RS-485

RS-485 は、非同期シリアルに RS-485 用ドライバを付け、若干のソフトを追加するだけで、利用出来る。
ドライバーは、差動信号を使い、ノイズに強く、長い通信路でも、信号の品質を維持する事が出来る。
ネットワークのトポロジーとして、CAN のような構成にできて、複数の機器を相互に接続出来る。
詳しくは、RS-485 の解説を参照してもらいたい。

但し、半二重通信なので、送信を行うには、送信ゲートを適切にコントロールする必要がある。
また、プロトコルを実装して、クライアントと通信するので、全体の構成を考える必要がある。
受信だけなら、流れてくるパケットをデコードするだけなので簡単だが、送信するには、受信データを監視して、タイミングを守る必要がある。
プロトコルは規定されていないが、PLC、インバーターなどで良く使われるものがあるようだ。

今回は、三相モーターのインバーターと通信するのがとりあえずのゴール。

sci_io クラスに機能を追加

sci_io クラスは、SCI を使った非同期シリアル通信を扱うクラスとなっている。

今回、RS-485 の送信ゲート制御を追加した。

一つのクラスに、あまり多くの機能を盛り込むのは、設計上別の問題もあるが、色々検討した結果、少しの機能追加で行える事が判ったので、機能追加とした。

RS-485 のゲート制御は、テンプレートパラメータで決定する為、通常の SCI 通信では、余分なコードが残らないように配慮してある。

機能を切り替える仕組み

定義は以下のようなもので、通常の SCI 定義を拡張したものとなっている。
ハードフロー制御（RTS）と共用となっているので、enum class の FLOW_CTRL 型に、RS485 を含めてあり、テンプレートパラメータで指示する。

    typedef utils::fixed_fifo<char, 1024> RS485_RXB;  // RS-485/RX (受信) バッファの定義
    typedef utils::fixed_fifo<char, 512>  RS485_TXB;  // RS-485/TX (送信) バッファの定義

    typedef device::PORT<device::PORT3, device::bitpos::B3> RS485_DE;   // for MAX3485 DE
    typedef device::sci_io<RS485_CH, RS485_RXB, RS485_TXB, device::port_map::ORDER::SECOND, device::sci_io_base::FLOW_CTRL::RS485, RS485_DE> RS485;
    RS485   rs485_;

• RS-485 ドライバーの DE（送信ゲート）を制御する為、ポート定義を同時に行う。
• RS-485 ドライバーの受信ゲートは、常に有効にしてある。
• RS-485 ドライバは、ループバックしているので、送信した文字列をそのまま受信する。
• 送信した文字列と受信した文字列が等しければ、衝突は発生せず、正しく送信出来た事を保障する事が出来る。
• RS-485 ドライバーは、MAX3485 を使っている。（3.3V 動作品）

DE ポートの制御

• RS-485 の送信ゲート制御は、送信データ列が出ている間だけ、送信ゲートを有効にする必要がある。
• RX マイコンの SCI では、シリアル送信中のデータ列が出ている期間を知る手法はいくつかあるのだが、送信データがバッファリングされている為、単純な方法では、うまくいかない。
• 送信割り込みは、送信が可能になったタイミングで発生する。
• ストップビットを含めたシリアルデータが全て送られたタイミングで「送信終了割り込み」が発生する。
• 色々検討して実験した結果、送信開始前に、ゲートを有効にして、送信 FIFO が「空」になったら、送信終了割り込みを発生させ、そのタイミングでゲートを閉じるようにした。

９６００ｂｐｓ

送信終了割り込み（TEI）のハンドリング

送信終了割り込み（TEI）は多少厄介で、一工夫が必要となっている。
それは、マイコンによって、通常割り込みの場合と、グループ割り込みの場合がある為で、それを正しく管理する必要がある。

