符単位」がキモ BASICプログラム実行 時間 2ms 周期割り込み 96分音符長単位演奏処理 96分音符長単位演奏処理 96分音符長単位演奏処理 •4分音符を鳴らすには？ ➔出力ONした後 24(=96÷4)回後にOFFする •音量や周波数も96分時間単位で変化させる ←この回数でテンポ決定→ （3〜12回程度）
38. PSG音源ドライバで必要な処理  要件定義から •2ms周期で演奏ルーチンを呼ぶ •演奏データを解釈して処理する ▶音符データに従った周波数と音量出力 ▶音長のカウントと出力ON/OFF ▶ビブラートの周波数変化処理 ▶エンベロープのボリューム変化処理
39. という感じでOSC大阪展示  展示用PSG演奏状態表示も作りました https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/115974096152180552
40. 6. OSC東京向け リファクタリング NetBSDセミナーぽいネタを
41. OSC大阪時点の演奏プログラム  突貫作成のテストプログラムからそのまま •GPIO関数が main関数と同じファイル •演奏データ読み出しもmain関数内 ➔NetBSD的な「機能別の分離」をして 　「どんなマシンでも動く」という 　構成にすべき！ ……という病気を発症
42. PSGハード接続仕様を考える  ラズパイ以外にもできるはず？ •今はラズパイのGPIOに接続 •PCだとUSB経由でGPIO接続する？ •PSGをソフトでエミュレートするかも ➔何が相手でも、プレーヤーは共通で 　バックエンド差し替えで動くように 　再構成したい OSC東京セミナースライドより
43. 機能別分割とI/F定義  以下に分離 •起動初期化と2ms周期呼び出しmain() •PSG演奏データ読み出し処理 •PSGレジスタアクセスH/Wアクセス層 •PSGドライバ2ms周期演奏処理 •展示デモ用演奏状態表示処理 ➔インタフェースと構造体定義が面倒くさい、 　と言いながらChatGPTに構造案を出させて修正
44. ……と、ブース展示では わからない要素込みだったOSC東京 https://x.com/ebijun/status/2027227799686443419
45. 8. OSC東京と UIAPduino ……と伏線を張ったところで 45ページ目の本題です
46. UIAPduino とは  「290円」Ardiuno互換マイコンボード https://www.uiap.jp/uiapduino/
47. UIAPduino とは  主な仕様 •RISC-Vコア CH32V003 CPU 48MHz •Arduino IDE対応 •FLASH ROM 16KB / RAM 2KB •GPIO 15本, ADC, UART, SPI, PWM, 　I2C, タイマ 等々のI/O •5V / 3.3V 動作切替可能 https://www.uiap.jp/uiapduino/pro-micro/ch32v003/v1dot4
48. OSC東京の展示ブースにて  290円どころではなくて •OSC東京で同じ部屋だった 　UIAPさんのブースで 　無償配布ボードを頂く •GPIO端子 と FLASH ROM 16KB を見て 　考えることはただひとつ： 「これにPSGをつなげられるだろうか」
49. ひとまずサーベイ  公式ページ AI支援コーディングのススメ https://www.uiap.jp/uiapduino/pro-micro/ch32v003/v1dot4
50. 教えに従って ChatGPTに雑に聞いてみる UIAPduinoに PSG YM2149F を接続して、 Raspberry Pi 3Bから制御したとき同様に 演奏制御できますか？ また、ボード同士の接続端子も 教えてください。 以下のWEB資料を参考にしてください。 https://www.uiap.jp/uiapduino/pro-micro/ch32v003/v1dot4 https://ch32v003-guidebook-arduino.74th.tech/
51. 　はい、できます。 しかも UIAPduino Pro Micro CH32V003 V1.4は 5V動作に対応し、 CH32V003 は 48MHz で動き、 Arduino IDEでスケッチを書けるので、 YM2149F を 8bit パラレルで直接 たたく用途には十分向いています。
52. AIにマニュアルを読ませよう  だいたい聞くと出てくる •「GPIOとYM2149接続案を出して」 ➔さくっと提示されたのでそれを元に割り当て修正 •「レジスタアクセスのサンプルを見せて」 ➔MMIO含めてアクセスの感触がだいたいわかる •「ROM容量的にPSGドライバ入りそう？」 ➔Arduinoではなくch32fun開発環境を勧められる •「2msタイマ割り込みってどう書けばいい？」 ➔割り込み関数の書式もサクっと出てくる •「2MHzクロックの出力はさすがに厳しい？」 ➔PWM出力キャリア 2MHzの Duty 50%でいける
53. AIにテストコードを書かせよう  ラズパイPSG開発の経験が生きている？ •「ラズパイの時みたいにドミソを出す 　　サンプルコードを書いて」 ➔どこかで見たようなサンプルコードが出てくる •あまりにもサクサク実装設計が進むので 　部品箱に転がってた万能基板と 　ラズパイPSGの余剰部品でおもむろに 　UIAPduino + PSG の回路を作ってみる
54. 基板は人間が作ります  材料の UIAPduinoとアンプとYM2149
55. 基板は人間が作ります  サイズギリギリ基板
56. 基板は人間が作ります  土地がないので違法建築
57. 基板は人間が作ります  ジャストフィットレイアウト
58. 基板は人間が作ります  配線
59. 基板は人間が作ります  2時間半ほどで完成
60. とりあえず WSL上のch32fun環境で ビルドしていきなり動作確認 https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116188262998132305
61. https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116188295183443921 （ドミソー♫ の和音が　 　5秒鳴る動画）
62. UIAPduino PSG動作確認RTA https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116188330047219980
63. リファクタリングの伏線回収で PSG演奏ドライバも一瞬で動作 https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116188996603484913
64. そのまま勢いで基板作成段取り https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116199133399158713
