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.NET nanoFrameworkを使って、ESP32の開発環境の構築（C#で組み込みデバイスを制御）

kotaproj

2024/10/06に公開

 はじめにC#で組み込みソフトを作れないかと調べていたら、

.NET nanoFrameworkを使うことでVisual Studioで開発できることを知りました。

ブレークなども実施することができ、慣れた環境で作業ができます。

今回、環境構築の方法を紹介します。
.NET nanoFramework の開発フロー
手順
.NET nanoFrameworkのインストール
組み込みデバイスに専用ファームウェア(nanoCLR)を書き込み
HelloWorldアプリの実行


 .NET nanoFramework の開発フロー.NET nanoFrameworkの開発フローを記載します。

C言語で組み込みソフトを開発する場合は、特定のMPU向けのネイティブバイナリを生成しますが、

ではプラットフォームに依存しない .NET アセンブリ（中間言語）を生成します。
アプリケーションコード (C#)
開発者は Visual Studio を使用して、C# 言語でアプリケーションコードを作成
C# を用いることで、複雑なロジックを効率的に実装可

nanoFramework クラスライブラリ
アプリケーションコードで nanoFramework のクラスライブラリを利用し、GPIO や I2C などのハードウェア機能を操作
これにより、ハードウェア制御が簡素化される

ビルドされた .NET アセンブリ
コードをビルドすると、**.NET アセンブリ（DLL）**が生成される
C 言語との違い: C 言語ではソースコードをビルドしてネイティブバイナリ（マシンコード）を生成するが、.NET nanoFramework では中間言語（IL）である .NET アセンブリを生成

デプロイ（アセンブリ転送）
ビルドされた .NET アセンブリを ESP32 デバイスにデプロイする
USB やシリアル接続を通じて、アセンブリをデバイスに転送

nanoCLR (Common Language Runtime)
デバイス上で動作する nanoCLR が、デプロイされたアセンブリを解釈して実行
nanoCLR はアセンブリをネイティブコードにコンパイルするのではなく、その場で解釈して実行

ハードウェア (ESP32)
nanoCLR を通じて、アプリケーションコードが ESP32 のハードウェアを制御
センサーの読み取りやアクチュエーターの操作など、実際のハードウェア操作が行われる


 💻環境ホストPC
Windows 11 Home
Visual Studio Community 2022
Version 17.11.4

ターゲットボード
ESP32-WROOM-32 開発ボード


 手順
 .NET nanoFrameworkのインストールVisual Studioを起動し、"拡張機能の管理"を選択する
"nanoFramework"で検索し、インストールを実施する
Visual Studioを閉じるとインストールが開始される



Visual Studioを起動し、インストールされていることを確認する



!この時点では、Devicesには何も表示されません

 組み込みデバイスに専用ファームウェア(nanoCLR)を書き込みターゲットデバイスをUSBで接続し、デバイスマネージャーから接続先を確認する


私の環境だとCOM14

Visual Studio側でPowerShellを起動する


nanoffをインストールする> dotnet tool install -g nanoff
!nanoffは、.NET nanoFrameworkの開発環境におけるコマンドラインツールです

デバイスへのファームウェアのフラッシュや管理を行うために使用されます
書き込みを行う
> nanoff --platform esp32 --serialport COM14 --update
.NET nanoFramework Firmware Flasher v2.5.96+5e1d1e4a6e
Copyright (C) 2019 .NET Foundation and nanoFramework project contributors

略
Downloading firmware package...OK
Extracting ESP32_REV0-1.12.0.166.zip...OK

Updating to 1.12.0.166

Backup configuration...OK
Flashing firmware...OK
CHIP情報から適切なファームウェアを自動で選択される
デバイス一覧の確認をする

!デバイスの認識するには、ターゲットのリセットが必要です

表示されない場合、デバイスのUSB抜き差しを行ってください
以上で、開発環境の準備が整いました。

 HelloWorldアプリの実行いよいよコードを書きます
プロジェクトを作成する
"Blank Application(.NET nanoFramework)を選択する


ひな形を確認する
"Hello from nanoFramework!"と表示後、スリープするコードが提供される
using System;
using System.Diagnostics;
using System.Threading;

namespace NFApp1
{
    public class Program
    {
        public static void Main()
        {
            Debug.WriteLine("Hello from nanoFramework!");
            Thread.Sleep(Timeout.Infinite);

            // Browse our samples repository: https://github.com/nanoframework/samples
            // Check our documentation online: https://docs.nanoframework.net/
            // Join our lively Discord community: https://discord.gg/gCyBu8T
        }
    }
}
実行する
Attaching to nanoDevice...
Waiting for nanoDevice to initialize...
Debugger found. Resuming boot sequence.
Create Type System.
  Assembly: NFApp1 (1.0.0.0)   (196 RAM - 436 ROM - 162 METADATA)

略

Ready.
The nanoDevice runtime is loading the application assemblies and starting execution.
'nanoFramework.Tools.VS2022.Extension.dll' (マネージド): 'C:\Users\XXX\source\repos\NFApp1\packages\nanoFramework.CoreLibrary.1.15.5\lib\mscorlib.dll' が読み込まれ、シンボルの読み込みがスキップされました。モジュールは最適化されていて、デバッグ オプションの [マイ コードのみ] 設定が有効になっています。
'nanoFramework.Tools.VS2022.Extension.dll' (マネージド): 'C:\Users\XXX\source\repos\NFApp1\NFApp1\bin\Debug\NFApp1.exe が読み込まれました。シンボルが読み込まれました。
スレッド '<名前なし>' (2) はコード 0 (0x0) で終了しました。
Hello from nanoFramework!
"Hello from nanoFramework!"が表示される
デバッグしてみる
ブレークを張ることができる
変数もみえる


以上が基本的な手順となります。

 さいごにC#で組み込みデバイスを制御できるのは魅力的ですね。

触ったばかりのため、いろいろと調べていきたいと思います。

リアルタイム性が気になります。

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はじめに

.NET nanoFramework の開発フロー

💻環境

手順

.NET nanoFrameworkのインストール

組み込みデバイスに専用ファームウェア(nanoCLR)を書き込み

HelloWorldアプリの実行

さいごに

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