Ｍ１１Ａ、Ｍ１２Ａについて～

低価格なマイコンと言えば、ＡＶＲですが、ルネサスにも、ＣＰの高いマイコンがあります。
それは、Ｒ８Ｃマイコンで、Ｒ８Ｃ／Ｍ１２Ａ／Ｍ１１Ａです。
「＠１００円、確かに安いけど、ＡＶＲもあるし、ＰＩＣもあるしで、そんなにインパクト無いけどーー」と言いたくなるかもしれませんが・・
このマイコン、裏事情があって、表向きは
・プログラムメモリ（フラッシュ）：２ＫＢ
・ＲＡＭ：２５６バイト
となっていますが、実際には、
・プログラムメモリ（フラッシュ）：３２ＫＢ
・ＲＡＭ：１２８０バイト
※時代に逆行するアセンブラ屋さんの調査による。

これが、現在出回っているデバイスでも有効に出来るのなら、今までの常識が一遍しそうです。

ＡＶＲのＡＴＴｉｎｙ２３１３は、安くて使いやすいマイコンですが、Ａ／Ｄコンバーターが無いのが痛いとこです。
※最近秋月の価格を観ると＠１５０になっていますね・・

Ｍ１２Ａの場合は：
・最大２０ＭＨｚ動作（２．７Ｖ以上）
・１．８Ｖ～５．５Ｖ動作
・入出力ポート：１７本 （LED駆動用ポート含む）
・外部割り込み入力：８本
・１６ビット多機能タイマ（タイマRJ2）：１
・８ビットプリスケーラ付8ビット多機能タイマ（タイマRB2）：１
・１６ビットインプットキャプチャ/アウトプットコンペアタイマ（タイマRC）：１
・UART/クロック同期形シリアルインタフェース：１チャネル
・１０ビットＡ／Ｄコンバータ：６チャネル
・コンパレータ：２回路
・ウォッチドッグタイマ
・クロック発生回路：XINクロック発振回路、オンチップオシレータ（高速/低速）
この充実ぶりです・・

この機能と、プログラムエリア３２Ｋバイト、ＲＡＭエリア１２８０バイトとなると、かなりの用途にマッチします。

フラッシュの書き込みボードの作成

・配線は、ハードウェアーマニュアルに詳しく書かれていますので参考にして下さい。
・フラッシュ書き込みモードで電源投入後、ＦＤＴとの接続が時間内に無いと、接続出来なくなるので、「リセットスイッチ」は必要です。
・フラッシュの書き込みは、３．３Ｖでも行えるようです。
このＤＩＰタイプは、シリアルインターフェースで接続出来る為、非常に手軽に書き込みが行えます。

購入したデバイス
デバイスの表記では（下に書かれているのはロット番号と思います）

　Ｍ１２０ＡＮ
０４３２Ｎ０１

　Ｍ１１０ＡＮ
０４３２Ｎ０１

となっていました。

書き込みソフトのインストールと設定ファイルの修正

書き込みソフトは、FDT4.09 を使います。
インストール後、以下の設定ファイルを書き換えます。（Windows7 64 ビットの環境です）

/c/Program Files (x86)/Renesas/FDT4.09/kernels/ProtD/R5F2M110A/Renesas/1_0_00/R5F2M110A.fcf
/c/Program Files (x86)/Renesas/FDT4.09/kernels/ProtD/R5F2M120A/Renesas/1_0_00/R5F2M120A.fcf

「R5F2M110A.fcf」の修正箇所

[Header]
Description = Flash Development Toolkit Configuration File
File Type = 2.1

[Device Info]
EVB Name = R5F2M110A
EVB Kernel Suffix = R5F2M110A

...

FLASH ROM Size = 32768

...

Secret Flash Memory = 
Erase Block Count = 10
Memory Area Count = 2
Reserved Area Count = 0

...

[Erase Block 2]
Block Name = EB8
Start Address = 32768
Start (Hex) = 0x00008000
Block Size = 4096
Size (Hex) = 0x00001000
EBR0 = 0
EBR1 = 0
EBR2 = 0
Overlay = 0
Lockable = False

[Erase Block 3]
Block Name = EB7
Start Address = 36864
Start (Hex) = 0x00009000
Block Size = 4096
Size (Hex) = 0x00001000
EBR0 = 0
EBR1 = 0
EBR2 = 0
Overlay = 0
Lockable = False

[Erase Block 4]
Block Name = EB6
Start Address = 40960
Start (Hex) = 0x0000A000
Block Size = 4096
Size (Hex) = 0x00001000
EBR0 = 0
EBR1 = 0
EBR2 = 0
Overlay = 0
Lockable = False

[Erase Block 5]
Block Name = EB5
Start Address = 45056
Start (Hex) = 0x0000B000
Block Size = 4096
Size (Hex) = 0x00001000
EBR0 = 0
EBR1 = 0
EBR2 = 0
Overlay = 0
Lockable = False

[Erase Block 6]
Block Name = EB4
Start Address = 49152
Start (Hex) = 0x0000C000
Block Size = 4096
Size (Hex) = 0x00001000
EBR0 = 0
EBR1 = 0
EBR2 = 0
Overlay = 0
Lockable = False

[Erase Block 7]
Block Name = EB3
Start Address = 53248
Start (Hex) = 0x0000D000
Block Size = 4096
Size (Hex) = 0x00001000
EBR0 = 0
EBR1 = 0
EBR2 = 0
Overlay = 0
Lockable = False