• RX621/RX62N/RX63T/RX24T では通常割り込み。
• RX64M/RX71M/RX65N/RX72N/RX66T/RX72T ではグループ割り込み。

        static inline void tei_task_()
        {
            if(send_.length() == 0) {
                RTS::P = 0;
            }
            SCI::SCR.TEIE = 0;
        }

        static INTERRUPT_FUNC void tei_itask_()
        {
            tei_task_();
        }

        void set_intr_(uint8_t level) noexcept
        {
            if(level > 0) {
                icu_mgr::set_interrupt(SCI::RXI, rxi_task_, level);
                icu_mgr::set_interrupt(SCI::TXI, txi_task_, level);
                if(FLCT == FLOW_CTRL::RS485) {
                    auto gv = icu_mgr::get_group_vector(SCI::TEI);
                    if(gv == ICU::VECTOR::NONE) {
                        icu_mgr::set_interrupt(SCI::TEI, tei_itask_, level);
                    } else {
                        icu_mgr::set_interrupt(SCI::TEI, tei_task_, level);
                    }
                }
            } else {
                icu_mgr::set_interrupt(SCI::RXI, nullptr, level);
                icu_mgr::set_interrupt(SCI::TXI, nullptr, level);
                if(FLCT == FLOW_CTRL::RS485) {
                    icu_mgr::set_interrupt(SCI::TEI, nullptr, level);
                }
            }
        }

現在、RX マイコン C++ フレームワークでは、グループ割り込みは、標準のディスパッチルーチンから呼ばれるので、割り込みタスクの属性を適切に設定する必要がある。

SCI::TEI（送信終了割り込み）がグループベクターの場合は、通常のタスクを登録し、グループベクターでは無い場合には、「INTERRUPT_FUNC」属性を付与した関数を登録する。
「INTERRUPT_FUNC」属性では、「RTE」オペコードで終了する。（通常関数は「RTS」オペコード）

RX24T の場合、「TEI」は通常ベクターで、グループでは無いので、「VECTOR::NONE」が返る。

        static ICU::VECTOR get_group_vector(ICU::VECTOR vec) noexcept {
            return ICU::VECTOR::NONE;
        }

RX72T の場合、「TEI」は「VECTOR_AL0」なので、「VECTOR::GROUPAL0」が返る。

        static ICU::VECTOR get_group_vector(ICU::VECTOR_AL0 vec) noexcept {
            return ICU::VECTOR::GROUPAL0;
        }

「icu_mgr::get_group_vector(SCI::TEI);」で、「SCI::TEI」がグループベクターなのか、そうでないのか判定出来る。
C++ では「型」の違いで、コンパイラが自動で関数を呼び分ける事ができ、処理を切り替える事が可能なので、柔軟性が大きい。
この判定は、定数が返るだけなので、最適化がされると、分岐や判定が綺麗に消えて、無駄なコードが残らない為、余分なメモリとマシンサイクルを節約する。
このような精妙な仕組みがスマートに実装出来るのは C++ の特徴となっている。
このような仕組みはＣ言語では難しい。

グループベクターのハンドリング

自分のフレームワークでは、割り込みなどは登録制にしてあり、グループベクターも登録制となっている。

        //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
        /*!
            @brief  GROUPAL0・ベクター型
        */
        //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
        enum class VECTOR_AL0 : uint8_t {
            TEI11 = 12,     ///< SCI11 / TEI11
            ERI11,          ///< SCI11 / ERI11

            SPII0 = 16,     ///< RSPI0 / SPII0
            SPEI0,          ///< RSPI0 / SPEI0
            NUM_ = 4
        };

SCI11 の送信終了割り込み「TEI11」は「グループベクター AL0」のグループで、上記番号は、レジスターのビット位置となっている。
グループ割り込みが発生した場合に該当する処理を呼び分けるディスパッチルーチンはなるべく高速に実行したいので、割り込みタスク登録時に必要なデータを登録してある。

        typedef icu_utils::dispatch<ICU::VECTOR_AL0> GROUPAL0_dispatch_t;
        static GROUPAL0_dispatch_t GROUPAL0_dispatch_;

        template<typename GRPV>
        class dispatch {
...
            void set_task(GRPV grpv, GTASK task) noexcept
            {
                uint32_t bits = 1 << static_cast<uint32_t>(grpv);
                for(uint32_t i = 0; i < NUM; ++i) {
                    if(bits_[i] == bits) {
                        bits_[i] = 0;
                        task_[i] = nullptr;
                        break;
                    }
                }
                for(uint32_t i = 0; i < NUM; ++i) {
                    if(bits_[i] == 0) {
                        bits_[i] = bits;
                        task_[i] = task;
                        break;
                    }
                }
            }

