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RX72N Envision Kit での開発（その１）

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Arduino を使わないという選択

世の中、ほぼ Arduino 一択という状況になってしまったと言っても過言では無いです。
自分が考えるに、良い面と、そうではない面があると思います。

「良い面」は、非常に簡単に言うと、「敷居を極限まで下げた」と言えるのかもしれません。
アプリケーションを作るのに必要な知識だけでマイコンを動かせます。

Arduino は易しいですが、マイコンを独自で動かす事も実はそんなに難しくありません。

実際、「独自」にマイコンを動かして、「main」関数まで来るには、色々と、行わなければならない事や知識が必要です。
Arduino では、これらの知識は「不要」と分類されており、アプリケーションを作るユーザーが考える必要はありません。
※これは、マイコンが違っても、Arduino 環境下では、同じように使う事が出来ます。

Arduino は一応 C++ ですが、元が、AVR と言う 8/16 ビットマイコンからスタートした為、最新の C++ コンパイラを利用できません。
世の中にある、スケッチは、この制限により、C++ とは言えない物が多く、互換性を考えて、今でも、古いスタイルでプログラミングをしています。

自分も昔は、C 言語が主流で、C++ はオマケ程度でしたが、PC でアプリケーションを作るプロジェクトで仕事をした時、C++ を勉強しなおしました。
そこから、数十年、今では、C++ 以外でプログラムを作る事が苦痛になっています。
※ C++ は非常に難しい部分があるので、独学では限界があります、良い師と、時間が必要ですが、最近は、「勉強会」も頻繁に行われており、「学ぶ」には、かなりハードルが下がりました。
また、最高のコンパイラもフリーで利用出来ます。

組み込みマイコンでも、C++ を積極的に使いたいので、国産で、高性能なマイコンを探しました。
ＡＲＭが嫌いな訳では無く、単純に、日本人なのに、「わざわざ外国のマイコンを使うのはおかしいだろう」という思いがありました。
昔から、日立は好きで、Ｈ８やＳＨを良く使っていました、しばらくしてルネサスに統合されました。
最近は、ＲＸマイコンを推しているようです、ＲＸマイコンは多分三菱由来のマイコンと思いますが、非常に優れた、マイコンである事が直ぐに判りました。
開発環境も、gcc をサポートしており、十分実用になる事が判りました。

そこから C++ を積極的に利用した組み込みマイコン用フレームワークを整備して、現在に至っています。
※このフレームワークは、いくつかのプロジェクトで利用しています、その関係もあり、ライセンスを MIT にしています。

開発環境の整備

ルネサス社の E2 Studio は、無料版に制限（128Kバイトまでしかバイナリーを作れない）があり、CC-RX コンパイラでは、C++11、C++14, C++17 などの C++ ソースをコンパイルする事が出来ない為、独自にビルドした gcc-6.4.0 を使います。
※ルネサス社は、独自に、gcc-4.8 ベースの開発環境も用意していますが、4.8 系では、C++14, C++17 をコンパイルする事が出来ない。

C++11, C++14, C++17 はそれぞれ、2011 年、2014 年、2017 年に C++ 標準化委員会が策定した仕様を網羅したバージョンです。
年度が更新する（３年毎）度に、より良い機能が使えるようになっており、わざわざ古い仕様の C++ を使う理由は無いと思います。
※ C++17 は 2017 年の仕様です、今は 2020 年なので、ある程度「枯れて」いると言えると思います。

RX72N Envision kit の内蔵 E2-Lite を使って、マイコン内蔵フラッシュプログラムを書き換えするには、Windows 環境が必須となります。

コマンドラインによる開発環境を著しく敬遠する人がいますが、「慣れ」の問題であり、GUI 環境を覚えるよりハードルは低いと思われます。

MSYS2 を利用しています。

gcc のビルドに関しては、hirakuni45 github RX、又は gcc、g++を使ったルネサスＲＸマイコン開発を参照の事。

Renesas Flash Programmer v3 をインストールしてください。

ソースコードの編集には、VSCode が便利です、馴染みのテキストエディターが無いのなら（あっても）インストールお勧め。
※設定や、使い方は、ぐぐって～

ソースコードの取得

関係フレームワークなど一式を、github からクローンします。
※「D:/Git/RX」にクローンしています。

W10.~ % cd /d/Git
W10./d/Git % git clone git://github.com/hirakuni45/RX.git

他に「boost」が必要です。

W10./d/Git % pacman -S mingw-w64-x86_64-boost

FIRST_sample

FIRST_sample ディレクトリ、RX72N に移動します。

W10./d/Git ~ % cd RX/FIRST_sample
W10./d/Git/RX/FIRST_sample % cd RX72N

ソースコードをビルドします。

W10./d/Git/RX/FIRST_sample/RX72N % make

W10./d/Git/RX/FIRST_sample/RX72N % ls
led_sample.elf  led_sample.lst  led_sample.map  led_sample.mot  Makefile  release

