今の世の中ではさまざまなプログラミング言語が存在しています。その中でC言語は比較的歴史が長いのですが、廃れることなくいまでも組み込みでの開発言語として現役で使用されています。

他のプログラム言語に比べて、コードが軽くリアルタイムの制御に向いているなどの利点に加え、歴史が長い分、これまでの資産が豊富にあることもいまでの現役である理由でしょう。

ARMマイコンにはC言語は必須です。総合開発環境にもC言語やC++が標準です。C言語の歴史は古い分、成熟したプログラム言語でそれだけ書籍も豊富で自分にあったものも見つけやすいでしょう。抽象的なプログラミングだけの学習ではなく、マイコンを操作しながらの具体的に学習であれば独学でも短期間で習得できるでしょう。

C言語に限らずどの言語でも文法上の最低限のルールや言語開発環境ツールに一度慣れるとあとは独学でもどんどん学習をすすめていけるものです。はじめのきっかけの一歩をどうするかが問題なわけですが、このサイトではできるだけ早い段階で組み込み開発の環境でマイコンとC言語の学習を同時に行うことをおすすめします。

C言語はプログラミング言語のなかでも古典的な分類にはいるわけですが、その分、文法的なクセに慣れさえすれば、例えばWindowsアプリ開発プログラム言語のC＃に比べて最新の知識やオブジェクト指向プログラミングをあえて意識する必要はないためむしろ単純ですっきりしていると思います。

C言語は高級言語ではあるのですが、汎用言語なのでなんでもかんでも既成の便利関数が用意されているわけでもなく、基本的な標準関数を利用してちょっとした機能を自作の関数という概念で作り上げていくことでスキルアップしてくこともC言語の醍醐味です。

一言でC言語といっても、言語の文法は共通なのですが、組み込みで使用するものはマイコンの仕様により多少異なりますので合わせる必要があります。言葉でいえば方言のようなものです。

方言のなかでも仕様が異なるのは変数の宣言の仕方のところくらいのものです。STM32マイコンのコンパイラはARM社が定めたCortex-Mシリーズで標準化されたCMSISインターフェース規格に準じています。

小数点を扱う場合は浮動小数点型を使用します。Cortex-M3搭載のSTM32は演算をソフトウェアで行うので超高速ではありませんが32マイコンですので十分可能です。変数の型は単精度4バイトではfloatを、倍精度8バイトではdoubleを指定します。これらはARM特有ではなく、標準的なものです。

C言語で組み込み特有のものといえば"volatile"修飾子のついた変数を使うことです。

volatile修飾子をつけて変数を宣言するとコンパイル時に最適化を抑止します。組み込み系では下記の例のように変数はCPUが常に関わっているものばかりではありません。

コンパイル時に最適化されると、コード自体は無駄を削られたり処理速度が向上するのですが組み込み系特有の変数でCPUとは関連なしにハードウェアと密接に関わっている変数などは最適化により想定外の動作をしてバグを発生させることがあります。

このため、変数により"volatile"修飾子をつけて宣言してコンパイル時に最適化させないようにします。ARM系コアでは修飾子として "__IO"をつけます。

この章ではマイコンの開発プログラミングに必須なC言語について解説してきました。プログラマーの間ではC言語は難易度が高く、敬遠されがちなところもあるようですが、プログラミング言語としてC言語そのものが難しいのではなく、初心者には難しい側面があるだけです。

組み込み初心者としては、比較的単純な構造のプログラミングでマイコンを操作することで慣れていくことをおすすめします。C言語特有の難解な概念のものは後回しにして、基本の演算や制御を操作しながら、変数の概念をしっかりおさえることが上達のツボであることを解説しています。

ARMマイコンの開発するC言語の仕様はARMの規格にしたがっており、変数表記が汎用C言語と多少異なりますが、違いはその部分だけです。

マイコンの学習にあたって、一番の近道は自分で実際にマイコンを操作して、動作を確認しながら行うことです。当サイトで解説しているものと同じ動作環境であれば、特に初心者が最も苦労し、時間を要する実装への試行錯誤の行程を大幅に短縮できすぐにでも実機にて学習を開始できますので、マイコンの操作は最短期間で身につけることができるようになっています。

