マイコンで実現！実践AIソリューション〜文字認識のメカニズムとプロジェクトの構成：ハイレベルマイコン講座【組み込みAI実践編】（2）（3/3 ページ）

すでにマイコンを使い込まれている上級者向けの技術解説の連載「ハイレベルマイコン講座」。今回は最初に文字認識のメカニズムを復習し、次に実際のAIプロジェクトの構成内容について解説する。

[STマイクロエレクトロニクス，EDN Japan]

7．「STM32Cube.AI」の拡張パックを実装する。「READY」を表示する段階ではSTM32Cube.AIを使わないが、最初の段階でSTM32Cube.AIを実装しておく。具体的な操作は、X-CUBE-AIプラグインを開いて、プロジェクトに追加するだけだ。

　ここまでが初期設定である。STM32CubeIDEに統合されているSTM32CubeMXの画面上で設定する。プロジェクトを生成したら、STM32F7シリーズのライブラリから32F746GDISCOVERYキット用のLCD用、SDRAM用などのソフトウェアをプロジェクト内にコピーしてリンクする。

　ここまでがプロジェクトの準備段階である。次に、実際にユーザーのコードを入力する（図7）

図7：ユーザーコードを追加するmain.c画面

　ステップ1では液晶画面に「READY」と表示するだけなので、ユーザーコードで表示文字の色や位置やフォントを指定する。ユーザーコードを入れ終わったらBuildして、マイコンのフラッシュメモリプログラムを書き込み、実行すれば液晶画面に「READY」が表示される。

【補足説明：ハードウェア抽象化レイヤー】

　ここで、STM32ファミリーのプログラムに関して補足説明をしておく。

　STM32CubeIDEに統合されているSTM32CubeMX（単体で使用の場合も同じ）は、STM32ファミリーのファームウェアライブラリ（例、STM32Cube_FW_F7_Vx.xx.x：xはバージョンを示す）をベースにプログラムコードを生成する。このファームウェアライブラリは、ハードウェア抽象化レイヤー（以降HAL： Hardware Abstraction Layer）で記述されている。俗に言う「レジスタ直たたき」でもなく「アセンブル言語」でもない。「レジスタ直たたき」や「アセンブル言語」でプログラムを作る場合、マニュアルとにらめっこして、レジスタの1ビットずつの仕様を確認しながら設定を行うため、時間がかかる上に間違いを起こす可能性も非常に高くなる。

　一方、HALで記述すれば、設定内容がすぐ分かるように記述されているので、ソフトウェア開発の効率も上がり、間違いも起こりにくくなる。STM32ファミリーのファームウェアライブラリはもとより、各製品や今回使用する32F746GDISCOVERYキットなどの評価用ボードのサンプルプログラムは、全てHALで記述されている。

（2）ステップ2：手書き文字の軌跡とサムネイルの表示

　タッチパネル機能付きの液晶画面に、手書きされたアルファベットの軌跡のイメージをインポートする。そして、インポートしたイメージを液晶画面に表示する。さらに、同じイメージの画像を縮小し、サムネイルを作って液晶画面に表示する。

　これらのフローは、ステップ1で作ったプロジェクトにユーザーコードを追加することで実現する。タッチパネル機能付きの液晶画面からデータを取り込むコードや、文字を表示するコードは、STM32ファミリーのファームウェアライブラリや32F746GDISCOVERYキット用のサンプルコードを参照しつつ、STM32CubeIDE上でユーザーが作成する。

（3）ステップ3：手書き文字をAIで認識し、認識結果（認識文字と確率と演算時間）を表示

　いよいよAIを起動して文字認識を行う。

　最初に人工ニューラルネットワークモデルの学習結果の推論アルゴリズムをプロジェクトにインポートする必要がある。推論アルゴリズムは、汎用マイコンの能力では構築することができないので、PCなどの他のコンピュータ上で行うか、クラウドに用意されたサービスを利用して事前に準備しておく。

　推論アルゴリズムが準備できれば、「STM32Cube.AI」を使って人工ニューラルネットワークの学習で構築された推論アルゴリズム部分をオブジェクトコードに変換し、マイコンとインタフェース可能なC言語に変換することができる。C言語はマイコンのAPI（Application Programming Interface）としてマイコンにインポートされ、使用可能かどうか分析される。分析結果がOKであれば、推論アルゴリズムのインポートが完了する。

　インポートは、いったんSTM32CubeIDEに統合されているSTM32CubeMXに戻り、STM32CubeMX上で行う。推論アルゴリズムをインポートして解析する工程は、連載3回目で詳しく解説する。

　推論アルゴリズムのインポートが終わったら、認識文字／確率／演算時間を液晶画面に表示するコードを追加して完成だ。プログラムが完成したらBuildし、フラッシュメモリにプログラムを書き込み、実行する。液晶画面に「READY」と表示された後にアルファベットの文字を書くと、LCD画面に認識文字／確率／演算時間が表示される。