ビルドされた「led_sample.mot」ファイルを、Renesas Flash Programmer で、RX72N Envision kit に書き込みます。

RX72N Envision kit USR LED が 0.25 秒間隔で点滅する。

Flash Programmer v3 の設定

  • PC と RX72N Envision kit の「ＥＣＮ１」をマイクロＵＳＢで接続します。
  • 電流不足になる場合、外部にＡＣアダプタを接続する必要があります。
  • SW1 の 2 番をＯＦＦにします。
  • 新規プロジェクトを作成し、RX72x を選択します。

  • E2 emulator Lite を選択
  • FINE を選択
  • 1,500,000 bps を選択

  • 供給しない　を選択

  • リセット端子をHi-Z を選択
  • 接続出来たら、先ほどビルドしたファイルを選択して、書き込みます。

ソースコードを眺める

ソースコードは、複数のＲＸマイコン用に実装されており、「SIG_RX72N」が機種依存部分となっています。

#include "common/renesas.hpp"

namespace {

/// ベースクリスタルの定義
/// LED 接続ポートの定義
#if defined(SIG_RX71M)
    typedef device::system_io<12'000'000> SYSTEM_IO;
    typedef device::PORT<device::PORT0, device::bitpos::B7> LED;
#elif defined(SIG_RX72M)
    typedef device::system_io<12'000'000> SYSTEM_IO;
    typedef device::PORT<device::PORT0, device::bitpos::B7> LED;
#elif defined(SIG_RX72N)
    typedef device::system_io<16'000'000> SYSTEM_IO;
    typedef device::PORT<device::PORT4, device::bitpos::B0> LED;
#elif defined(SIG_RX64M)
    typedef device::system_io<12'000'000> SYSTEM_IO;
    typedef device::PORT<device::PORT0, device::bitpos::B7> LED;
#elif defined(SIG_RX65N)
    typedef device::system_io<12'000'000> SYSTEM_IO;
    typedef device::PORT<device::PORT7, device::bitpos::B0> LED;
#elif defined(SIG_RX63T)
    typedef device::system_io<12'000'000> SYSTEM_IO;
    typedef device::PORT<device::PORTB, device::bitpos::B7> LED;
#elif defined(SIG_RX24T)
    typedef device::system_io<10'000'000, 80'000'000> SYSTEM_IO;
    typedef device::PORT<device::PORT0, device::bitpos::B0> LED;
#elif defined(SIG_RX66T)
    typedef device::system_io<10'000'000, 160'000'000> SYSTEM_IO;
    typedef device::PORT<device::PORT0, device::bitpos::B0> LED;
#elif defined(SIG_RX72T)
    typedef device::system_io<8'000'000, 192'000'000> SYSTEM_IO;
    typedef device::PORT<device::PORT0, device::bitpos::B1> LED;
#endif
}

int main(int argc, char** argv);

int main(int argc, char** argv)
{
    SYSTEM_IO::setup_system_clock();

    LED::OUTPUT();  // LED ポートを出力に設定

    while(1) {
        utils::delay::milli_second(250);
        LED::P = 0;
        utils::delay::milli_second(250);
        LED::P = 1;
    }
}

RX マイコンは、内部にクロックジェネレータがあり、起動した場合には、内部の発信器で、最低限の状態で起動します。
そこで、RX72N の動作を最高性能に切り替える為、フレームワークの助けを借ります。

    SYSTEM_IO::setup_system_clock();

この API を呼ぶ事で、RX72N は最大の 240MHz で動作します。

「SYSTEM_IO」は、以下のように定義されており、外部 16MHz のクリスタルを接続している設定です。

    typedef device::system_io<16'000'000> SYSTEM_IO;

240MHz の指定は、Makefile でされており、ソースをコンパイルする時に、定数を指定しています。
※「F_ICLK」の値

USER_DEFS   =   SIG_RX72N \
                F_ICLK=240000000 \
                F_PCLKA=120000000 F_PCLKB=60000000 F_PCLKC=60000000 F_PCLKD=60000000 \
                F_FCLK=60000000 F_BCLK=120000000

※これらの定数を使って、内部で、クロックジェネレータの設定を自動で行います。
※詳しくは、system_io.hppを参照の事。

LED の定義では、PORT テンプレートクラスにより、１ビットのポートとしています。
※この場合、PORT4 の B0 で、ボード上のユーザーＬＥＤに接続されています。

    typedef device::PORT<device::PORT4, device::bitpos::B0> LED;

LED ポートを出力に指定します。

    LED::OUTPUT();  // LED ポートを出力に設定

LED ポートに「０」、「１」を送る。

        LED::P = 0;
...
        LED::P = 1;

0.25 秒の間隔を作るのはソフトウェアータイマーによるものです。（あまり正確ではありません）
※２５０ミリ秒

    utils::delay::milli_second(250);

このように、非常に簡単にオリジナルプログラムを走らせる事が出来ます。

次回、SCI を利用したプログラムを解説する予定です。

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