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R8C関係、テンプレートライブラリのアップデート

R8C、RL78、RXマイコンと、実装を重ねた結果、色々と新しい試み(
判りやすさ、正確性、共有性、性能)が導入されて、昔に実装した、R8C関
係のテンプレートライブラリの完成度が相対的に低下している状況となってい
る。

ここらで、最新の実装方法を、R8Cにも反映するべく、アップデートを大々
的に行った。
この改修は、I2Cや、SPIデバイスの制御クラスを全てのプラットホーム
で共有する為の準備でもある。
また、デバイスのフラッシュ書き込み関係プログラムも改修を行った。

I2C、SPIインターフェースの完成度が低いので、その辺りも、RL78
やRXと同等な実装に切り替えた。

かなり大掛かりな手術となったが、一応完成した、これで、各プラットホーム
で、外部デバイスを共有する事が出来ると思う。

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以前にアマゾンで、LEDドライバー、マキシム社のMAX7219を買った。
MAX7219 7セグLED×8

部品単体で買っても1000円する(これは、高すぎるが・・)ので、とても
CPが高い。
一般的に、多数のLEDを接続するには、ポートや、電流容量の問題で、ドラ
イバーを入れなくてはならないので、それが簡単に接続できる。
ただし、電源は5Vなので、3.3Vのデバイスに接続するには、別途電源が
必要と思う。
そこで、電源電圧が自由に選べるR8C/M120ANで、5Vで駆動により、
接続実験を行った。

img_0857s

輝度をプログラム出来るとか、電流制限抵抗が少ない、デージーチェインできる
、ダイナミックスキャンが行われているなど、かなりユニークなデバイスで、取
り扱いが簡潔で良い。(少量でも安ければ良いのだけど・・・)

MAX7219サンプル

MAX7219制御クラス

BMP180/BMP280圧力センサー

最近、BMP280が、安く購入出来る事を知り、早速購入、実験してみた。
アマゾンで230円だった。
※湿度も計測できる、BME280は、まだ高価なようだ・・(@540)

BMP280は、BMP180の後継で、色々な部分が改善されているようだ、ただ、
温度や気圧を得る為のシーケンスは、BMP180とは異なる為、新規に実装する必要
がある。
今後は、BMP180はBMP280に置き換わるものと思われる。
※現状では、BMP280の方が安く入手できる。

BMP180とBMP280の主な違い:

Parameter:               BMP180                 BMP280
Footprint:               3.6 × 3.8 mm           2.0 × 2.5 mm
Minimum VDD:             1.80 V                 1.71 V
Minimum VDDIO:           1.62 V                 1.20 V
Current consumption:     12 μA                  2.7 μA
(@3Pa RMS noise)
RMS Noise:               3 Pa                   1.3 Pa
Pressure resolution:     1 Pa                   0.16Pa
Temperature resolution:  0.1°C                  0.01°C
Interfaces:              I²C                    I²C & SPI (3 and 4 wire, mode ‘00’ and ‘11’)
Measurement modes:       Only P or T, forced    P&T, forced or periodic
Measurement rate:        up to 120 Hz           up to 157 Hz
Filter options:          None                   Five bandwidths

早速、BMP280用にテンプレートクラスを実装して、動作実験を行った。
ここで、BMP180とインターフェースを合わせる為、BMP180の実装も見直した。
BMP180では、温度は0.1度単位で出力されるが、BMP280では、0.01度
までの分解能がある。
なるべく、小規模なマイコンなどで使う事を考えて、浮動小数点を使わないようにしたの
で、以前のインターフェースでは、10倍した整数で、温度を取得するようにしていたが
これを100倍とした。
圧力(ヘクトパスカル)は、元々100倍された値だったのでそのまま使った。
BMP280では、さらに小数点以下8ビットも有効のようだったが、センサの分解能か
ら考えて、必要ないと思ったので、捨てている。
圧力から、高度を求めるAPIは、std::pow を使うので、R8C版では、容量の関係で、
コンパイルは出来るものの、容量オーバーで、リンクに失敗する。
RL78でも問題無く機能するものの、バイナリーは64キロを超える。
※RXでは13キロ程度に収まる。