当サイトで教材として使用するボードはARM Cortex-M3コアSTM32F103RBを搭載したNUCLEO-F103RBで行います。これ以外のSTM32シリーズのマイコンでもよいのですが、マイコンの仕様に合わせてカスタマイズする必要があり、初心者の場合はそこで挫折してしまいかねません。特に、マイコンを初めて扱うひとには当サイトで紹介する教材ボードを使用して学習することをお勧めします。教材のマイコン操作に慣れたころには、他の仕様のSTM32マイコンへは容易に移植できるスキルが身についているでしょう。

NUCLEO-F103RB以外のSTM32マイコンが搭載されているボードでは、特にSTM32F1シリーズマイコンの場合は、互換性があるため同じSPL（Standard Peripheral Library)が使用でき、プロジェクト作成時に相当のMPUを選定して、SPL内で指定するシンボルや動作クロックなどの設定をボードに合わせて多少カスタマイズする必要はありますが、比較的簡単に使用できるようになります。

STM32マイコンでもSTM32F1シリーズでない場合、例えばCortex-M4コア搭載のSTM32F4シリーズではF4シリーズ専用SPLを使用する必要があり、当サイトで使用しているF1シリーズのSPLとは互換性がありませんので、そのままでは使用できません。STM32F1シリーズのマイコンで基本を理解したあとでは、移植もそんなに難しいものではありませんので使えるようになりますが、慣れないうちはF1シリーズで、特に当サイトと同じ環境のNUCLEO-F103RBを使用することをおすすめします。

STM32F4などはCortex-M4を搭載していて、STM32F1(Cortex-M3)の上位機種となり、動作クロックも高く、浮動小数点演算機能をハードウェアで実現できたり高性能・高機能ではありますが、初心者の学習目的ではSTM32F1で過不足はまったくありません。また、STM32F4は当サイトで学習用として奨励しているSPLでも機能させることはできるのですが、性能・機能を活かすためにはできるだけ最新のライブラリであるHAL(Hardware Abstruction Layer)ライブラリを使うほうがよいため、F1シリーズで慣れてから上位機種を選ぶことをおすすめします。

教材ボードにはターゲットマイコンとしてSTM32F103RBが搭載されています。外部クロック発振源として水晶振動子8MHzを搭載しており、システムクロックは72MHzとしています。通常のアプリケーションでは十分な処理速度です。

Nucleoボードはデバッガ用ST-Linkを内蔵していますのでUSBケーブルのみで学習を開始できます。

このボードはSTエレクトロニクス社のNUCLEOシリーズでSTM32F1マイコンを搭載したものです。NUCLEOシリーズの特徴はARM Mbed開発環境に対応した基板であることに加えて、電子工作で大人気のArduino Uno Rev.3と互換のIOピンヘッダを搭載しているので電子工作でArduinono対応の数多い資産を利用することができます。

以下に、教材マイコンボードの仕様を示します。
プログラム転送や学習のためのマイコン動作をちょっとした軽負荷で動作確認するだけであればボードに内蔵のST-LINKへUSBケーブルを介して電源が供給されますので外付け電源は不要です。

ボード上にはヘッダピンとソケットがありますが、外側のヘッダピン(CN7/CN10)がSTMマイコン直結のMorphoコネクタとよばれるものです。内側のソケット(CN8/CN9)はArduinoに互換なのでこのボード自体をArduinoの互換機として開発もできるし、Arduino用の外付けシールドなどを活用することもできます。当サイトではArduinoの開発のことは割愛します。

下記にSTM32F103RBのピン番号をそれに対応する機能をまとめました。このピン番号はマイコン自体のものであってNulecoのMorphoコネクタの番号ではありませんのでご注意ください。例えば、CN7の１番目は"PC10"であるからSTM32F103RBのピン51に直結しています。

下記のピン定義表からこのピンはデフォルトでは汎用入出力Cポートの10として入力か出力で使用することができますが、リマップするとUSART3_TXで使うこともできるようになります。