[Erase Block 8]
Block Name = EB2
Start Address = 57344
Start (Hex) = 0x0000E000
Block Size = 4096
Size (Hex) = 0x00001000
EBR0 = 0
EBR1 = 0
EBR2 = 0
Overlay = 0
Lockable = False

[Erase Block 9]
Block Name = EB1
Start Address = 61440
Start (Hex) = 0x0000F000
Block Size = 4096
Size (Hex) = 0x00001000
EBR0 = 0
EBR1 = 0
EBR2 = 0
Overlay = 0
Lockable = False

[Memory Area 0]
Block Name = UA0
Start Address = 32768
Start (Hex) = 0x00008000
Block Size = 32768
Size (Hex) = 0x00008000
Area Type = User Flash
Overlay = 0

...

「R5F2M120A.fcf」の修正箇所

[Header]
Description = Flash Development Toolkit Configuration File
File Type = 2.1

[Device Info]
EVB Name = R5F2M120A
EVB Kernel Suffix = R5F2M120A

...
 
FLASH ROM Size = 32768

...

Secret Flash Memory = 
Erase Block Count = 10
Memory Area Count = 2
Reserved Area Count = 0

...

[Erase Block 2]
 Block Name = EB8
 Start Address = 32768
 Start (Hex) = 0x00008000
 Block Size = 4096
 Size (Hex) = 0x00001000
 EBR0 = 0
 EBR1 = 0
 EBR2 = 0
 Overlay = 0
 Lockable = False

 [Erase Block 3]
 Block Name = EB7
 Start Address = 36864
 Start (Hex) = 0x00009000
 Block Size = 4096
 Size (Hex) = 0x00001000
 EBR0 = 0
 EBR1 = 0
 EBR2 = 0
Overlay = 0
Lockable = False

 [Erase Block 4]
 Block Name = EB6
 Start Address = 40960
 Start (Hex) = 0x0000A000
 Block Size = 4096
 Size (Hex) = 0x00001000
 EBR0 = 0
 EBR1 = 0
 EBR2 = 0
 Overlay = 0
 Lockable = False

 [Erase Block 5]
 Block Name = EB5
 Start Address = 45056
 Start (Hex) = 0x0000B000
 Block Size = 4096
 Size (Hex) = 0x00001000
 EBR0 = 0
 EBR1 = 0
 EBR2 = 0
 Overlay = 0
 Lockable = False

 [Erase Block 6]
 Block Name = EB4
 Start Address = 49152
 Start (Hex) = 0x0000C000
 Block Size = 4096
 Size (Hex) = 0x00001000
 EBR0 = 0
 EBR1 = 0
 EBR2 = 0
 Overlay = 0
 Lockable = False

 [Erase Block 7]
 Block Name = EB3
 Start Address = 53248
 Start (Hex) = 0x0000D000
 Block Size = 4096
 Size (Hex) = 0x00001000
 EBR0 = 0
 EBR1 = 0
 EBR2 = 0
 Overlay = 0
 Lockable = False

 [Erase Block 8]
 Block Name = EB2
 Start Address = 57344
 Start (Hex) = 0x0000E000
 Block Size = 4096
 Size (Hex) = 0x00001000
 EBR0 = 0
 EBR1 = 0
 EBR2 = 0
 Overlay = 0
 Lockable = False

 [Erase Block 9]
 Block Name = EB1
 Start Address = 61440
 Start (Hex) = 0x0000F000
 Block Size = 4096
 Size (Hex) = 0x00001000
 EBR0 = 0
 EBR1 = 0
 EBR2 = 0
 Overlay = 0
 Lockable = False

[Memory Area 0]
 Block Name = UA0
 Start Address = 32768
 Start (Hex) = 0x00008000
 Block Size = 32768
 Size (Hex) = 0x00008000
 Area Type = User Flash
 Overlay = 0

書き込みプロジェクトの設定

・デバイスを指定する際、チェックサムが合わない為、警告が出ますが、そのまま進みます。
・とりあえずこの修正で、３２Ｋまでプログラムメモリーが使えると思います。
※MSYS のコンソールから、emacs でファイルを直接編集したのですが、パーミッションの関係で、実際には更新されない事が判りました。
エクスプローラーなどで、編集後のファイルを上書き保存する必要があります。（その際、警告のダイアログが出ます）

謝辞

・「時代に逆行するアセンブラ屋」さんの「toida」さんには、設定内容などお世話になりました。

・M110AN 設定ファイル
・M120AN 設定ファイル

最近は、フルタイムで仕事をしている関係で、趣味の時間が凄く制限されていたのだが、仕事もだいぶ安定してきて、趣味の時間を持てるようになってきた。
それと、「この暑さ」、休みの多くは、ファミレスにノートを持ち込んで、主にソフトの制作などを行っていた。
最近、少し暑さも和らいだので、ハードの作業もしようかと思案していたら、秋月で良い物を見つけた。

128Mbits SDRAM 133MHz
まぁ、別にそんな珍しい物でも無いけど、デバイスを単体で扱っているのは珍しい、数個単位で買えるのはありがたい。
※多分、秋月で、SDRAMが乗ったマイコンボードでも出るのだと思う。