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補正などのソースコードはネットにあるソースを参考にしたけど、どうも、初期設定の
デバイスの動作モード設定に誤りがあるようで、データシートを読んで(観て)設定データ
としたが、それが正しいのか微妙ではある、データを1秒間隔で出力させると、それらしい
データを出力している。
※立川の高度は100mくらいのハズなので、かなり違うが、天気によりそれなりに変
化すると思うので、スルーしている。
※一応、圧力の補正ルーチンは確認しているが、特に間違いは無いと思える。

Bosh のデータシートには「filter」に関する説明が不十分なように思う・・・
※とりあえず、「Filter:16」の設定として、0b100としている。

BMP280 初期化コードの一部

    // Ex: Ultra high resolution
    // setting control
    // osrs_t(X2): 010, osrs_p(X16): 101, mode(Normal): 11
    uint8_t mode = 0b010'000'00 | 0b000'101'00 | 0b000'000'11;
    write8_(REG::CONTROL, mode);

    // setting config
    // t_sb(0.5ms): 000, filter(16): 100, xxx(0): 0, spi3w_en(0): 0
    uint8_t conf = 0b000'000'0'0 | 0b000'100'0'0 | 0b000'000'0'0 | 0b000'000'0'0;
    write8_(REG::CONFIG, conf);

img_0856s

Temperature: 19.51 C
Pressure: 1005.85 hPa
Altitude:   61.79 m
Temperature: 19.51 C
Pressure: 1005.86 hPa
Altitude:   61.71 m
Temperature: 19.51 C
Pressure: 1005.87 hPa
Altitude:   61.63 m
Temperature: 19.51 C
Pressure: 1005.87 hPa
Altitude:   61.63 m

BMP180/BMP280 サンプル

RX24TでA/D変換テスト

RX24Tは、モーター制御がターゲットだからか、A/D変換関係が、もの
凄く充実した(細かい)造りになっている。
変換時間は1マイクロ秒で、12ビットの精度があり、5チャンネルが2ユニ
ット、12チャネルが1ユニット、計22チャンネルと豪華で、付随する機能
も豊富で複雑だ。

流石、インバーター制御用なので、サンプルホールド回路が複数あったり、
ゲインを制御する機構があったり、モーター制御に必要な機構を網羅している
ようではある。
変換結果を受け取るレジスターも、個別になっているので、変換したいチャネ
ルを選んで、変換を開始するだけで、マネージメントも簡単で、処理負荷も少
なくてすむ。

とりあえず、単に変換するだけの機能を実装してテストしてみた。
他の変換モードは、必要になったら、適宜追加していくようにしたい。
ただ、テンプレートの定義は、複雑だったので、それなりに苦労した。
なるべく、3つのモジュールを同じように扱う事が出来るように工夫した。

チャネルの扱いをどのように扱うか、色々悩んだが、結局、各モジュールの定
義内に、「enum class」を使って、チャネル定義を行った。

//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
/*!
    @brief  S12AD1 定義
    @param[in]	base	ベース・アドレス
    @param[in]	t		ペリフェラル型
*/
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
template <uint32_t base, peripheral t>
struct s12ad1_t : public s12ad_t {

    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    /*!
        @brief  アナログ入力型
    */
    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    enum class analog : uint8_t {
        AIN100,
        AIN101,
        AIN102,
        AIN103,
        AIN116 = 0x10,
    };
.
.
.
};
typedef s12ad1_t<0x00089200, peripheral::S12AD1> S12AD1;