通常、C言語のプログラミングを学習するためには、
例えばWINDOS上で動作するC言語の開発環境として、Visual Studio等開発環境を構築してプログラミング学習を行います。

プログラムの実行環境と開発環境が同じため、ちょっとした演算などの実行結果はprintf文を使ってモニター表示で確認しながら学習をおこなうことができます。

この方法は学習目的がWindowsアプリの作成などはっきりとしている場合には有効で学習しながらスキルアップも図ることができるのですが、単にC言語学習だけが目的の場合では具体的なプログラミン学習のカリキュラムがないとモチベーションが持続しないかもしれません。

この方法の利点はPCだけでC言語を学習できることですが、コンパイラがマイコン用ではありませんので、マイコン用C言語コンパイラに適用する場合は変数の型など仕様変更が必要です。

これに対して、教材ボードを使用したC言語学習を行う方法もありますので紹介します。

教材ボードにPCとシリアル通信できる環境を構成すると、実際のマイコン内で動作するC言語によるプログラムをPCにモニター表示できるようになるので実践的なC言語プログラミングとマイコン操作の学習を同時に行うことができるようになります。プログラム実行環境(マイコン)と異なるシステム（PC）で開発をおこなうクロス環境と呼ばれるものです。

環境構築に必要なものはPCの他に、教材ボード（マイコン）、USB-UART変換ケーブルおよびST-Linkデバッガと呼ばれるものです。PCだけではC言語学習ができないのはデメリットですが、これからマイコンを始める人にとってはマイコンを直接操作するC言語の動作を確認しながら学習できるのは大きなメリットとなります。また、C言語のコンパイラがSTM32マイコン用のものですので、学習して慣れたものがそのまま実践で使用できるのも大きなメリットです。

市販のマイコンボードでSTM32F1xx（Cortex-M3)シリーズが搭載されているものは当サイトの内容を一部実践で動作確認することに使用することができます。

ただし、当サイトで使用するアプリケーションプログラムは指定の教材ボード (NUCLEO-F103RB) 用ですので搭載しているマイコンやクロックの仕様に合わせて変更することが必要です。

市販の教材ボードを選ぶにはマイコンがSTM32F１xxシリーズが搭載されていることと、SWDデバッガ用ピンPA13とPA14が使えるものが条件です。

教材ボードの入出力用部品を接続するのにははんだ付け不要のブレッドボード、ジャンプワイヤを使用すると便利です。ジャンプワイヤのコネクタはブレッドボードには基本的にオスーオスタイプを使用しますが、ほかにオスーメス、メスーメスタイプもあります。

入出力用パーツとしては押しボタンスイッチ、LED、抵抗器などがあればよいのですが、最近では電子工作入門キットとしてある程度まとめられたものが販売されています。抵抗器は330Ω程度のものと、1kΩ程度のものを使用します。詳細は「アプリケーションと実践」章の各アプリで使用する配線図にあります。

外付けの部品を使用しないでプログラムの動作を確認するだけであれば、プログラム転送用デバッガST-LINKから電源が供給されるので外付けの電源は不要です。通常はPCのUSBバスパワーからの電源で300mAまで供給でき、ST-Linkデバイス側で保護回路によりUSB電流を管理しています。

電源電流が300mAを超える負荷のかかる入出力の部品を装着する場合は外付け電源(DC5/7-12V)が必要です。
例えば、WiFiモジュールでの通信を行う場合などUSBポートからの電源では不足気味の場合は外部から５V電源を供給すると安定します。

Nucleoシリーズのボードへの電源供給はUSBポートからのUSBバスパワーの他に、外部電源を供給することができます。５V外部電源の場合（最大500mA)はE5V(CN7-6)へ、７~12V外部電源（最大800mA)の場合はVIN(CN7-24またはCN6-8)へ接続します。外部電源を使用する場合はボード上のジャンパピンJP5をE5V側に設定すると有効となります。

ただし、ジャンパピンJP5をE5V側に設定するとUSBの電流保護回路が切断され機能しない状態となり最悪PCのUSBポートにダメージを与える恐れがあるため、電源の投入順序を守ることが重要です。