そして、マルツパーツで 176ピン、フラットパッケージ版 RX63N が単体で買える事が判ったのが最後の一押しとなった。

「176ピン、フラットパッケージ」は重要。
・0.5mm ピッチなので、ギリギリ、手ハンダができる。
・32ビットバスでSDRAMを接続出来る。（フルスピードで動かしても、性能があまり落ちない）
・内蔵 RTC のバックアップが出来る。
・外部バスを使っても、残りの空いたピンはかなり潤沢で、色々活用出来る。

そして、前から、RX マイコンの大容量メモリーを積んだボードが欲しかった。
・開発の効率などを考えると、プログラムをRAMに転送して実行したい。
・RX マイコン用の LLVM を作ってみたい、それには、ある程度メモリーが潤沢に使えるボードが必要。
・組み込み機器でも、メモリーが潤沢に使える環境が欲しい。
※大容量メモリーが無いと、画像ファイルなどを扱うのが難しい。
・PC 用フレームワークのソースコードをそのまま利用したい。
・安いボードじゃないと、色々な物に使う気になれない。
※「なひたふ」さんとこで、究極の RX62N ボードを扱っているのだけど、値段が高くて手が出せない。
※構成的には、同じようなものになってしまうのだけど・・・

他にも色々な動機がある〜

もうそろそろ、RX64M シリーズが流通しそうな感じなのだが、KiCAD を使ってボードも作ってみたかったので、汎用的で、応用が効く俺俺ボードを自分で作ってみる事にした。

とりあえず、構成はこんな感じにする予定〜
・RX63N（R5F563NEDDFC#V0）176 ピンパッケージ（内蔵、256K RAM、2048K Flash）
・内蔵 RTC 用外部バッテリーバックアップ
・128M ビット SDRAM x 2、32ビットバス接続（32Mバイト）
・10/100 インサーネット（PHY層: LAN8720AI）※別モジュールにするかも・・
・マイクロSDカードインターフェース
・リチウムイオン／ポリマー、充電コントローラーと DC/DC コンバーター
・A/D 入力用バッファアンプと電圧リファレンスなど
・オーディオインターフェース（VS1053B）
・USB インターフェース（２チャンネル分）
・未使用ポート用ピンヘッダー
・J-TAGコネクター
ちょっと盛り過ぎな感じもするのだが、使わない物は載せなければ良いと思うので・・・
※完成したら、ボード単体で販売する予定（時価）だが、欲しい人は少ないかもしれないねwww
※SDRAM は、＠３００なので、２個載せても６００円、しかも３２Mバイトの空間を使えるのは便利

そもそも、R-PiやBBBが５千円くらいで買える現実を考えると、0.1GHz程度のマイコンなんてと思うのだが、OSが無く、電源投入で、いきなりアプリを動かせ、電源をいきなり切れるような、組み込みの用途は必要だと感じているし、0.1GHzで十分な用途はけっこう多い。
またLinuxベースで、ハードウェアーに依存した細かい制御を書くのは、面倒でもあるし、リアルタイム的な制御が難しい場合もある。
※内蔵カウンターを使ったタイマーや、PWM 出力、割り込み制御など。

別の動機として、販売されている組み込み用ワンボードマイコンが高価過ぎるのも問題と思う。
趣味では無く、会社の形態として販売する場合、あのような値段になる事は理解出来るので、自分で作るしか無い。
イニシャルコストはかかるのだが、３枚、同じボードを使う事を考えたら、作った方が安い事になる。
※この場合、制作に関わる人件費を計上してないのだけどｗｗｗ

まず、マルツパーツで、R5F563NEDDFC#V0(RX63N, Flash: 2MB, RAM: 128K) を注文した、１９１２円もしたけど、数個単位で買えるのはありがたい。
数日で、物は届いたのだが、梱包が微妙、足が曲がっている感じがする・・・
とりあえず、交換の手配をメールで問い合わせたのだが、写真を送って欲しいとある。
0.5mm ピッチだと、ルーペで拡大しても、何とも言えないのだが、梱包のやり方に難があるように思う。

導電スポンジにチップを載せた状態で、ラップして内部の空気を抜いてあるのだが、空気を抜く事でスポンジが縮み、ピンにストレスがかかっていて、反っているじゃないかと思う。
ラップを破れば、空気が入って、反りは戻るかもしれないが、微妙に反った状態になるかもしれず、非常に微妙・・・
普通は、もっと安全確実な方法で梱包すると思うのだが、デリケートな品物だけに、強引すぎると思う。
※以前に RX63T を注文した時は、こんな強引な梱包をしてこなかった。

「ピンが曲がっていたら交換してくれる」と言う事なので、意を決して、パッケージを開けてみたー
ピンが曲がっていたと思えたのは、ピンが導電スポンジにめり込んでいる為だったようで、購入した３個、全て問題無かった。
でも、もっと「やんわり」梱包する方法はあるハズで、そこは改善して欲しいとこ。

早速、変換基板にハンダ付けしてみた。
※変換基板は、今まではダイセン製を好んで使っていたが、秋月で良さそうな物を売っていたので購入してみた、値段は安いけど、品質は満足のいく代物。
やっぱ、０．５ｍｍピッチは厳しいなぁー、１７６ピンもあるので大変、それと、ハンダコテの温度設定が低くなってて、難儀した。
ハンダ吸い取り線による、ブリッジの除去も、温度が低かったせいか、難儀した・・・