ユニット0、1は、チャネル5本で、5番目は、16番から開始する為、定数を16
としている、この値を使ってレジスターアクセスのオフセットとしている。
※ただ、こうすると、ループを回して、設定するような事が出来なくなるのが、痛い
が、アナログチャネルは、通常全て同一に使う事は少ないので、「良し」とする。

//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
/*!
    @brief  S12AD2 定義
    @param[in]	base	ベース・アドレス
    @param[in]	t		ペリフェラル型
*/
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
template <uint32_t base, peripheral t>
struct s12ad2_t : public s12ad_t {

    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    /*!
        @brief  アナログ入力型
    */
    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    enum class analog : uint8_t {
        AIN200,
        AIN201,
        AIN202,
        AIN203,
        AIN204,
        AIN205,
        AIN206,
        AIN207,
        AIN208,
        AIN209,
        AIN210,
        AIN211,
    };
.
.
.
};
typedef s12ad2_t<0x00089400, peripheral::S12AD2> S12AD2;

変換時間は1マイクロ秒と短い時間ではあるけど、80MHzのCPUの場合
では、変換開始から変換終了を待つのでは、十分な実装とは言えないので、割
り込み処理は実装してあり、変換終了時に、何かタスクを実行できるような仕
様としてあるが、どこまで実用的かは多少疑問が残る。
結局、リアルタイムカーネルのようなマルチタスクシステムにしないと真価を
発揮出来ないかもしれない。

RX24TのA/Dユニットの構成は、他のRXマイコンと比較して、汎用的
では無いため、変換操作を行う具体的なクラス「adc_io」は個別に定義した。
RX64Mや、RX63Tでは、別に定義する必要がある。

A/D 変換サンプル

RX24TでSDカードの読み書き

RX24TにもSDカードを接続してみた。

ほとんどは、RL78のリソースを使ったものの、FatFS を ff12b と最新の
実装を使った。
また、なるべく、固有のハードウェアー設定を追い出して、ハードの依存を
少なくする仕組みを整えた。

RX24Tには、専用のSPIチャネル(RSPI0)が1つだけあるので、
SDカードに割り当てた。
SDカードを扱うと、このチャネルはほぼ占有されてしまうと思うので、他
とのシェアをあまり考えなくてもも良いと思うが、一応、それも可能に出来る
ようにはしてある。

img_0855s

新規に作成したUSBシリアルコンバーターから、電源を取っているのだけど、
SDカードをマウントすると、USBシリアルデバイスが不安定になる現象が
起こった、これは、SDカードマウント時に大きな電流が流れ、電圧効果が大
きいのだろう、そこで、解消の為、USBシリアルモジュール側に47uFの
コンデンサを追加した、(22uFくらいで十分だと思うが、手持ちが無かっ
た)これで、安定的に動作するようになった。
念のため、RX24T側にも10uFのコンデンサを足した。

簡単なベンチマークを行った。
※サンプルのSDカードは、Transcend の8GB
※RX24Tでは、SPIの最大クロックは20MHzとなっている。

RX24T:
SD Speed test start...
SD Write test...
Write frame: 460
Write: 136770 Bytes/Sec
Write: 133 KBytes/Sec
SD Read test...
Read frame: 133
Read: 473041 Bytes/Sec
Read: 461 KBytes/Sec

RL78/G13:
SD Write test...
Write frame: 541
Write: 116293 Bytes/Sec
Write: 113 KBytes/Sec
SD Speed test start...
SD Read test...
Read frame: 180
Read: 349525 Bytes/Sec
Read: 341 KBytes/Sec

※書き込み速度は、あまり変化は無いが、読み込み速度はかなり改善している。
※RL78では、SPIのクロックは16MHzだったので、その分と、CPU
の処理能力の違いと思える。

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ポートを1ビット単位で定義できるようなクラスを実装した、これはRL78
でも同じようなクラスを実装したけど、より汎用的な仕様にした。