ネットで情報を調べた所、NSISエラーの原因はインストールファイルが破損しているなどいろいろな情報が錯綜していますが今回の原因はWindows10のユーザーアカウント名（特にユーザーフォルダ名）が漢字表記の全角であったためでした。

ユーザーアカウント名変更のやり方につきましてはインターネットで十分参考にできるものがあります。「Winsows10 ユーザーアカウント名　変更」で検索するとたくさんでてきますので試してください。レジストリを操作するものもありますので十分注意して行ってください。

マイコンの学習を始めようとしてマイコンを選択した後の課題がマイコンの開発環境についてです。

具体的には以上のことではないでしょうか。
筆者も組み込みを始めた当初、マイコンをSTM32にターゲットを絞り、具体的に開発するためのツールに関する情報を集めるには結構苦労しました。

マイコンSTM32シリーズの開発環境は世界的に見ても人気のあるマイコンのため選択肢がないのではなくむしろ多すぎるため自分に最も適した開発環境がどれかを絞ることが難しかったからです。

今でも開発環境についての情報は便利なツールも含め更にふえたので入門者ではどれから始めたらよいのかますます困難でしょう。これまで筆者がたどってきた選択のポイントを顧みながら今では当面はこれを使っておけばよいといったものを紹介しましょう。

筆者は使用制限のない開発環境を構築したくフリーの総合開発環境のプラットフォームであるEclipseをベースにしたSTM32開発環境の構築もしてきました。自由度があり一度安定したものは自己満足感満載で使いやすくよかったのですが、マイコン仕様変更の際にはプロジェクト再構築やコンパイラの指定などが結構煩わしくとにかく手間ひまかかりました。

手作りで開発環境を構築するのが趣味であればよいかもしれませんが仕事や学習などを優先させたい場合は貴重な時間を技能習得などに割くべきで開発環境を自分で構築するのは避けたほうがよいでしょう。

STM32シリーズでは以前よりスタンダードペリフェラルライブラリ（SPL）と呼ばれるファームウェアライブラリが利用できます。このライブラリはよくできており、インターネット、書籍でも解説記事は多いので使い方に関しての情報は十分取得できます。ハードウェア寄りで具体的なものだからマイコンの学習にはこちらをすすめます。

対して、最新の開発環境ツールではファームウェアライブラリは最新のマイコンにも対応できるように一新（SPLに対してHAL、LLと呼ばれるライブラリ）されているため、今後新しいマイコンの新規開発ではこちらを使うべきなのですが、HALとLLファームウェアライブラリのまとまった解説情報はあまりない状況です。

また、HALコードは抽象化されているためSPLで理解したあとで使用することをすすめます。今後はこちらが主流となるため、解説記事なども増えて使いやすくなるのでしょうが、入門者には敷居が低くなったようにも見えますが向いていないように感じられます。SPLでマイコンの基礎を十分に身に着けてから使用するとHAL、LLには容易に移行できますのでまずじっくり腰を据えて基礎固めに徹してください。

実際のところツールになにを選べばよいかの話に戻りますが、STM32専用開発環境のIDE（総合開発環境）がよくSTマイクロ社公式のIDEであるTrueSTUDIOが最強です（正確にいえば最強でした）。Eclipseベースでとても使いやすい環境です。機能制限がなく、コンパイラからデバッガまですべてオールインワンでプログラム作成からプログラム転送まで簡単に実現できる開発環境です。

このIDEとの組み合わせで視覚的に周辺機能などの機能を選択するとコードを自動生成してくれるアプリであるSTM32CubeMXもありますが学習段階では自動生成は使う必要はないでしょう。

この原稿を作成している現在は、IDEのTrueSTUDIOと自動生成ツールSTM32CubeMXを統合したSTM32CubeIDEがSTマイクロ純正のIDEとして主流となっています。同時にTrueSTUDIOは新規開発には非奨励対象となりました。