ルーペで拡大して、念入りに確認したので、まぁ、大体大丈夫と思う、多少怪しい部分もあるのだけど・・・

追記：（２０１４年９月２１日）
この変換基板、重大な問題がある事が判りましたー、まぁ１７６ピンの変換基板を使う人は限られると思いますが・・

↑写真で判るように、縦と横のピンヘッダー取り付け部分のグリッドが 2.54mm ピッチでは無く、そのままでは、一般的な
蛇の目基板に取り付け出来ません・・・
※twitterでツイートしたら沢山の方にリツイートしてもらいました・・・
※秋月には、報告しません、どうせしても無駄だから・・・、以前にSDカードモジュールの結線ミスに気がついて、報告しましたが、
何の返信もありませんし、商品のＱ＆Ａに情報が共有される事もなく無視されました、なので、今回は何もしません。
秋月は、商品の価格が安く、それゆえ、自作をするものにはメリットが大きいし、利用している人は多いのですが、
アフターケアに関しては、全く駄目なように思います、それを判った上で最大限利用するしかありません。
※現在は、ピッチがズレている事が明記されているようです。

※以前に秋月にメールした全文

お疲れ様です。

K-05818「ＳＤカードスロットＤＩＰ化モジュール」について
参考資料で、CD（Card Detect)となっている信号は、ライトプロテクト信号のようです。
この商品に使われているソケットは、「Card Detect」用の端子がありますが、（４番）、GND（５番）とショートされており、使う事が出来ない仕様となっています。
カッターなどで、パターンを切って、（４番）を引き出すと、「Card Detect」として使う事ができました。
Q&A等に、情報として記入する事をお勧めしたいです。

それでは宜しくお願いします。

-----
普通は、いきなり基板を設計するかもしれないが、個人制作なので、とりあえず、ユニバーサル基板で、試作してみる事にする。
まぁ時間はかかるけど、作って動かしてみないと判らない事も多くあるのではと思う。

以前に、std::iostream に代わる小規模なクラスの紹介をしました。
その中で、std::iostream に馴染めなくて、printf 形式が忘れられない人の為に、「boost::format.hpp」を紹介しました。
しかしながら、「boost::format.hpp」は、std::iostream に依存している為、そのままでは、結局リソースを大量に消費してしまい、小規模な組み込みマイコンでは使えません。
そこで、機能を絞った簡易的な format クラスに相当する物を実装してみましたので紹介します。
※機能が足りなければ、自分で拡張する事も出来ると思います。
※本家では、エラーの場合は、例外がスローされますが、それでは使いにくいと思い、エラー関数クラスでハンドリングするようにしています。
※「例外」をスローさせたい場合は、エラー関数から、例外を投げれば良いと思います。
※組み込みマイコン向けに、A/D 変換などの値（整数）を、１０進表示する場合に小数点位置を指定して、それを簡単に表示できるようなフォーマットも用意しました。

このように使います。

    int x = 1095;
    int y = 123;
    utils::format<output>("Pos: %d, %d\n") % x % y;

Pos: 1095, 123

    int adv = 257;
    utils::format<output>("A/D Ch0: %2.4:8y\n") % adv;

/// 2.4 ---> 実数２桁、小数４桁。
/// :8 ---> 小数点以下８ビットとして扱う。

A/D Ch0:  1.0039

ここで「output」は、文字の出力クラスで、以下のような定義を行います。
struct output {
    void operator() (char ch) {
        serial_out_(ch);  ///< ターミナルへ文字出力
    }
};
「operator()」を定義する事で、以下のように関数オブジェクトとして使えます。
    output o;
    o('a');    ///< 'a' を出力
    o('\n');   ///< 改行を出力
※「operator()」を「public」にする為、あえて、「struct」としています。

さて、実際の実装ですが、まず format の設計方針を決めます。
・名前空間を「utils」とします。
・float の表示は、基本的に行わない事とします。（今後コンパイルオプションで切り替える）
・整数計算のみを使い、巨大にならないよう配慮する。
・クラッシュは論外としても、きめ細かいエラーのハンドリングは省略する。（必要なら追加する事も可能）
・printf のフォーマットに近い仕様を網羅する。
・２進、８進、１６進表示を行う。
・ゼロサプレスの制御
・有効表示数の制御
・オートフォーマットは未サポートとする。