定義の仕方は、RL78とほぼ同じだが、ポートの指定は、テンプレートクラス名とした。

    typedef device::PORT<device::PORT6, device::bitpos::B5> sdc_select;    ///< カード選択信号
    typedef device::PORT<device::PORT6, device::bitpos::B4> sdc_power;    ///< カード電源制御
    typedef device::PORT<device::PORT6, device::bitpos::B3> sdc_detect;    ///< カード検出

RXマイコンでは、ポートの出力と、入力は、異なったレジスターを利用する
為、テンプレートクラスは、この対応が非常にやりやすい。
以下は、ポートクラスの一部:

struct port_t {
    static bit_rw_t<rw8_t<PORTx::base_address_ + 0x20>, bpos> PO;  // ポート出力用
    static bit_ro_t<ro8_t<PORTx::base_address_ + 0x40>, bpos> PI;  // ポート入力用

        void operator = (bool val) { PO = val; }
        bool operator () () { return PI(); }
    };
    static port_t P;

operator をオーバーロードする事で、「P」に対して、「=」で、値を設定、
「()」で読み出す事が出来る。

RX24T SD カードアクセスサンプル

RX64Mフラッシュ書き込みプログラム

RX24Tに続き、RX64Mでも、フラッシュへの書き込みが出来るようになった。

RX64Mは、RX24Tとは、全く違うプロトコルで、機能も増えている為、かなり
の部分が作り直しとなった。

RX63T、RX24Tでは、接続が確立され、コマンドを受け付けるようになった時
には、フラッシュは自動で消去されている為、「--erase」動作は必要無いのだが、
RX64Mでは、消去は、個別に対応する必要がある。

また、デバイスを自動で認識する訳では無い為、書き込み時、デバイス種別を選択する
必要がある。

./rx_prog -d RX64M -P COM11 --verbose --progress --erase --write --verify uart_sample.mot
# Platform: 'Cygwin'
# Configuration file path: 'rx_prog.conf'
# Device: 'RX64M'
# Serial port path: 'COM11'
# Serial port speed: 115200
# Input file path: 'uart_sample.mot'
# Motolola Sx format load map: (exec: 0x00000000)
#   0xFFE00000 to 0xFFE00FCB (4044 bytes)
#   0xFFFFFFD0 to 0xFFFFFFFF (48 bytes)
#   Total (4092 bytes)
# Serial port alias: COM11 ---> /dev/ttyS10
# Serial port path: '/dev/ttyS10'
# Connection OK.
#01/01: Device Type OSA: 16000000
#01/01: Device Type OSI: 16000000
#01/01: Device Type CPA: 120000000
#01/01: Device Type CPI: 120000000
#01/01: Endian is little.
#01/01: System clock: 120000000
#01/01: Device clock: 60000000
#01/01: Change baud rate: 115200
#01/01: ID: Disable
Erase:  ###############################################
Write:  ###############################################
Verify: ###############################################

RX Flash Programmer

RXマイコン用 gcc-6.2.0 の構築

以前に、gcc-6.2.0 で、RL78 の gcc をビルドした時、C++ の構築時に
失敗した(16ビットCPUだとポインターが16ビットなのが原因の
よう)ので、試さなかったが、RXマイコンは純粋な32ビットなので、
ビルドできるよなと思い、やってみた。

普通に成功した・・・
※6系は、ビルドも速い気がする。

5.4.0 では、「-flto」でビルドすると、ソースによっては、リンク時に
gcc がクラッシュする事があった、6.2.0 だと、今のところ、クラッシュ
しない~
バイナリーも小さくなる~
これは、もしかしたら、「良い」のかもしれない・・・

