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。