            void run(uint32_t togo) const noexcept
            {
                for(uint32_t i = 0; i < NUM; ++i) {
                    if(bits_[i] == 0) break;
                    if((bits_[i] & togo) != 0 && task_[i] != nullptr) {
                        (*task_[i])();
                    }
                }
            }
        };

        static INTERRUPT_FUNC void group_al0_handler_() noexcept
        {
            GROUPAL0_dispatch_.run(ICU::GRPAL0());
        }

        static void install_group_task(ICU::VECTOR_AL0 grpv, icu_utils::GTASK task) noexcept
        {
            ICU::GENAL0.set(grpv, false);
            set_task(get_group_vector(grpv), group_al0_handler_);
            GROUPAL0_dispatch_.set_task(grpv, task);
            if(task != nullptr) {
                ICU::GENAL0.set(grpv);
            }
        }

• dispatch::run(togo) は割り込み要因　GRPAL0 レジスタを引数に呼ばれる。
• 登録されたデータに従い、タスクを呼び出す。
• この辺り、部分的な実装を抜き出しているので雰囲気だけなので、実際は、github のコードを観て下さい。

RX72T 関係
icu_utils 関係

まとめ

• 現在サポートしているＲＸマイコンは１０種程度に及ぶので、良く考えて実装しないと、修正が大掛かりになる場合もある。
• 同じような機能を提供するクラスや関数をなるべく共有できるようにしないと、全ての品種で恩恵が薄くなる。

C++ だと、テンプレートや、C++11、C++14、C++17 で備わった機能など色々使って、かなりシンプルに実装が出来る、速度も速い！
テンプレートの場合、コンパイルがエラー無く通ると、大体ちゃんと動く場合が多い。
そして、ほとんどが、ヘッダーのみに全て実装出来る、なんて便利なんだろうといつも思う、利用する人が増えれば良いのにと思う。

GUI 更新

• 本当は、GUI の前に、優先度が高いタスクが色々あるのだが・・・
• 気軽に実装出来るのが「要」なので、色々修正、追加を行った。
• ソースコードを精査すると、何でこんな実装になってるの？（自分で実装したのに）部分もあり、修正した。
• GUI Widget は、プリミティブの組み合わせで描画するので、新規に何か作る場合、見た目や操作性を踏まえて修正が続く。
• 描画は、ソフトレンダーと DRW2D エンジンを選べるが、バグがあり、その修正も行った。
• 追加した widget は、「スピンボックス」、「トグルスイッチ」、「プログレスバー」となっている。
• 同時に GUI_sample で実装も追加して、機能を試している。（もうそろそろ画面が一杯になった感じ・・）
• まだ足りない物があると思うが、これくらいの種類があれば、アプリを作る場合に困らないと思える。

スピンボックス（spinbox.hpp）

• 範囲の決まった数値を増減する機能を提供する。
• 「長押し」で増減が加速するようにしたので、そこそこ大きい範囲でも設定出来る。
• 他の widget とは異なり、フレームレスにしているが、やはり無いと統一性が無いので、どうするか検討中・・
• 増減は、ボックスの左側、又は右側押すのだが、サインが、小さい四角なので、そこも甘い。
• 三角を描画するには、描画 API を追加する必要があるので、とりあえず四角にしている。

トグルスイッチ（toggle.hpp）

• 実際は「スライドスイッチ」だが、「トグル」の方が馴染みが良いと思ったので「toggle クラス」とした。
• この widget は「チェックボックス」と同等の機能だが、見た目や動作がモダンなので、必要と考えた。
• 実装は、そんなに複雑な部分は無いが、見た目や動作を考えて、試行錯誤した。