format の中

・フォーマット文字列をスキャンして「%」以下の書式を読み取る。
    void next_() {
        if(form_ == 0) {
            err_(error_case::NULL_PTR);
            return;
        }
        char ch;
        bool fm = false;
        bool point = false;
        bool ppos = false;
        uint8_t n = 0;
        while((ch = *form_++) != 0) {
            if(fm) {
                if(ch == '+') {
                    sign_ = true;  // 符号付きの場合
                } else if(ch >= '0' && ch <= '9') {
                    if(n == 0 && ch == '0') {
                        zerosupp_ = true;  // 最初の数字が「０」なら、０サプレスしない。
                    } else if(point || ppos) {
                        if(point) {
                            decimal_ *= 10;
                            decimal_ += static_cast(ch - '0');
                        } else {
                            ppos_ *= 10;
                            ppos_ += static_cast(ch - '0');
                        }
                    } else {
                        real_ *= 10;
                        real_ += static_cast(ch - '0');
                    }
                    ++n;
                } else if(ch == '.') {
                    ppos = false;
                    point = true;
                } else if(ch == ':') {
                    ppos = true;
                    point = false;
                } else if(ch == 's') {
                    mode_ = mode::STR;
                    return;
                } else if(ch == 'c') {
                    mode_ = mode::CHA;
                    return;
                } else if(ch == 'b') {
                    mode_ = mode::BINARY;
                    return;
#ifdef WITH_OCTAL_FORMAT
                } else if(ch == 'o') {
                    mode_ = mode::OCTAL;
                    return;
#endif
                } else if(ch == 'd') {
                    mode_ = mode::DECIMAL;
                    return;
                } else if(ch == 'u') {
                    mode_ = mode::U_DECIMAL;
                    return;
                } else if(ch == 'x') {
                    mode_ = mode::HEX;
                    return;
                } else if(ch == 'X') {
                    mode_ = mode::HEX_CAPS;
                    return;
                } else if(ch == 'y') {
                    mode_ = mode::FIXED_REAL;
                    return;
#if defined(WITH_FLOAT_FORMAT) | defined(WITH_DOUBLE_FORMAT)
                } else if(ch == 'f' || ch == 'F') {
                    mode_ = mode::REAL;
                    return;
                } else if(ch == 'e' || ch == 'E') {
                    mode_ = mode::EXPONENT;
                    return;
                } else if(ch == 'g' || ch == 'G') {
                    mode_ = mode::REAL_AUTO;
                    return;
#endif
                } else if(ch == '%') {
                    out_(ch);
                    fm = false;
                } else {
                    err_(error_case::UNKNOWN_TYPE);
                    return;
                }
            } else if(ch == '%') {
                fm = true;  // フォーマットの開始を検出！
            } else {
                out_(ch);  // フォーマットに関係しない文字は、そのまま出力
            }
        }
    }

・オペレーター「%」を定義する
//  この定義では、int 型の値が代入された場合の挙動を記述します。
//  事前に format 文字列の中をスキャン（next_() 関数）して、「%」を見つけ、それに続く「型」を「mode_」に格納しておきます。
    format& operator % (int val) {
        if(mode_ == mode::BINARY) {
            out_bin_(val);
        } else if(mode_ == mode::OCTAL) {
            out_oct_(val);
        } else if(mode_ == mode::DECIMAL) {
            out_dec_(val);
        } else if(mode_ == mode::HEX) {
            out_hex_(static_cast(val), 'a');
        } else if(mode_ == mode::HEX_CAPS) {
            out_hex_(static_cast(val), 'A');
        } else if(mode_ == mode::FIXED_REAL) {
            if(decimal_ == 0) decimal_ = 3;
            out_fixed_point_(val, ppos_);
        } else {
            err_(error_case::DIFFERENT_TYPE);
        }
        reset_();  // 変数をリセット
        next_();  // 「%」のスキャンを再始動
        return *this;
    }

※これらはソースの一部です。
「%」オペレーターでは、「int」型、「unsigned int」型、「const char*」型など、色々な型を定義してあり、コンパイラが適合する型を選択して呼び出してくれます。

組み込みマイコンでは、A/D 変換した値（大抵、電圧や電流値）を、小数点以下まで表示させたい場合があります、そこで、「y」フォーマットを用意しておきました、これは、整数値を固定小数として扱い、小数点以下も変換して表示します、小数点の位置は「:x」として自由に設定できます。（最大２８ビット）
※浮動小数点が扱えない場合などに重宝します。
たとえば、１２ビットのＡ／Ｄコンバーターで、基準電圧を２．５Ｖ（４０９６）の場合で、Ａ／Ｄ入力に１／５の電圧が分圧される場合は、以下のようになります。

    uint32_t adv = get_adc();
    utils::format<output>("A/D Chanel: %2.3:13y\n") % (adv * 25);  // 2.5 * 5 * 2 
//  2.5 * 5 ---> 12.5 なので、さらに倍にして、小数点以下を１２に１を加えて１３ビットとする。

※８進数は、あまり使わないと思うので、コンパイルオプションとしました。（リソースの節約）
※逆に、２進数表示は大抵必要なので、「%b」フォーマットを追加してあります。
※浮動小数点は、実装中です、仕様が複雑なので、今後の対応、課題とします。

最終的なソースコードは、format.hpp ここにあります。
※いつもの github

開発環境を MinGW に移行して、懸案だった RX マイコン用 gcc の構築を行った。

以前の cygwin 環境では、途中で、gcc が止まったり、妙なエラーが出て、上手くコンパイル出来ない状態だった・・
これは、適切なオプションを選択する事で回避出来るようだが、情報が無いし、試行錯誤に疲れて棚上げ状態だった。

MinGW 環境では、何とも普通にコンパイル出来るので、逆に不思議でさえ思ったが、これが普通なんだろうね・・・

コンパイルの詳細は、「Interface ２０１４年２月号」に詳しく載っているようだが、ネットにあるクロスコンパイラの構築などを参考にしても良いだろう。

手順が複雑で、扱うパッケージのバージョンとの相性などがある為、上手くいかない場合があると思う。

-----

RX マイコン用では、gcc-4.7.3 が良いようだ、C++11 を本格利用は出来ないが、C++0x は使えるので、問題無いと思う、gcc-4.8.x は失敗するようだ。

