まぜごはんぶろぐ

Arduino MEGA 2560 と互換機で遊ぶ 〜そのATMEGA2560は本物か〜

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まぜごはん
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おことわり

この記事では Microchip ATMEGA2560 の真贋を判定していますが、あくまで「私の手元にある基板について」「私なりの基準で」判定したものに過ぎません。お手元の基板や一般に流通している製品にそのまま通用することを保証するものではありません。

事の発端

Original Prusa 3S+ を MK4S に upgrade した際、諸々の部品とあわせて Einsy RAMbo が余った
↓
メルカリで売る手もあるが、これはこれで遊べそうなので手元に置いておくことにしよう
↓
とはいえいきなり実機で遊ぶのは敷居が高い。見通しがよい(殺風景とも言う) 8-bit MCU で遊びたい気分でもあるので、まずは元になった Arduino MEGA 2560 をいじってみようか
↓
公式の基板はお高いので Amazon で安いものを探そう
↓
届いたけどこれニセモノ!?
↓
興味が出てきてしまい、色々買ってみた ←イマココ

色々な基板と載っているMCU

公式の Arduino MEGA 2560 Rev3 は秋月電子通商で買いました。他は Amazon で “Arduino MEGA 2560” で検索した結果のうち、送料なしで入手できるものを選んでいます。

Arduino MEGA 2560 Rev3

購入元: https://akizukidenshi.com/catalog/g/g107381/

製品情報: https://docs.arduino.cc/hardware/mega-2560/

まずは言わずと知れた公式の基板から。結局「どうせニセモノも混ざってるんやろ? 比較用にちゃんとしたものも買うといたろ」という意図で買いました。高いとか何だかんだ言っていますが、確実に信頼できます。

Arduino MEGA 2560 Rev3 表面
Arduino MEGA 2560 Rev3 裏面
Arduino MEGA 2560 Rev3 の MCU 部分を拡大

ELEGOO Arduino用 MEGA2560 R3ボード (黒)

購入元: https://www.amazon.co.jp/dp/B06Y4KZV1J

製品情報: 不明

昔は Arduino 関連の部品、最近は 3D printer で有名な ELEGOO brand の基板。青と黒が販売されており、今回はカッコいい黒を選びました。写真にはありませんが USB A-B cable が付属します。

この基板の ATMEGA2560 には妙な斑点があります。標記の書体も他と異なるうえ、縦方向に削ったような跡(?) もあり、怪しさバツグンですね。

ELEGOO の基板の表面。MCU の表面にキズなのか汚れなのかがあります。
ELEGOO の基板の裏面
ELEGOO の基板に載っている MCU の拡大写真。縦方向に擦ったような跡があり、字が細いです

KEYESTUDIO Mega 2560 R3 Plus マイコン ボード

購入元: https://www.amazon.co.jp/dp/B08V4RCRS2

製品情報: https://www.keyestudio.com/products/keyestudio-2560-development-board-compatible-with-arduino-uno-r3-usb-cable

黒の基板に黄色の樹脂部品という、かなり目立つ基板です。”Plus” と書いてある方は USB が Type-C となっており、GPIO を使いやすいよう独自の pin header を配置しています。写真にはありませんが、USB A-C cable が付属します。

KEYESTUDIO の “Plus” の方の基板の表面
KEYESTUDIO の “Plus” の方の基板の裏面
KEYESTUDIO の “Plus” の方の基板の MCU

KEYESTUDIO Mega 2560 R3 マイコン 開発ボード

購入元: https://www.amazon.co.jp/dp/B01COV7KRS

製品情報: https://www.keyestudio.com/products/keyestuido-mega-2560-plus-board-compatible-with-arduino-mega-2560-rev3

前項と同じく KEYESTUDIO brand の製品で、やはり目立つ基板です。USB-B 版は公式と同じ設計になっています。写真にはありませんが、USB A-B cable が付属します。

KEYESTUDIO の “Plus” が付かない方の基板の表面
KEYESTUDIO の “Plus” が付かない方の基板の裏面
KEYESTUDIO の “Plus” が付かない方の基板の MCU