6系は、主に、C++1z に向けた、コンパイラと思っていたのだが、色々と
改修が進んでいるのかもしれない。

gcc-6.2.0 でコンパイルしたRXマイコンのプログラムも普通に動作する
ようだ。

RX24Tフラッシュ書き込みプログラム

RX24Tのフラッシュ書き込みプログラムが動くようになった。

以前に実装したRX63T版と微妙に違うので、それを修正して、対応しただけ
なのだけど、RX63Tより簡略化されているので、簡単だった。
※まだ、実装されていないプロトコルがある。(プロテクションIDの設定など)

RX63Tでは、内臓発振器の周波数が低い為、速度をキックする場合には、外部
接続クリスタルの周波数を設定して、内部のクロックデバィダをプログラムする必
要があったが、RX24Tでは、内部発振器の周波数はそこそこ高いので、その必
要は無くなった。

# Platform: 'Cygwin'
# Configuration file path: 'rx_prog.conf'
# Device: 'RX24T'
# Serial port path: 'COM12'
# Serial port speed: 115200
# Input file path: 'DS3231_sample.mot'
# Motolola Sx format load map: (exec: 0x00000000)
#   0xFFFC0000 to 0xFFFC1B4B (6988 bytes)
#   0xFFFFFFD0 to 0xFFFFFFFF (48 bytes)
#   Total (7036 bytes)
# Serial port alias: COM12 ---> /dev/ttyS11
# Serial port path: '/dev/ttyS11'
# Connection OK.
#01/01: Device: RX200 Series (LittleEndian)
#01/01: Device ID: 0x33306638
#01/01: Data area: 1D
#01/01: User Area: FFFC0000, FFFFFFFF
#01/01: Data Area: 00100000, 00101FFF
#01/02: Block: FFFC0000, 00000800, 00000080
#02/02: Block: 00100000, 00000400, 00000008
#01/01: Change baud rate:
#01/01: ID Protect: Disable
Write:  ################################################
Verify: ################################################

RX24T対応、フラッシュライター

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rx_prog では、rx63t_protocol.hpp、rx24t_protocol.hpp と2つの制御プログラム
を使っている、C++ では、通常このような場合には、インターフェースクラスを使
って切り替えるのが一般的ではあるが、「new」を使いたくないとか、ポインター
でアクセスするのが好きじゃ無いとか色々あり、boost::variant を使ってみた。
これを使って、各メソッドに対応する visitor クラスを実装すれば、同じような
共有化が出来る。

最初は、個々の visitor クラスの実装が面倒とも思ったが、インターフェースクラス
を書くのと大差無い事が判った。
これからは、boost::variant を積極的に使っていきたい~
ただ、エラー発生時に、非常にわかり難いエラーメッセージが出力される・・・
この辺りは慣れが必要と思う・・・

USBシリアルコンバーターCP2102

RL78で、単線によるフラッシュプログラムですが、Windows 以外、シリアル
ドライバーの挙動に問題があり、全滅です・・

最近、アマゾンで買った中華製CP2102シリアルコンバーターも試しましたが、
やはり駄目でした、Linux 環境では、かなり良いとこまで進みますが、やはり途中
で駄目になります。

この問題は、以下のような事のようです。
・TXD信号からBRKを信号を送出できない(OS-Xの場合)
・フレーミングエラーを無視出来ない(OS-X、Linux)
※RL78では、送信は2ストップビット、受信は1ストップビットの為

何か、別の方法があるのかもしれませんが、簡単に解決するには、中間に、単線信号
に変換するマイコンを入れるなどするしか無いようです。
※最新ドライバーをインストールしても、状況は同じようです・・・

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CP2102シリアルモジュールですが、裸で使うと、ショートの危険などあるので、
ケースに入れました。
・USBのコネクターは、マイクロUSBに交換しています。
・電源ランプとして、赤色LEDが付いているので、上部に穴をあけ、ホットボンド
で塞いであります。
・3.3V専用です。
・レギュレーターチップの上にスペーサーとして3mmの板を乗せ、中の基板を固定
してあります。
・コネクターは6ピンの圧着用ピンヘッダーを使いました、これもアマゾンで、大量
購入したものです。
・信号としては、電源、送受信、/RTS、/CTS を出しています。