STM32CubeIDEはコード自動生成などの最新のツールも含まれています。ただし、生成されるコードはHALライブラリですのでファームウェアライブラリSPLが使用できる開発環境でSTM32の基礎技能を一通り習得した段階でこのツールを使うと大いに便利でしょう。

いきなりすべての機能を使いこなすのは困難でツールに振り回されます。最新ツールを使うのはインターネットで使いこなすための十分な情報がでるようになってからでもよいでしょう。楽しみはあとにとっておいてください。

マイコンへのプログラム転送書き込みでは数種類の方法があるなかでSWD方式のST-Link/V2を使用します。詳細は「開発環境構築」および「実装」で解説します。当サイトで教材ボードとして使用するNUCLEO-F103RBにはST-Link/V2が含まれています。

ここでは、このサイトの教材(Nucleo-STM32F103RB)を使用するための開発環境として、SPLおよびFreeRTOSを組み込んだ仕様を構築します。STM32CubeIDEの開発環境仕様として最も軽快なものではないでしょうか。

初めの手間はかかりますが、一度プロジェクトを構築して無事動作すればアプリごとに転用できます。
このサイトでは使用しませんが、STM32CubeIDEにはコード自動生成機能もありますので、ある程度慣れてきてから挑戦してみてはいかがでしょうか。

STM32マイコンの開発環境として使用するSTM32CubeIDEのダウンロードからインストールまでに関しましてはインターネットで十分な情報が得られますので詳細は割愛します。インストール半ばでST-Link関連のコンポーネントチェック選択箇所がありますのでチェックを入れておいてください。SEGGER-Jlinkドライバは使用しないのでチェックを外しておいてもよいです。

Cコードでのソース・ファイルが完成したあとはビルド(build)を行い、コンパイル・リンクを経て実行ファイルを作成します。
メニュー「Project」-「Build Project」の順にクリックすると実行ファイルまで作成してくれます。

コンパイルとはCコードで記述されたソース・ファイルをオブジェクトコードのファイルに変換することです。変換されたファイルの拡張子は.oで、プロジェクト内の「Debug」フォルダ内に格納されます。

エラーもなくビルドが無事成功するとプロジェクトツリー内で「Binaries」フォルダが作成されて拡張子elfのファイルがあるはずです。同時に拡張子binのバイナリ実行ファイルも作成されています。ここまでくれば後はデバッガST-Linkでマイコンに実行ファイルを転送するだけです。

ビルドで作成された実行ファイルをマイコンのフラッシュメモリに転送（書き込み）して初めてマイコンが機能するようになります。転送用ツールはST-LINKデバイスを使用します。

マイコン側とデータのやり取りにARM通信規格のSWD方式を採用しています。SWDとは2本の信号（SWCLKとSWDIO）でデータを書き込む方式です。

転送用ツールのST-LINK(V2)はPC側にはUSB、マイコン側にはSWDの信号線2本およびGNDの合計3本を接続すれば構成は完成です。ST-LINKはV1ではSTM32CubeIDEで機能しないためV2以上が必要です。

以上で、STM32マイコンの開発環境構築からプログラム転送まで解説してきました。あとは実際に動作させてみて順調に転送書き込みが正常に完了するまである程度の試行錯誤を繰り返しながら経験してみてください。

プログラムも含めて、初回で転送まで成功することはないものですが、なんらかの不具合には必ず原因がありますので、自力で原因を探しあてて解決できるようになるのもスキルの一つです。

STM32CubeIDEの具体的な操作方法（コンパイラ・ビルドおよび転送方法）に関しましては、ここでは詳細は解説しませんが、これに関しましてはインターネットで豊富な情報がありますのでそちらを参考にしてください。STM32CubeIDE はeclipseベースですのでeclipse関連の情報が役に立つのではと思います。

組み込み開発環境でよく使われる用語について解説しておきます。知っておかなければならない用語でもないのですが、よく耳にする言葉なのでいちど理解しておいてください。

セルフ環境とは開発環境と実行環境が同じもので例えばPCでVisual C#などをつかってアプリケーション開発を行う環境です。対して、クロス環境は開発環境と実行環境が別でそれ自体に開発環境を持たない組み込み機器で動かすアプリケーションを別のパソコン上で開発する環境のことです。組み込み機器ではさまざまなCPUやOSが使用されるためクロス環境で開発が行われます。