RX-gcc-4.7.3-ELF パッケージ
※コンパイル済みバイナリーを置いておく。（107MB）
※gcc-4.8.1 で構築した。

前回、コンペアマッチタイマーの制御をテンプレート化してみました。

今回は、少し複雑ですが、シリアルコミュニケーションインターフェースをテンプレート化してみます。

実用的なシリアルコミュニケーションでは、通常、受信、送信は割り込みによって行い、メインとは FIFO などでやりとりします。
さらに RX マイコンでは、DMA も使う事が出来ますが、やりとりするデータ量と、出し入れに係わる細かい操作を考えると、DMA を使う事にあまりメリットが無いので、通常の割り込みで行う設計とします。

FIFO のバッファサイズは、アプリケーションの構造、送受信のボーレート、などにより最適なサイズがあると思われますので、可変に出来るようにします。
※以前のコンペアマッチタイマーより、バッファサイズをパラメーターとしている為、少し複雑です。

    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    /*!
        @brief  SCI I/O 制御クラス
        @param[in]  SCI SCIx 定義クラス
        @param[in]  recv_size   受信バッファサイズ
        @param[in]  send+size   送信バッファサイズ
    */
    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    template <class SCIx, uint32_t recv_size, uint32_t send_size>
    class sci_io {

        static utils::fifo<recv_size>   recv_;
        static utils::fifo<send_size>   send_;

        static INTERRUPT_FUNC void recv_task_()
        {
            bool err = false;
            if(SCIx::SSR.ORER()) {  ///< 受信オーバランエラー状態確認
                SCIx::SSR = 0x00;   ///< 受信オーバランエラークリア
                err = true;
            }
            ///< フレーミングエラー/パリティエラー状態確認
            if(SCIx::SSR() & (SCIx::SSR.FER.b() | SCIx::SSR.PER.b())) {
                err = true;
            }
            if(!err) recv_.put(SCIx::RDR());
        }

        static INTERRUPT_FUNC void send_task_()
        {
            SCIx::TDR = send_.get();
            if(send_.length() == 0) {
                SCIx::SCR.TEIE = 0;
            }
        }
...

重要な部分は、fifo の定義です、割り込み関数とクラスとで、送受信データをやりとりする必要がある為、「static」としています。
テンプレートのパラメーターから、受信サイズ、送信サイズを受け取って、静的に宣言されます。
割り込み関数も static 宣言します、この関数アドレスは、初期化時、割り込みベクターに渡されるようにしています。

    sci_io<device::SCI0, 128, 128> sci0_;
    sci_io<device::SCI1,  64, 256> sci1_;

↑のように、SCI0、SCI1 を宣言すると、テンプレートパラメーター SCIx が異なる為、static に宣言された fifo の領域は SCI0、SCI1 で別々に確保されます。

クラス内の static 宣言では実態を別に宣言しておく必要があります。

    template<class SCIx, uint32_t recv_size, uint32_t send_size>
        utils::fifo<recv_size> sci_io<SCIx, recv_size, send_size>::recv_;
    template<class SCIx, uint32_t recv_size, uint32_t send_size>
        utils::fifo<send_size> sci_io<SCIx, recv_size, send_size>::send_;

どうでしょうか、これで、チャネル毎バッファサイズを変更して静的に使う事が出来ます。

全ソースコードは github にあります。

現在、SW レギュレーターを組もうと思ったら、専用の IC を買えば済む、しかし、微妙に違う仕様のICが数限りなくあり、ベストな選択をする事が難しいし、数個購入するとなると、割高でもある。

とりあえずのゴールは、リチウムイオン電池の充電や、ブラシレスモーターの制御なのだが、専用 IC で組むとそれなりの値段になってしまうし、より細かい制御をしようと思うと、マイコンの助けも必要なので、１個のマイコンだけで、全ての制御を行う予定。

まず、「昇圧」は、電流の管理が必須で、誤るとドライバーを破壊するので、無難な「降圧」方式で実験してみた。

12 ビットの A/D コンバーターを使って、フィードバックを行い、指令電圧に追従させてみた。
まず、一番単純な制御で行ってみた。

A/D チャネル０： 10K のボリューム（指令電圧）
A/D チャネル１： 出力電圧（1/6）
A/D チャネル２： 入力電圧（1/6）

A/D の入力には、AD8656 をバッファアンプに使い、1/6 に分圧して、基準電圧には 2.5V のリファレンスを使った、電源は 12V 。
※写真のボードでは、保護抵抗やリミッターを省いているが、付けた方が無難だろう。

パワー MOS-FET は、IR 社の IRLR3114 、ドライバーはリニアテクノロジーの LTC4442

LTC4442 の制御電圧は FET のゲート電圧を考えて 10V 程度を供給している。
※バイパスコンデンサをしっかり配置しないと、正常に動作しない、使うのにコツがいるようだ、ハイサイド側が ON した時、かなりハンチングしているようで、原因が良く判らない・・・

LTC4442 は、上下の FET が貫通しないような工夫がしてあるので、デッドタイムの制御はしなくていいのでコンビニエンスだ・・（それが正しく働いてなくて、ハンチングしているのかも・・）

RX63T は、PWM タイマーの周波数として 100MHz を扱えるので、9 ビットの分解能として、187.5KHz (96MHz / 512) を実現している。
インダクターは TDK の 22uH 電圧にもよるけど、このサイズ（容量）なら 500mA 程度なら取り出せるだろうか・・

