1-4 タイマ（MTU）公開講義（組込みプロセッサによる音信号処理入門）岐阜県情報技術研究所田畑克彦 1 割り込み１  事象の発生を非同期に受け付ける方法  割り込み要因となる事象が発生すると，CPUが現在の処理を中断して，決められた割り込みハンドラを自動的に実行  割り込みが発生した時点でPC（プログラム・カウンタ）を退避させ，PCの値を割り込みハンドラのアドレスに設定  割り込み要因     割り込み端子への外部からの信号タイマで指定時間が経過した（本講座で演習） A/D変換器の変換処理が終了した（本講座で演習） etc…  割り込み優先順位の設定  複数の割り込みが同時に発生した場合に実行する優先度（１６レベル）を設定可能 2 割り込み２  割り込みハンドラに事象に対応した処理を記述  プロジェクトファイルの中の“intprg.c”の該当する関数（割り込み関数）に記述するこの例では、タイマ４割り込み関数（INT_MTU4_TGIA4)で、実際に実行する関数(int_mtu4_tgia4)を呼び出している。 3 MTU(Multi function Timer pulse Unit)  タイマとはある時間間隔をレジスタ（TCNT）でカウントし、カウント数によって様々な動作を実行させる機能。  SH7144Fでは多機能タイマ（MTU）をもつことが特徴チャネル数は５個(MTU0～4)でチャネルによって設定可能な動作が異なる。  インターバルタイマ（一定間隔で割り込みを発生）（本講座で演習）  ワンショットパルス出力（一定時間後に一度だけパルスを出力）  トグル出力（設定した周期でパルスを出力）  ＰＷＭ信号出力（設定したパルス幅のパルスを繰り返し出力）（本講座で演習）  インプットキャプチャ（外部入力のパルス幅を計測する）  位相計数モード（ロータリエンコーダのパルスをカウント）他 4 MTU（その他）  5チャンネルの16ビットタイマを内蔵  最大16本のパルス入出力が可能  各チャネルごとに8種類のカウンタ入力クロックを選択可能  各チャネルとも次の動作を設定可能  コンペアマッチによる波形出力  インプットキャプチャ機能  カウンタクリア動作  複数のタイマカウンタ（TCNT）への同時書き込み  コンペアマッチ／インプットキャプチャによる同時クリア  カウンタの同期動作による各レジスタの同期入出力  同期動作と組み合わせることによる最大12相のPWM出力  チャネル0，3，4はバッファ動作を設定可能  チャネル1，2はおのおの独立に位相計数モードを設定可能  A/D変換器の変換スタートトリガを生成可能 5 MTUのブロック図 6 MTUのレジスタ  チャンネルごと        タイマコントロールレジスタ(TCR) レジスタの設定記述例：タイマモードレジスタ(TMDR) タイマI/Oコントロールレジスタ(TIOR) MTUx.TCR.BIT.TPSC = タイマインタラプトイネーブルレジスタ(TIER) x:チャネル番号タイマステータスレジスタ(TSR) タイマカウンタ(TCNT) タイマジェネラルレジスタ(TGRA, TGRB, TGRC, TGRD)  共通レジスタ  タイマスタートレジスタ（TSTR）  タイマシンクロレジスタ（TSYR）設定値; MTU.TSTR.BIT.CSTx = 設定値; x:はチャネル番号  タイマ3/4共通レジスタ        タイマアウトプットマスタイネーブルレジスタ（TOER）タイマアウトプットコントロールレジスタ（TOCR）タイマゲートコントロールレジスタ（TGCR）タイマ周期データレジスタ（TCDR）タイマデッドタイムデータレジスタ（TDDR）タイマサブカウンタ（TCNTS）タイマ周期バッファレジスタ（TCBR） MTU3(4).TOER.BIT.OExy = 設定値; x:チャネル番号 y:タイマジェネラルレジスタ記号(A～D) 7 タイマコントロールレジスタ(TCR)  各チャンネルのTCNTを制御する8ビットのレジスタビット 7 6 5 4 3 2 1 0 ビット名 CCLR 2 CCLR 1 CCLR 0 CKEG 1 CKEG 0 TPSC 2 TPSC 1 TPSC 0 説明カウンタクリアの要因を指定クロックのエッジを選択 TCNTのカウンタクロックを選択  