WINGONEER Mega 2560 PRO MINI

購入元: https://www.amazon.co.jp/dp/B07HBR257M

製品情報: 不明。たぶん何かの clone か、その子孫

Arduino form factor ではありませんが、まあ物は試しにと買ってみました。このMCUの marking だけ 2017年の PCN (GBNG-15KQFZ896) より古い仕様になっており、date code は 1345 (2013年の45週目、11月4〜10日) と書いてあります。SARS-CoV-2 やその他諸々による半導体不足のはるか以前の部品が今時流通しているとはとても思えないのですが……。

WINGONEER の基板の裏面
WINGONEER の基板の裏面。ICSP の silk が左右(裏表)間違えて印刷されています。基板設計あるあるですね
WINGONEER の基板に載っている MCU。三角形で1番pinを指す古い表記です

どうやって偽物を識別するか

色々と手段はあるようですが、今回は以下の通りとしました。

  • 外観
  • Signature bytes
  • Serial number
  • IdCode (JTAG)

さすがにX線透過写真を撮る設備はありませんし、使う(もしくは返品する)つもりで買った基板のMCUを炙ったり削ったりするわけにはいきません。

外観

上述の通り、ELEGOO brand の基板だけは明らかに不審です。WINGONEER brand の表記は、古いものの正常に見えます。いや2013年の部品がイマドキ流通してるワケないだろ。

Signature bytes

AVR series には MCU の品種を示す register があります。Datasheet にも記載されており、ATMEGA2560 の場合は 0x1e, 0x98, 0x01 となっています。手元にある PICKit4 を使って avrdude で取得するときはこんな感じ。

avrdude -p m2560 -c pickit4_icsp -q -F -U signature:r:-:h

今回の5枚では以下の通りでした。

製品名BrandSignature bytes
Arduino MEGA 2560Arduino0x1e, 0x98, 0x01
Arduino用 MEGA2560 R3ボード(黒)ELEGOO0x1e, 0x98, 0x01
Mega 2560 R3 Plus マイコン ボードKEYESTUDIO0x1e, 0x98, 0x01
Mega 2560 R3 マイコン 開発ボードKEYESTUDIO0x1e, 0x98, 0x01
Mega 2560 PRO MINIWINGONEER0x1e, 0x98, 0x01

いずれも問題ありませんね。次に行きましょう。

Serial number

ネタ元は SensorWiki という海外の web page です。Arduino で program を書き込んで調べる方法が示されていますが、ICSP header を使って avrdude で読み出すこともできます。また Arduino MEGA 2560 の基板はよく考えられた設計になっていて、ATMEGA16U2 の ICSP header も出ています。USB-UART 変換に ATMEGA16U2 を使っているものは、そちらも取得してみました。前項同様、PICKit4 と avrdude を使うとこんな感じです。

# ATMEGA2560 で serial number を読み出す
avrdude -p m2560 -c pickit4_icsp -q -F -U sernum:r:-:h

# ATMEGA32U4
avrdude -p m32u4 -c pickit4_icsp -q -F -U sernum:r:-:h

# ATMEGA328P
avrdude -p m328p -c pickit4_icsp -q -F -U sernum:r:-:h

# ATMEGA328PB
avrdude -p m328pb -c pickit4_icsp -q -F -U sernum:r:-:h

公式には「Classic AVR は ATMEGA328PB のみ対応。Modern AVR はほとんどの品種が対応」となっているものの、調べた範囲では動作しました。ただし ATMEGA2560 は公式には非対応なので、これが証拠になるかは微妙なところです。