プログレスバー（progress.hpp）

• 実装は、表示のみなので簡単だった。
• 基本的に、輝度のみで状態を示すので、動かしてみて、吟味はした。

全体の見直し

• widget_director クラスや、前に実装した widget も見直して、気にくわない部分を修正した。
• API の名称なども、間際らしい部分があり、色々考えて変更した。

drw2d_mgr クラスの修正

• フォントの描画で、クリッピング領域を設定する部分にバグがあり、修正した。
• この修正で、ソフトレンダリングと drw2d エンジンによる描画がほぼ切り替えても同じような見た目になった。
• 実際は、アンチエリアスの表現などが異なり、完全に一致しない。
• drw2d エンジンによる描画の方が品質が高いので、ソフトレンダリングもモディファイしないとならない・・・

まとめ

• GUI Widget 関係のドキュメント（使い方や仕様）が不十分なので、この辺りも強化が必要と感じている。
• ただ、「GUI_sample/main.cpp」を観れば、使い方は判ると思う。
• 現状では、GUI Widget の配置ツールが無いが、C++ 11 以降 constexpr などの機能を使えば、かなり複雑な配置でも精妙に出来るので、自分としては必要性を感じない。
• widget の応答についても、「ラムダ式」で実装して、シンプルに出来るように配慮してある。
• 組み込み機器で C 言語ベースの GUI ライブラリを使っている人が本当に気の毒でならない。（今時、良く C 言語で作るよなぁー）
• 下に示したコードが全て、widget の表示とそれに伴う動作に必要な実装のみ、これで全てとなっている。

GUI サンプル、widget の定義：

    typedef gui::button BUTTON;
    BUTTON      button_(vtx::srect(10, 10, 80, 32), "Button");
    BUTTON      button_stall_(vtx::srect(100, 10, 80, 32), "Stall");
    typedef gui::check CHECK;
    CHECK       check_(vtx::srect(   10, 10+50, 0, 0), "Check");  // サイズ０指定で標準サイズ
    typedef gui::group<3> GROUP3;
    GROUP3      group_(vtx::srect(   10, 10+50+40, 0, 0));
    typedef gui::radio RADIO;
    RADIO       radioR_(vtx::srect(   0, 40*0, 0, 0), "Red");
    RADIO       radioG_(vtx::srect(   0, 40*1, 0, 0), "Green");
    RADIO       radioB_(vtx::srect(   0, 40*2, 0, 0), "Blue");
    typedef gui::slider SLIDER;
    SLIDER      sliderh_(vtx::srect(200, 20, 200, 0), 0.5f);
    SLIDER      sliderv_(vtx::srect(460, 20, 0, 200), 0.0f);
    typedef gui::menu MENU;
    MENU        menu_(vtx::srect(120, 70, 100, 0), "ItemA,ItemB,ItemC,ItemD");
    typedef gui::text TEXT;
    TEXT        text_(vtx::srect(240, 70, 150, 20), "１６ピクセル漢字の表示サンプル～");
    typedef gui::textbox TEXTBOX;
    TEXTBOX     textbox_(vtx::srect(240, 100, 160, 80), "");
    typedef gui::spinbox SPINBOX;
    SPINBOX     spinbox_(vtx::srect(20, 220, 120, 0),
                    { .min = -100, .value = 0, .max = 100, .step = 1, .accel = true });
    typedef gui::toggle TOGGLE;
    TOGGLE      toggle_(vtx::srect(160, 220, 0, 0));
    typedef gui::progress PROGRESS;
    PROGRESS    progress_(vtx::srect(240, 220, 150, 0));

    float       progress_ratio_ = 0.0f;

GUI widget の応答部分：

    void setup_gui_()
    {
        button_.enable();
        button_.at_select_func() = [=](uint32_t id) {
            utils::format("Select Button: %d\n") % id;
            if(button_stall_.get_state() == BUTTON::STATE::STALL) {
                button_stall_.set_state(BUTTON::STATE::ENABLE);
                button_stall_.set_title("Active");
            } else if(button_stall_.get_state() == BUTTON::STATE::ENABLE) {
                button_stall_.set_state(BUTTON::STATE::STALL);
                button_stall_.set_title("Stall");
            }
        };
        button_stall_.enable();
        button_stall_.set_state(BUTTON::STATE::STALL);

        check_.enable();
        check_.at_select_func() = [=](bool ena) {
            utils::format("Select Check: %s\n") % (ena ? "On" : "Off");
            if(ena) {
                radioR_.set_base_color(DEF_COLOR::White);
                radioG_.set_base_color(DEF_COLOR::White);
                radioB_.set_base_color(DEF_COLOR::White);
                radioR_.set_font_color(DEF_COLOR::White);
                radioG_.set_font_color(DEF_COLOR::White);
                radioB_.set_font_color(DEF_COLOR::White);
            }
        };