カウンタクリア  コンペアマッチでTCNTをクリアするor禁止  クロックのエッジ  立ち上がり，立ち下がり，両エッジ  カウンタクロック  チャンネル0,1,2：クロックの1/64まで  チャンネル3,4：クロックの1/1024まで 8 TMDR，TIER，TIOR  タイマモードレジスタ（TMDR）  動作モードを設定  通常動作，PWMモード，位相計数モード，相補PWMモード  タイマインタラプトイネーブルレジスタ（TIER）     割り込み要求の許可，禁止 A/D 変換開始要求イネーブルアンダフローインタラプトイネーブル TGR インタラプトイネーブル  タイマI/O コントロールレジスタ（TIOR）  TGRの動作を設定  コンペアマッチ時の出力設定、インプットキャプチャの動作 9 インターバルタイマの動作 TGRA TCNT コンペアマッチ  設定した周波数でTCNTがカウント  タイマジェネラルレジスタ TGRA～TGRDと比較  マッチした場合，設定しておいた機能を起動  カウンタのクリア（図のTCNT）  割り込み  A/Dコンバータの起動 10 スタンバイモードの解除設定  節電の為，MTUやシリアル通信などの内蔵周辺機能は初期状態で低消費電力状態となっている  使用する場合には最初にその機能を有効化する事が必要  MTUの場合  A/D1の場合 MST.CR2.BIT._MTU = 0; MST.CR2.BIT._AD1 = 0; 11 例題1-4-1：LED点滅プログラム  基板に接続されているLEDを一定時間毎に点滅させるプログラム  タイマによる割り込みを用いることで，「一定時間」を正確に作り出す  今回は0.5秒毎に点灯と消灯を繰り返す  今回はインターバル・タイマとしてMTUを使用  仕様  MTUのチャネル4を使用  LEDはポートE15に接続 12 プログラムの流れ(1/2)  main関数  LEDのポートの設定  MTU4の設定と起動  TGRAとのコンペアマッチで割り込み  マッチ時にカウンタをクリアすることで，定期的に割り込み  割り込み間隔は0.5秒  割り込みハンドラ(int_mtu4_tgia4())  コンペアマッチの状態フラグのクリア  LEDの点滅（状態の反転） 13 プログラムの流れ(2/2) init_mtu() main() 初期化ポートレジスタ設定（ﾃﾞｰﾀｼｰﾄ17.1.9）初期化 MTU4割り込みタイムコントロールレジスタ設定（ﾃﾞｰﾀｼｰﾄ11.3.1） init_mtu4_tgia4() MTUの初期化 TGRAのコンペアマッチで割り込み LED反転 while(1) MTUスタート 14 割り込み間隔の設定  割り込み間隔（周波数）を設定する  割り込み周波数はTGRAで設定  TGRAの設定方法  TGRA＝（カウンタ周波数／割り込み周波数）－1  －1は，マッチの次のカウント時にクリアされるため  今回の場合：0.5秒（2Hz）で割り込み     93.75kHz（Pφ/256）でカウント（MTU4.TCR.BIT.TPSC = 4;） Pφは周辺クロックで、本基板の周波数は24MHz カウント回数は93.75kHz/2Hz=46875 よってTGRAに46874を設定（ MTU4.TGRA = 46874; ） 15 割り込みの使用方法  割り込みハンドラの設定  自動生成されるハンドリングプログラムを，自分の関数を呼び出すように変更  intprg.c  割り込みハンドラの記述  実際に割り込みで行いたい処理を記述  レジスタの設定  割り込みの初期マスクのクリア  使用する割り込みの優先度を設定  使用機能の割り込み許可フラグの設定 … // 120 MTU4 TGIA4 //追加 void int_mtu4_tgia4(); void INT_MTU4_TGIA4(void){ int_mtu4_tgia4(); } //コメントアウト //void INT_MTU4_TGIA4(void){/* sleep();*/} …  機能のスタート 16 タイマ・プログラム例(1/2)  MTUの初期化関数     MTU回路の起動立ち上がりエッジでカウント TGRAのコンペアマッチでクリアクロックサイクルの設定 void