コンピュータが存在する以前の世界は身の回りはハードウェアばかりでした。電気製品においてもテレビなどは機能をすべて電気・電子回路のハードウェアで構成していました。自動車においてもそうです。すべて機械部品のハードウェアで構成されていました。

コンピュータが登場して、ソフトウェアという概念ができました。コンピュータは自然界のアナログ的（物理的）なもの、例えば光の強さや音の大きさなどをセンサーなどの入力機器を介して取り込み、内部でデジタルに変換してからコンピュータプログラムによりさまざまな機能を付加して求められている形態で出力するものです。

このコンピュータプログラムがソフトウェアと呼ばれているものです。ハードウェアのような形はありません。
そのため、コンピュータのサイズが小さくなればなるほど、同じ機能をもったハードウェアだけで構成されていたものより小型になり機械的な部品点数が減るため、故障も少なくなり量産しやすく価格も下がるのです。

ハードウェアの知識も一昔前とは違い、インターネットを活用するとかなりの情報が得られます。この知識を活かして実際にハードウェアなる回路を自分で組むことは理解を深めることへの近道です。

組み込み技能はソフトウェア（プログラミング）だけを扱って実物（ハードウェア）を知らなければまったく身につきませんし、役にもたたないでしょう。実際にプログラミングしながら、入力や出力を計測しながら完成度を高めていくことが組み込みの醍醐味、魅力なのです。

マイコンはCPU, ROM, RAM, I/Oポート その他各種機能で構成されています。

レジスタは主にマイコンの状態を保存および確認するための特殊なメモリです。CPUのレジスタではCPUの状態を保存および確認するのに使われます。具体的には演算途中のデータ、割り込みやサブルーチンでプログラムが分岐した時の戻り先アドレス、演算結果が負値、ゼロになった場合の情報や桁上がり値などです。

CPUの汎用レジスタはハードウェアでCPUに直結しているので、内部バスを経由してデータにアクセスするRAMよりも高速アクセスできます。

周辺機能の制御レジスタでは汎用入出力GPIOとよばれるI/Oポート、タイマ、シリアル通信、ADコンバータ、DAコンバータなどの周辺機能を設定するのに使われます。

周辺機能の状態を示すステータスレジスタやADコンバータの変換結果を保存しておく結果レジスタや通信機能では送受信データを保存する送受信データレジスタなどがあります。

直接プログラムからレジスタを設定することもできますが、通常はメーカーから提供されているファームウェアライブラリ（デバイスドライバ）を使用しますのでレジスタは直接意識せず、間接的に設定することになります。

ただし、ある程度理解ができたところで仕様書などにかかれている各レジスタに目を通しておくことは理解を深める上でおすすめします。「ARMマイコンSTM32レジスタマップの見方」を参照してください。

マイコンにはたくさんの足（ピン）があります。マイコンのデータシートをみると各ピンにいろいろな機能が割り当てられているのが確認できます。

いろいろな機能とはアプリケーションで使用する汎用I/Oポート、AD/DAコンバータ、タイマ・カウンタ、シリアル通信などの便利な機能のことです。

マイコンのピン数は限られているので一つのピンに複数の機能を割り当てられていてソフトウェアで使用する機能を選択できるようになっています。

各種機能を以下に紹介しますのでここでそれぞれの概念を理解してください。

タイマ・カウンタを利用した信号出力の例を見てみましょう。この例はタイマ用に1kHzに分周したクロックを使って任意の一定間隔の出力を作り出すものです。

ここではクロックをカウントするのにアップカウンタを使っています。アップカウンタは0から設定した値まで入力クロック（パルス）を増やす方へカウントし、設定値に達すると0に戻ってまたカウントを繰り返します。