メインループは、1000Hz なので、応答は、そんなに高速では無いが、サンプリング方式では、どのみち限界がある。

ソースコード一式を、github にプッシュしてある。

-----
今後の課題として、もっと違った制御法を試して、ステップ応答などの特性を評価してみないといけない。

追記 (2014/1/1)(2014/1/2):
・比例制御から、もう少し違う制御にしてみた・・
・A/D の変換タイミングを、PWM に同期させてみた。
・ハイサイドの FET をチャージポンプで駆動している為、パルスが無くならないように、最低値と最大値を制限。
・サンプリングは 10KHz にした。

    bool up = true;
    int32_t base_gain = 651;
    int32_t high_gain = 1500;
    int32_t low_limit = 10;
    int32_t high_limit = 500;
    int32_t cpv = low_limit;
    while(1) {
        adc_.start(0b00000111);

        cmt_.sync();

        // A/D 変換開始
        adc_.sync();
//        int32_t ref = static_cast<int32_t>(adc_.get(0)); // 指令電圧
        int32_t out = static_cast<int32_t>(adc_.get(1)); // 出力電圧
        int32_t inp = static_cast<int32_t>(adc_.get(2)); // 入力電圧

        // 三角波
        if(up) {
            ref += 20;
        } else {
            ref -= 20;
        }
        if(ref > 1700) {
            up = false;
            ref = 1700;
        } else if(ref < 200) {
            up = true;
            ref = 200;
        }

        int32_t dif = ref - out;  // 誤差
        // PWM の制御量に対するスレッショルド
        if(std::abs(dif) < 40) {
            if(dif < 0) --cpv;
            else ++cpv;
        } else {
            // 基本的な制御量の計算
            int32_t d = dif * 512 / inp;

            // 指令電圧、入力電圧の比に応じて、ゲインを制御
            // ・指令電圧が低い場合はゲインを小さくする
            int32_t g = (high_gain - base_gain) * ref / inp;
            g += base_gain;
            if(d < 0) g -= g / 4;
            cpv += d * g / 4096;
        }

        // 出力リミッター
        if(cpv < low_limit) cpv = low_limit;
        else if(cpv > high_limit) cpv = high_limit;

        gpt_.set_a(cpv);
        uint16_t ofs = (512 - cpv) / 2;
        gpt_.set_ad_a(cpv + ofs);   // A/D 変換開始タイミング

↑はメインループ（サンプリング）部分
※実用的には過電流保護なども必要。
出力に 1000uF のコンデンサと 10uF のセラミックコンデンサを入れたら、リップルはかなり小さくなり、これなら実用的と思える。
※電圧が低い場合にはゲインを抑えるように改修

※三角波を出力したところ
これなら、まぁ許容できるかも・・

追記（2014/1/7）：
トップのオン時、出力が振動するのは、リニアテクノロジーの資料を読んでたら、トップ側ＦＥＴに並列にショットキーダイオードを入れる事で改善する事が判り、早速入れてみた、完全には無くならないが、確かに改善してる。
全体的にリップルも減った。

前回、非常に簡単ではありましたが、テンプレートで 「C 言語よりお得な C++　その５」FIFO のサイズを可変する方法を書きました。

今度は、もう少し複雑ですが、もっと実用的な実装のアイディアを示します。

以前から主に RX マイコン用の I/O 定義を C++ で実装して来ました、今回それを活用して実際に I/O の操作を行うクラスをテンプレートで実装してみます。

組み込みマイコンでは、ハードウェアーリソースは、大抵複数のチャネルがあります。
例えば、RX63T には CMT（コンペアマッチタイマー）は４チャネルあります、チャネル毎に操作する I/O の対象は微妙に違い、C のプログラムでは、チャネル毎に別々に実装するしかありませんでした（define のマクロで解決する方法は論外です）、このような微妙な違いは、大抵は、I/O のアドレスが違うとか、ビットの位置が違うなどでした、ですから、自分がどのチャネルに対して操作しているか判れば、柔軟性のあるドライバーを書く事は出来るのですが、テンプレートを使うと、非常にシンプルに判りやすく書けます、また最適化によって余分な部分は自動的に消してくれますので、リソースのダイエットや速度の向上が望めます。

※少し長いですが、cmt_io.hpp を示します。

#pragma once
//=====================================================================//
/*! @file
    @brief  RX62N, RX621, RX63T グループ・CMT I/O 制御 @n
            Copyright 2013 Kunihito Hiramatsu
    @author 平松邦仁 (hira@rvf-rc45.net)
*/
//=====================================================================//
#include "cmt.hpp"
#include "rx63x/system.hpp"
#include "rx63x/icu.hpp"
#include "vect.h"

namespace device {

    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    /*!
        @brief  CMT I/O クラス
        @param[in]  CMTx    CMT チャネルクラス
    */
    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    template <class CMTx>
    class cmt_io {

        uint32_t    clock_;

        void sleep_() { }

        static volatile uint32_t counter_;
        static void (*task_)();
        static INTERRUPT_FUNC void cmt_task_() {
            ++counter_;
            if(task_) (*task_)();
            switch(CMTx::get_chanel()) {
            case 0:
                ICU::IR.CMI0 = 0;
                break;
            case 1:
                ICU::IR.CMI1 = 0;
                break;
            case 2:
                ICU::IR.CMI2 = 0;
                break;
            case 3:
                ICU::IR.CMI3 = 0;
                break;
            }
        }

    public:
        //-----------------------------------------------------------------//
        /*!
            @brief  コンストラクター
        */
        //-----------------------------------------------------------------//
        cmt_io() : clock_(0) { }