        // グループにラジオボタンを登録
        group_ + radioR_ + radioG_ + radioB_;
        group_.enable();  // グループ登録された物が全て有効になる。
        radioR_.at_select_func() = [=](bool ena) {
            utils::format("Select Red: %s\n") % (ena ? "On" : "Off");
            if(ena) {
                radioR_.set_base_color(DEF_COLOR::Red);
                radioG_.set_base_color(DEF_COLOR::Red);
                radioB_.set_base_color(DEF_COLOR::Red);
                radioR_.set_font_color(DEF_COLOR::Red);
                radioG_.set_font_color(DEF_COLOR::Red);
                radioB_.set_font_color(DEF_COLOR::Red);
            }
        };
        radioG_.at_select_func() = [=](bool ena) {
            utils::format("Select Green: %s\n") % (ena ? "On" : "Off");
            if(ena) {
                radioR_.set_base_color(DEF_COLOR::Green);
                radioG_.set_base_color(DEF_COLOR::Green);
                radioB_.set_base_color(DEF_COLOR::Green);
                radioR_.set_font_color(DEF_COLOR::Green);
                radioG_.set_font_color(DEF_COLOR::Green);
                radioB_.set_font_color(DEF_COLOR::Green);
            }
        };
        radioB_.at_select_func() = [=](bool ena) {
            utils::format("Select Blue: %s\n") % (ena ? "On" : "Off");
            if(ena) {
                radioR_.set_base_color(DEF_COLOR::Blue);
                radioG_.set_base_color(DEF_COLOR::Blue);
                radioB_.set_base_color(DEF_COLOR::Blue);
                radioR_.set_font_color(DEF_COLOR::Blue);
                radioG_.set_font_color(DEF_COLOR::Blue);
                radioB_.set_font_color(DEF_COLOR::Blue);
            }
        };
        radioG_.exec_select();  // 最初に選択されるラジオボタン

        sliderh_.enable();
        sliderh_.at_select_func() = [=](float val) {
            utils::format("Slider H: %3.2f\n") % val;
        };
        sliderv_.enable();
        sliderv_.at_select_func() = [=](float val) {
            utils::format("Slider V: %3.2f\n") % val;
        };

        menu_.enable();
        menu_.at_select_func() = [=](uint32_t pos, uint32_t num) {
            char tmp[32];
            menu_.get_select_text(tmp, sizeof(tmp));
            utils::format("Menu: '%s', %u/%u\n") % tmp % pos % num;
        };

        text_.enable();

        textbox_.enable();
        textbox_.set_title("(1) 項目\n(2) GUI サンプルについて。\n(3) まとめ");
        textbox_.set_vertical_alignment(TEXTBOX::V_ALIGNMENT::CENTER);

        spinbox_.enable();
        spinbox_.at_select_func() = [=](SPINBOX::TOUCH_AREA area, int16_t value) {
            static const char* st[3] = { "Minus", "Stay", "Plus" };
            utils::format("Spinbox: %s Value: %d\n")
                % st[static_cast<uint8_t>(area)] % value;
        };

        toggle_.enable();
        toggle_.at_select_func() = [=](bool state) {
            utils::format("Toggle: %s\n") % (state ? "OFF" : "ON");
            if(!state) {
                progress_ratio_ = 0.0f;
            }
        };

        progress_.enable();
        progress_.at_update_func() = [=](float ratio) {
            if(toggle_.get_switch_state()) {
                ratio += 1.0f / 120.0f;  // 2 sec
                if(ratio > 1.0f) ratio = 1.0f;
            } else {
                ratio = 0.0f;
                progress_ratio_ = 0.0f;
            }
            return ratio;
        };
    }

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