製品名BrandMCUSerial number
Arduino MEGA 2560ArduinoATMEGA25600x43,0x33,0x38,0x32,0x34,0x38,0xff,0x13,0x1,0xb
Arduino MEGA 2560ArduinoATMEGA16U20x34,0x34,0x39,0x35,0x35,0x36,0x15,0x14,0x20,0x1d
Arduino用 MEGA2560 R3ボード(黒)ELEGOOATMEGA25600x58,0xff,0xfd,0xff,0xfd,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff
Arduino用 MEGA2560 R3ボード(黒)ELEGOOATMEGA16U20x43,0x33,0x31,0x32,0x39,0x35,0x15,0x8,0x26,0x23
Mega 2560 R3 Plus マイコン ボードKEYESTUDIOATMEGA25600x6e,0x75,0x6e,0x6b,0x77,0x6f,0xff,0x0,0x8,0x2
Mega 2560 R3 マイコン 開発ボードKEYESTUDIOATMEGA25600x6e,0x75,0x6e,0x6b,0x77,0x6f,0xff,0x0,0x12,0x7
Mega 2560 R3 マイコン 開発ボードKEYESTUDIOATMEGA16U20x42,0x33,0x31,0x30,0x33,0x32,0x15,0x17,0x1b,0x5
Mega 2560 PRO MINIWINGONEERATMEGA25600x58,0x33,0x30,0x32,0x33,0x38,0xff,0x13,0xc,0x10
参考資料ATMEGA328P0x32,0x32,0x36,0x39,0x39,0x36,0xff,0xc,0x37,0x1c
参考資料ATMEGA328PB0x4d,0x30,0x42,0x34,0x32,0x49,0x69,0x8,0x18,0x23

末尾 3bytes が wafer number と wafer 上の位置を示す座標になっています。ELEGOO の ATMEGA2560 だけ 0xFF が連続しており、際立っておかしな値になっています。同じ基板に載っている ATMEGA16U2 はそれっぽい値になっているのですが。
また、KEYESTUDIO の2製品は ATMEGA2560 の表記にある date code に26週間の開きがあるにもかかわらず、同じ lot 番号になっています。不自然ですね。

JTAG IdCode

ATMEGA2560 は JTAG boundary scan に対応しており、工場出荷時には有効になっています。ただし Arduino に載っているものは無効化されているため、fuse bit を変更して電源を入れ直す必要があります。

# JTAGEN を 0 にする (JTAGを有効にする)
avrdude -p m2560 -c pickit4_icsp -q -F -U hfuse:w:90:m

JTAG debugger には秋月電子通商のAE-FT232HLと OpenOCD を使いました。

openocd -s dir/of/scripts/ -f interface/ftdi/um232h.cfg -c "adapter speed 4500" -c "jtag newtap avr cpu -irlen 4 -ircapture 0x1 -irmask 0xf -expected-id 0x5980103F"

正常に動作すれば以下のような出力になります。ついでに silicone revision も分かるんですが、この場合は 0x5 (Rev.F) ですね。

Open On-Chip Debugger 0.12.0 (2024-12-30-15:51)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
	http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
adapter speed: 4500 kHz

Info : auto-selecting first available session transport "jtag". To override use 'transport select <transport>'.
Info : Listening on port 6666 for tcl connections
Info : Listening on port 4444 for telnet connections
Info : clock speed 4500 kHz
Info : JTAG tap: avr.cpu tap/device found: 0x5980103f (mfg: 0x01f (Atmel), part: 0x9801, ver: 0x5)
Warn : gdb services need one or more targets defined

一方、ここでボロを出した WINGONEER の基板はこんな感じ。

Open On-Chip Debugger 0.12.0 (2024-12-30-15:51)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
	http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
adapter speed: 4500 kHz

Info : auto-selecting first available session transport "jtag". To override use 'transport select <transport>'.
Info : Listening on port 6666 for tcl connections
Info : Listening on port 4444 for telnet connections
Info : clock speed 4500 kHz
Info : JTAG tap: avr.cpu tap/device found: 0xffffff03 (mfg: 0x781 (<unknown>), part: 0xffff, ver: 0xf)
Warn : JTAG tap: avr.cpu       UNEXPECTED: 0xffffff03 (mfg: 0x781 (<unknown>), part: 0xffff, ver: 0xf)
Error: JTAG tap: avr.cpu  expected 1 of 1: 0x5980103f (mfg: 0x01f (Atmel), part: 0x9801, ver: 0x5)
Error: Trying to use configured scan chain anyway...
Error: avr.cpu: IR capture error; saw 0x00 not 0x01
Warn : Bypassing JTAG setup events due to errors
Warn : gdb services need one or more targets defined