設定値に達した時の通知として出力状態を反転（ここではHレベルとLレベルを入れ替える）する例です。

ここではタイマ・カウンタを利用した信号出力を例に挙げましたが、作成するアプリケーションにおいて時間にかかわる処理はすべてタイマ・カウンタで実現できます。

タイマ・カウンタはCPUとは独立したハードウェア回路による機能なのでCPUには負担を与えず高度な処理を行うことができます。タイマ機能の中でも応用用途の広い便利なPWMをもったマイコンもあります（PWMについては後に詳細を解説します）。

マイコン自体はデジタル信号を扱うものですが、アプリケーションにおいては音、光、温度などアナログ的な信号を扱う用途は多々あります。ADコンバータはアナログ信号をマイコンが処理できるデジタル信号に変換する必要不可欠な機能といえるでしょう。

UART-USB変換ケーブルを使用するとPCともつなげてフリーのシリアルターミナルソフトや専用のアプリを作成すると操作やモニターが簡単にできます。このようにUSART通信は用途がいろいろなアプリケーションに広がるためぜひ習得してほしい機能です。

定期的で頻繁に起こるようなイベントに対してはポーリング処理でよく、発生頻度の低いイベントで確実に処理タイミングを厳密に合わせたい場合はハードウェアによる割り込みが向いています。アプリケーションに合わせて使い分けるとバランスのとれたシステムが構築できます。

DMA機能はマイコンアプリケーションを作成する上では必須の機能ではありませんが、CPUの負担を減らし、アプリケーションのパフォーマンスをより向上させたい場合に活用するとよいでしょう。

マイコンの機能は色々あるのですが、各ピンを構成する回路はほぼ共通です。I/Oポート（GPIO）のレジスタを設定することで機能を割り当てます。これら各機能については後ほど詳細に解説しますのでここでは割愛しますが、これらを利用するための基本回路[詳細はこちら]をとりあげてみます。

通常はプッシュプル出力を使うことが多いですがオープンドレインは出力ロジックの電圧レベルの変換やワイヤードORとして使われます。C-MOS出力同士の接続はショート防止のため禁止ですが、オープンドレイン出力の場合はショートしませんのでワイヤードORとして接続できます。

ここでC-MOSがでてきましたがこれはComplementary MOSとよばれるものでP型MOSFETとN型MOSFETを相補的に組み合わせた論理回路のスイッチング素子の一種です。

マイコンでは電源投入直後、メモリに書き込まれているプログラムを開始位置から順次実行していきます。
実行手順として、初期設定たとえば、ポート定義、使用する周辺機器（ペリフェラル）の定義などを行います。

準備ができたところで、メインループと呼ばれるところでアプリケーションの処理を定期的に繰り返し実行します。この繰り返しの周期をプログラムのサイクルタイムといいます。

様々なアプリケーションに必要な複数の処理を順次実行してサイクルタイム毎に繰り返します。サイクルタイムは処理の内容によりかわってきます。比較的単純なアプリケーションではこれでも問題ありません。

割り込み信号を外部から定期的に与えるとサブルーチンや割り込みハンドラと呼ばれる処理ブロックを決まった間隔で実行させることができます。後ほど説明するOS（オペレーションシステム）を使用すると、処理ごとにタスクと呼ばれるブロックにわけて定期的に優先順位を設けて実行させることもできます。

モータ制御などの速度を算出する処理などは比較的高速でサイクルタイムは短めであることが必要ですが（10ms以下）、モニター表示などは長めのものでも問題ありません（100ms程度）。

さまざまな処理が複雑に絡み合うアプリケーションではOSを使用すると効率よくプログラムが構成できるようになりますのでOSを使用することは組み込みには必須なスキルでしょう。

マイコンといっても8ビットでDIPタイプ（多数の金属製接続端子が下方へ伸びたタイプ）や32ビットの表面実装タイプなど性能、価格がさまざまな種類のものが数多くのメーカーから発売されています。

この中からどれを選ぶかは簡単な答えはないのですが、自分の目指している方向性に適しているマイコンを選択するのも一つの方法です。比較的単純なマイコン電子工作だけをしたいのならば8ビットのマイコンで十分で、シリアル通信や産業用モータドライブ、さらには将来的にIoTに発展させたい場合は高性能なマイコンが必要ではないでしょうか。