init_mtu() { MST.CR2.BIT._MTU = 0; //MTUを起動 //立ち上がりエッジ MTU4.TCR.BIT.CKEG = 0; //TGRAのコンペアマッチでクリア MTU4.TCR.BIT.CCLR = 1; //P_phi/256(93.75kHz)でカウント MTU4.TCR.BIT.TPSC = 4; //93.75khz / 2Hz(0.5sec) - 1 = 46874 MTU4.TGRA = 46874; //カウンタを0に MTU4.TCNT = 0;  クロック周波数の1/256の速度でカウント  24MHz / 256 = 93.75kHz  TGRAの値を設定  0.5秒に1回割り込ませる  93.75kHz / 2Hz = 46875  クリアは一致したカウント値を更新するタイミングで行われるため， TGRA+1の周期になる //通常動作（16ビットタイマー） MTU4.TMDR.BIT.MD = 0; //TGIA4マッチで割り込み MTU4.TIER.BIT.TGIEA = 1; //MTU4の割り込みの優先度を1に設定 INTC.IPRF.BIT._MTU4G = 1;  モード設定  割り込み許可，優先度を設定  数字が大きい程，優先度が高い  タイマスタート MTU.TSTR.BIT.CST4 = 1; //MTU4をスタート } 17 タイマ・プログラム例(2/2)  割り込みハンドラ  コンペアマッチ発生により立ったステータスフラグのクリア  LEDの反転 void int_mtu4_tgia4() { //割り込みフラグをクリア MTU4.TSR.BIT.TGFA = 0; PE.DRL.BIT.B15 ^= 1; //LED反転 }  メイン関数  LEDポートの設定  割り込みマスクのクリア -ルネサスの組込関数を使用。 -ヘッダーとして<machine.h>をインクルード。  MTUの初期化関数の呼び出し  無限ループ void main(void) { //初期化 PFC.PEIORL.BIT.B15 = 1; //PE15を出力に設定 set_imask(0); //割り込みマスクをクリア init_mtu(); //MTUの初期化 while (1); } 18 演習1-4-2：LED点滅時間の変更  LEDの点滅時間を0.5秒以外にする  1秒，2秒など  変更方法  TGRAの値を変更して，コンペアマッチのタイミングを変更  CKEG，TPSCの値を変更して，カウント速度を変更  割り込み回数を保存しておき，複数回に一度だけLEDの状態を変更  注意点  TGRA及びTCNTは 16bitレジスタなので，65535より大きい値をとることは出来ない  TGRAを倍にして1秒は無理 19 演習1-4-3：LED表示方法の変更  LED(PE15)1個による点滅ではなく，4個のLEDを順に点灯  ポートEの11,12,13,14の4個  PE11→PE12→PE13→PE14→PE11→…  注意点  各LED(PE11～14)の入出力設定を忘れない 20 補足複数ビットアクセス時の注意点  バイト（８ビット）やワード（１６ビット）単位でアクセスする場合、他の使用ポートへの設定値に注意する。  例えば、PE11～14を消灯する場合に PE.DRL.BYTE.H = 0xFF; と記述すると、PE8～10, PE15にも”1”が書き込まれてしまう。書込前 0 1 1 1 1 1 PE 15 PE 14 PE 13 PE 12 PE 11 PE 10 0 1 PE 9 書込後 1 PE 15 PE 8 1 1 1 1 1 PE 14 PE 13 PE 12 PE 11 PE 10 1 PE 9 1 PE 8  このため、複数ビットアクセスの場合は、マスク処理をして設定値を保持。 PE.DRL.BYTE.H = (0xFF & 0x78)| (PE.DRL.BYTE.H & 0x87)； 0x78 0 1 1 1 1 0 PE 15 PE 14 PE 13 PE 12 PE 11 PE 10 0 PE 9 0 PE 8 0x87 1 0 0 0 0 1 PE 15 PE 14 PE 13 PE 12 PE 11 PE 10 1 PE 9 1 PE 8 21