なお fuse bit を戻す方法は以下の通り。

# JTAGEN を 1 にする (JTAGを無効にする)
avrdude -p m2560 -c pickit4_icsp -q -F -U hfuse:w:d0:m

まとめ

ということで、ここまでの結果をまとめてみました。

Arduino MEGA 2560 Rev3Arduino用 MEGA2560 R3ボード(黒)Mega 2560 R3 Plus マイコン ボードMega 2560 R3 マイコン 開発ボードMega 2560 PRO MINI
BrandArduinoELEGOOKEYESTUDIOKEYESTUDIOWINGONEER
購入元秋月電子通商AmazonAmazonAmazonAmazon
税(10%)込価格6,9202,6392,6992,6992,139
USB-UART変換ATMEGA16U2ATMEGA16U2CP2102ATMEGA16U2WCH340G
USB端子BBCBMicro-B
MCU外観OK斑点・傷あり、字が細いOKOK表記が極端に古い
Date Code2404RWB2401Y9622435AS221747C1345
Signature bytesOKOKOKOKOK
S/N0x43,0x33,0x38,0x32,0x34,0x38,0xff,0x13,0x1,0xb0x58,0xff,0xfd,0xff,0xfd,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff0x6e,0x75,0x6e,0x6b,0x77,0x6f,0xff,0x0,0x8,0x20x6e,0x75,0x6e,0x6b,0x77,0x6f,0xff,0x0,0x12,0x70x58,0x33,0x30,0x32,0x33,0x38,0xff,0x13,0xc,0x10
JTAG IdCode0x5980103f0x5980103f0x5980103f0x5980103f0xfffff03f
判定OK偽物偽物偽物偽物
その他の注意事項ICSPのsilkが間違い

まさか互換基板3社4製品のすべてが偽物とは。Amazon Marketplace はなかなか刺激的です。こうやって開発基板として検証できればいいのですが、製品に組み込まれてしまうと厳しいものがあります。そんな素性の知れない、datasheet 通りに振る舞うかも分からない製品が普通に流通してるんじゃないかと思うと、なかなか怖いですね。

余談

Errata を意図的に踏むことで真贋を判定しようと思ったのですが、うまくいきませんでした。Datasheet によると、revision F は「ADC は differential mode で gain 200x で使えない」旨の記述があります。が、これがどうやっても再現しません。”Not Functional” って具体的に何なの。

とりあえず使った code を掲載しておきます。

#define F_CPU 16000000UL
#define BAUD 9600
#define MYUBRR (F_CPU/16/BAUD-1)
#define BUFFER_SIZE 100

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <stdio.h>

void uart_init(unsigned int ubrr)
{
    UBRR0H = (unsigned char)(ubrr>>8);
    UBRR0L = (unsigned char)ubrr;
    UCSR0B = (1<<RXEN0)|(1<<TXEN0);
    UCSR0C = (1<<USBS0)|(3<<UCSZ00);
}

void adc_init()
{
    ADMUX |= (1<<REFS0)|(1<<ADLAR);
    ADCSRA |= (1<<ADPS2)|(1<<ADPS1)|(1<<ADPS0)|(1<<ADEN);    
}

void uart_transmit(char* str)
{
    int n = 0;
    while(*(str + n) != '\0')
    {
        while ( !( UCSR0A & (1<<UDRE0)) );
        UDR0 = *(str + n);
        n++;
    }
}

int main(void)
{
    uart_init(MYUBRR);
    adc_init();
    int adc_value;
    char buff[BUFFER_SIZE];

    while(1)
    {
//        ADMUX = (ADMUX & 0xE0) | 0b11011; // Mode: Differential, Positive: ADC3, Negative: ADC2, Gain: 1x, Range: -5V .. 5V
//        ADMUX = (ADMUX & 0xE0) | 0b01101; // Mode: Differential, Positive: ADC3, Negative: ADC2, Gain: 10x, Range: -500mV .. 500mV
        ADMUX = (ADMUX & 0xE0) | 0b01111; // Mode: Differential, Positive: ADC3, Negative: ADC2, Gain: 200x, Range: -25mV .. 25mV
        ADCSRA |= (1<<ADSC);
        while( ADCSRA & (1<<ADSC) );
        adc_value = ADC;
        sprintf(buff, "ADC Value: %d\r\n", adc_value >> 6);
        uart_transmit(buff);
        _delay_ms(500);
    }
}

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