ファームウェアというものはマイコンの各種機能を操作・設定するレジスタを意識することなくいわばおいしいところだけ利用できるように体型よくまとめたものをC言語で利用できるようになったライブラリです。デバイスドライバともいいます。

ファームウェアを使用すると必要な機能、例えばシリアル通信機能の設定パラメータであるボーレートなどをファームウェアの規則にしたがって記述すればよいだけです。ファームウェアの内部でパラメータがレジスタに設定されるようになっているのです。

話はファームウェアライブラリのほうへそれましたが、STM32には開発支援のための情報などが豊富に存在するため、自分だけが悩み先にすすめなくなるような可能性が低いと思います。

採用マイコンは高機能であるゆえに設定項目も多いですが必要に応じて選択できます。搭載されている機能を習得すればほぼ大部分のアプリケーションに応用つまりつぶしがきくようになります。 
それではSTM32シリーズのマイコンを手にして組み込みの世界に入っていきましょう。

そもそもマイコンなる名称はかつてPCが現代ほど普及していない時代にスーパーコンピュータなど大型コンピュータに対して呼ばれた「マイクロコンピュータ」の略からついたものでこの当時のマイコンは現代普及しているPCの前身のようなものです。これに対して、現在マイコンとよばれるものは電気機器の制御に特化したワンチップICのことで「マイクロコントローラ」と呼ぶのがふさわしいです。

これらの機能がマイコンにはたった一つのパッケージ内にすべて内蔵されており、しかも当時とは比べ物にならないくらい演算処理が高速ですべてが高性能です。

マイコンの基本さえ知っていればちょっとしたシステムならば思い立ったらすぐに短期間でしかも安価で構築できてしまいます。
機能の仕様変更があった場合に、電気回路などのハードウェアで構成されている部分はすべて作り直す必要がありますが、ソフトウェアで構成されている部分はプログラムの変更だけですみます。

つまり、製品の中でソフトウェアの占める割合が大きいものほど仕様の変更に柔軟に対応できます。最近のスマートフォンはこの傾向が強く現れています。

炊飯器とマイコンの関わりをみてみましょう。
炊飯器は研いだお米に水加減を適切に釜にセットしたものを火加減を調整しながらおいしく炊き上げるものです。

人の手で炊飯をする場合は火加減と時間をうまく調整することが美味しく炊きあがるコツとなります。
電気炊飯器はタイマーや温度を感知するバイメタルのようなセンサーと加熱をするヒーターの組み合わせで構成されています。

マイコン非搭載の電気炊飯器はタイマーを使って全自動でご飯が炊けるようになったため人の手で炊飯するのに比べ大変便利になったのですが単純な機能のため好みの炊き加減はできません。

これに対して、マイコン搭載の炊飯器は温度を感知するセンサーと加熱用ヒーターとの間にマイコンがあります。マイコン出力で操作したリレーやSSRなどのスイッチング素子でヒーターへの熱量を操作します。

電気製品のスイッチといえば機械的に接点をつなげたり切り離したりするもので回路の電流を直接導通させたり、絶縁させたりして製品機能のオン・オフを切り替えます。

マイコン搭載の電気製品の場合、マイコンの入力に機械的なスイッチをつなげて、マイコン出力をスイッチとして機能させると単なるオン・オフだけでなく、プログラムにより時間と組み合わせて、長押しなどさまざまな機能をもたすことができます。

こうすると見た目は従来どおりの機械的な単機能のスイッチに見えますが多機能な性質をもつスイッチに化けています。

例えばLEDをスイッチで点灯する回路についてみてみましょう。
アナログLED回路の場合はスイッチをONにしたときに発光、OFFにしたときは消灯の単純な回路(図1）です。これと同様の回路をマイコンで実現すると図2のようになります。

図2のスイッチはマイコンへ入力としてONの状態(1)とOFFの状態(0)のいわゆるデジタル信号を与えるものです。この入力状態をマイコンでチェックしながら何らかの処理をすれば任意の出力つまりLEDに任意の点灯をさせることができるようになるのです。