65. 回路図とパターンも引いて発注 https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116205429797034834
66. https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116232445555611502
67. とりあえず動画投稿 https://www.nicovideo.jp/watch/sm46078036
68. 奉納準備 https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116263951737042111
69. というわけで 3/21(土)のNT京都で UIAPさんブースに寄贈しました https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116265666962369271
70. また追加で UIAPduinoを いただいたので 次の計画を立案 　 CH32V006バージョンもいただいたのですが、 順番に片付けますので……
71. PC-6001 PSGデモといえば  160x90ドットミクさん https://www.nicovideo.jp/watch/sm45229358
72. UIAPduinoでも 160x90ミクさんを 動かしながら PSG演奏できたら めちゃくちゃ 楽しいのでは？
73. とりあえず 160x90表示できる モノクロ液晶を 探してみたものの なかなか無い？ カラーのはいくつかあるけど
74. いろいろ探して一つ発見 https://www.switch-science.com/products/3350
75.  Adafruit SHARP Memory Display •144x168ドットモノクロ •SPIで3線接続可能 •5V/3V両対応 •メモリ内蔵で行ごとに書き換え可能 いろいろ探して一つ発見
76. “ディスプレイ書込時には、 168 x 144ビット全体 （3KB）のバッファが マイコン側に必要です”
77. UIAPduino の RAM は 前述の通り 2KB ですが、 液晶マニュアルを見て 「まあなんとかなるやろ」 と脳内構想段階で 予備含めて2台発注
78. メモリ容量見積もり (ROM)  160×90÷8=1800バイト •PC-6001の空きメモリは約23KB •4枚 7.2KBは割と余裕 •8枚 14.4KBは非圧縮でギリいける •16枚 28.8KBはZX0圧縮でギリOK ➔UIAPduino の FLASH ROM 16KBでも 　圧縮すればなんとかなりそう？
79. メモリ容量見積もり (RAM)  144×168÷8=3024バイト •全体を一度にSPIするから足りない •液晶のコマンド仕様を見る限りは 　任意行単位で書き込みできるっぽい ➔160x90画像を分割してから圧縮して 　ブロックごとに展開して表示すれば 　320〜800バイト程度でもイケそう？
80. 例によってChatGPTと設計  仕様は人間、実装はAI •160x90画像を左回転して144x168の 　真ん中よりに表示 •上下4ラインと左右3バイトはベタ •端数6ドットは画像に含める •16ライン毎にZX0圧縮してROM保持 •表示も16ライン毎展開してSPI通信
81. 画像データ→圧縮ROMデータ作成  ツール作成も仕様定義すればAIで十分 •160x90画像を読んで、左回転して 　液晶仕様のLSBが左側に変換して 　黒を0、白を1にしてバイト変換して 　16ライン（32バイト） 毎にZX0圧縮して 　画像展開用構造体として出力 　みたいな感じでさくっとツールを作ってもらう ✔（上記は最終仕様でビットオーダーとか白黒設定は途中で 　　いろいろ試行錯誤してました）
82. ブレッドボードでテスト  オシロもテスタも持ち出さない勘デバッグ戦法 •最初はうんともすんとも言わない 　いろいろ一度に詰め込みすぎ •SPIのSCSをLED付きのピンにして様子を見る •明るいままなので無限ループしそうなところを 　チェックして、要らなそうな受信待ちを削除 ➔なんかミクさんの髪の 　一部が出たっぽい！？
83. デバッグもテストもAIブースト  便利なしもべ •切り分けのために1ラインずつ書いてみよう、 　と言われてテストルーチンを追加してもらう •各ライン問題無いようなので ZX0展開ルーチン 　を疑ってみる •展開ルーチンはC実装だから、NetBSD上で動く 　同じ展開処理を検証するテストを書いて、 　と依頼して、その結果（NG）をまた投げる　 ➔「2ブロック目の展開で通るパスで処理を 　　間違えてました」と自分で直してくる 　　（元実装の goto文を勝手にfor(;;) に書き換えてバグっていた）
84. 修正して実行すると……  検証サイクル速すぎ問題（1枚絵OK） https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116317929811940946
85. 4枚ループ表示もOK！ https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116318071675023293
86. 楽しい！ ✌('ω'✌ )三✌('ω')✌三( ✌'ω')✌
87. ゴールが 見えてきたので 書き換え速度を 見積もってみる
88. SPIクロック律速？  これもChatGPTに計算してもらいつつ •液晶仕様としては上限 1.1MHz •CH32V003の仕様上は 24MHzの分周 　つまり 750kHz か 1.5MHz？ •計算上は1.5MHzでも厳しい •試しに3MHzで動かす →動く？ •試しに6MHzで動かす →動く！？ ➔画面4分割で6MHzならPSG演奏の2ms周期 　も現実味ありそう、というChatGPT所見
89. とりあえずやっつけで PSG演奏プログラムと 液晶表示プログラムを ニコイチして、 適当に脳内計算で タイミングを合わせてみる （これをChatGPTに投げると変にいらないところ を修正してきておかしくなる予感がした）
90. 約1時間のデバッグの結果 https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116351549158752741
91. またまたサクッと引いて発注 https://social.mikutter.hachune.net/@tsutsuii/116366908730723893
92. というわけでミッションコンプリート！ https://x.com/tsutsuii/status/2044741400219300341
93. というわけでミッションコンプリート！ https://x.com/tsutsuii/status/2044741400219300341
94. •手間をかけてちゃんとI/F定義して 　モジュールとして分割実装すると 　めっちゃ楽に流用ができる、という 　NetBSD的しぐさが奏功しました •クロス開発練習にもオススメです •「これで動かせるだろうか」 　→「うおおおおおおお、動いた！」 　を久しぶりに味わえました！ まとめ