        //-----------------------------------------------------------------//
        /*!
            @brief  ベースクロックの設定
            @param[in]  clock   ベース周波数
        */
        //-----------------------------------------------------------------//
        void set_clock(uint32_t clock) { clock_ = clock; }


        //-----------------------------------------------------------------//
        /*!
            @brief  初期化
            @param[in]  freq    タイマー周波数
            @param[in]  level   割り込みレベル
            @return レンジオーバーなら「false」を返す
        */
        //-----------------------------------------------------------------//
        bool initialize(uint32_t freq, uint8_t level) const {
            if(freq == 0 || clock_ == 0) return false;

            uint32_t cmcor = clock_ / freq / 8;
            uint8_t cks = 0;
            while(cmcor > 65536) {
                cmcor >>= 2;
                ++cks;
            }
            if(cks > 3 || cmcor == 0) {
                return false;
            }

            uint32_t chanel = CMTx::get_chanel();
            task_ = 0;
            switch(chanel) {
            case 0:
                set_interrupt_task(cmt_task_, ICU::VECTOR::CMI0);
                CMTx::CMSTR0.STR0 = 0;
                SYSTEM::MSTPCRA.MSTPA15 = 0;
                ICU::IPR.CMI0 = level;
                ICU::IER.CMI0 = true;
                ICU::IR.CMI0 = 0;
                break;
            case 1:
                CMTx::CMSTR0.STR1 = 0;
                SYSTEM::MSTPCRA.MSTPA15 = 0;
                set_interrupt_task(cmt_task_, ICU::VECTOR::CMI1);
                ICU::IPR.CMI1 = level;
                ICU::IER.CMI1 = true;
                ICU::IR.CMI1 = 0;
                break;
            case 2:
                CMTx::CMSTR1.STR2 = 0;
                SYSTEM::MSTPCRA.MSTPA14 = 0;
                set_interrupt_task(cmt_task_, ICU::VECTOR::CMI2);
                ICU::IPR.CMI2 = level;
                ICU::IER.CMI2 = true;
                ICU::IR.CMI2 = 0;
                break;
            case 3:
                CMTx::CMSTR1.STR3 = 0;
                SYSTEM::MSTPCRA.MSTPA14 = 0;
                set_interrupt_task(cmt_task_, ICU::VECTOR::CMI3);
                ICU::IPR.CMI3 = level;
                ICU::IER.CMI3 = true;
                ICU::IR.CMI3 = 0;
                break;
            }

            CMTx::CMCR = CMTx::CMCR.CMIE.b() | CMTx::CMCR.CKS.b(cks);
            CMTx::CMCOR = cmcor - 1;

            switch(chanel) {
            case 0:
                CMTx::CMSTR0.STR0 = 1;
                break;
            case 1:
                CMTx::CMSTR0.STR1 = 1;
                break;
            case 2:
                CMTx::CMSTR1.STR2 = 1;
                break;
            case 3:
                CMTx::CMSTR1.STR3 = 1;
                break;
            }
            return true;
        }


        //-----------------------------------------------------------------//
        /*!
            @brief  割り込みタスクを設定
            @param[in]  task    設定タスク
        */
        //-----------------------------------------------------------------//
        void set_task(void (*task)()) const {
            cmt_task_ = task;
        }


        //-----------------------------------------------------------------//
        /*!
            @brief  割り込みと同期
        */
        //-----------------------------------------------------------------//
        void sync() {
            volatile uint32_t cnt = counter_;
            while(cnt == counter_) ;
        }


        //-----------------------------------------------------------------//
        /*!
            @brief  割り込みカウンターの値を取得
        */
        //-----------------------------------------------------------------//
        uint32_t get_count() const {
            return counter_;
        }


        //-----------------------------------------------------------------//
        /*!
            @brief  CMT カウンターの値を取得
        */
        //-----------------------------------------------------------------//
        uint16_t get_cmt_count() const {
            return CMTx::CMCNT();
        }
    };
    template <class CMTx> volatile uint32_t cmt_io<CMTx>::counter_;
    template <class CMTx> void (*cmt_io::task_)();
}

ここで、重要なしくみは、「static」で宣言された関数と変数です、これは、割り込みルーチンと、クラスとのデータをやり取りする部分ですが、static に宣言されている為、クラスのインスタンスを取得する事が必要では無く、割り込み関数から簡単にアクセス出来ます。

※クラス外で、static 宣言されたリソースの実態を記述しておく必要がありますが、それは、コードの最後の方で行っています。

    template <class CMTx> volatile uint32_t cmt_io<CMTx>::counter_;  // カウンター変数の実態
    template <class CMTx> void (*cmt_io::task_)();  // 関数アドレスの実態

クラス内で static 宣言された変数やクラスは、そのクラスで共有されるのですが、このクラスはテンプレートクラスなので、CMT のチャネルが違えば、変数や、関数は、別々にインスタンス化されますので、好都合です。

このテンプレートクラスでは、個々の処理で、チャネル番号を取得して、switch 文により、処理を分けていますが、ここが、テンプレートの賢いところで、チャネル番号は、インスタンス化の時に定数なので、余分なケースは取り除かれてチャネル固有の実装だけが、取り込まれます。

どうでしょうか？、組み込みでも C++ を使う効果が理解できたのでは無いでしょうか？

※このソースコードや、I/O 定義ヘッダーは github にありますので参照して下さい。