ケースは、「タカチ電気工業」のCS75Nを使いました。
・このケース、デザインも機能も優れており、加工しやすく、安く、お気に入りです!

img_0851s

加工は、リューターと棒ヤスリを使いましたが、いつも、削りすぎで、余分な隙間な
どできたりしますが、今回はパーフェクトでは無いけど、まぁまぁの出来です。

img_0853s

RX24TでLED点滅

先日購入したRX24Tで、LEDの点滅が出来た。

RXシリーズは、RX621に始まり、RX63T、RX64M、RX24Tと色々扱う
事になった。

基本的にシリーズが違っても、内蔵ペリフェラルは、似通っているので、リソースの使い
まわしが出来るのがありがたい。

以前から、マイクロマウスをやろうかと思い、非常にゆっくり準備している。
本来、RX24Tは、モーターの制御向けシリーズとして、RX23Tの後継で、動作
周波数が80MHzまでアップされ、注目していたが、チップワンストップで、
数量をある程度まとめると安いのを見つけて、購入した。
※10個で@460円くらい。
80MHzで動作し、256Kのフラッシュと16KのRAMなど、コストパフォーマン
スが高い。
元々、このシリーズは、ブラシレスモーターの制御をターッゲットにしたものなのだが、
もちろん、それ以外の用途でも十分使えると思う、多少RAMの容量が少ないが・・

とりあえず、モーター制御に特化したものに利用する予定で、迷路の解析部分の「頭脳」
は、別に何かを使う予定でいる。
※1個のマイコンで全てまかなえればシンプルなのだが、初号機は、柔軟性など考えて、
とりえあず分離しておきたい。

RX24Tで少し違うのは、内部のフラッシュは、最大でも32MHzまでしか動作しな
い為、フルスピード(80MHz)で動かす場合には、ウェイトを入れる必要がある点で、

	device::SYSTEM::PRCR = 0xA50B;	// クロック、低消費電力、関係書き込み許可

	device::SYSTEM::MEMWAIT = 0b10; // 80MHz 動作 wait 設定

レジスタのプロテクトを解除後、スピードをキックする為に備えて、ウェイトを入れてお
く必要がある。

今回最大周波数は80MHzなので、外部発信は、10MHzのクリスタルを使った。

LEDは、P00(4)に赤色LED(VF:1.9V)を1.5Kの抵抗を入れて、吸い
込みで接続してある。

img_0849s

RX24T LED 点滅

RXマイコン用 gcc-5.4.0 の構築

LTO のトラブルをうけて、gcc をより新しいバージョンへ移行する事にした。

とは言っても、時間はかかるものの(1時間もかからないが・・)、そんなに新しい
事は無い。

まず、パッケージの選択、6系は、まだ移るには早いようなので、5系の最新、5.4
にする。
合わせて、binutils、newlib も割と最新で統一した。

  binutils-2.27.tar.gz
  gcc-5.4.0.tar.gz
  newlib-2.4.0.tar.gz

今回から、C コンパイラのビルドオプションは、「--disable-multilib」に変更した。
32ビットのRXマイコンには必要ないうえに、付けるとビルド時間が長くなるようだ。

gcc-4.9.4 で、「-flto」を付けた場合に、リンク時に gcc がクラッシュするトラブルは
起こらないようだ・・
ただ、コンパイルするプログラムに依存すると思われるものなので、たまたま、クラッシュ
しないだけかもしれない・・
クラッシュするようだと、-flto は諦めるしかない・・・

・-flto の場合

   text    data     bss     dec     hex filename
   4012      48    1316    5376    1500 uart_sample.elf

・無しの場合

   text    data     bss     dec     hex filename
   4092      48    1316    5456    1550 uart_sample.elf

プログラムが短いので、効果が分かりにくいものの、小さくなっている。