RL78関係をマルチデバイスに対応する

RL78を再開したのは、RL78関係の仕事を受注したのが大きい。

本来R8CやRXもまだまだなので、RL78をやるのは、現状では良く
ないが、仕事を請けたので、仕方がないが、丁度良かったかもしれない。

RL78は、他のマイコンに比べて、かなり魅力的なところがある。
・以外と高速で動作する。
※WAVファイル(16ビット、48KHz)をSDカードからSPIで
読み、再生する能力がある。
・とにかく電気を食わない。
・周辺機器(UART、I2C、SPI、ADCなど)が充実している。
・C++ で開発が可能。
・デバイスの値段が安く、バリエーションも多い。

マイナス要因:
・グループ(シリーズ)が多すぎる。
・内部は基本8ビットなので、32ビットなどの値を扱うと、肥大化して
遅くなる。
・アクセスできる範囲は16ビットが基本なので、64Kの空間を、特別
なポリシーを使って、RAM領域と、ROM領域に分けている為、設計の
段階で気を使う必要があり、リソースの再利用でも、注意を要する。
※これが結構、判りずらい場合がある。

仕事では、G13とL1Cグループに対応して欲しいとのオーダーを受け、
G13専用の構造を修正して、L1Cも含めるように改修した。

RXマイコンで複数グループ対応を行い、どのような構造にするとシンプル
(アプリケーション側でグループの違いを意識しなくて済む)になるのか、
実績があるので、それらの構造を継承している。

・デバイスのクラスでは、「ペリフェラル」型を設定して、それを取得でき
るようにした。

たとえば、SAU(シリアル・アレイ・ユニット)では、以下のテンプレート
として実装されている。

//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
/*!
    @brief  シリアル・アレイ・ユニット・テンプレート
    @param[in]  PER     ペリフェラル型
    @param[in]  UOFS    ユニット・オフセット(0x00、0x40)
    @param[in]  CHOFS   チャネル・オフセット(0x00, 0x02, 0x04, 0x06)
    @param[in]  SDR_O   SDR レジスターオフセット
*/
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
template <peripheral PER, uint32_t UOFS, uint32_t CHOFS, uint32_t SDR_O>
struct sau_t {

...

    //-------------------------------------------------------------//
    /*!
        @brief  ペリフェラル種別を取得
        @return ペリフェラル種別
    */
    //-------------------------------------------------------------//
    static peripheral get_peripheral() { return PER; }
};
typedef sau_t<peripheral::SAU00, 0x00, 0x00, 0x00> SAU00;
typedef sau_t<peripheral::SAU01, 0x00, 0x02, 0x02> SAU01;
typedef sau_t<peripheral::SAU02, 0x00, 0x04, 0x34> SAU02;
typedef sau_t<peripheral::SAU03, 0x00, 0x06, 0x36> SAU03;

「peripheral」は、enum class で定義されている、RL78のデバイス機能
分類。

uart_io.hpp クラスのプロトタイプは、以下のようになっている。

//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
/*!
    @brief  UART 制御クラス・テンプレート
    @param[in]  SAUtx   シリアル・アレイ・ユニット送信・クラス(偶数チャネル)
    @param[in]  SAUrx   シリアル・アレイ・ユニット受信・クラス(奇数チャネル)
    @param[in]  BUFtx   送信バッファサイズ(8バイト以上のサイズである事)
    @param[in]  BUFrx   受信バッファサイズ(8バイト以上のサイズである事)
*/
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
template <class SAUtx, class SAUrx, class BUFtx, class BUFrx>
class uart_io {

割り込み関係を設定する場合、以下のようにシンプル
に書ける。

    intr::set_level(SAUtx::get_peripheral(), level);
    intr::set_level(SAUrx::get_peripheral(), level);
    intr::enable(SAUrx::get_peripheral());

また、ポートの設定などは、デバイス毎にイレギュラー的に異なるが、これも
シンプルに書ける。

manage::set_uart_port(SAUtx::get_peripheral());
manage::set_uart_port(SAUrx::get_peripheral());

「L1C」は扱ってみると、「G13」と大きく違う事が判った。
・割り込みテーブルのエントリーがかなり異なり、完全に分ける必要がある。
・当然割り込み関係のハンドリングも異なるので、これらの違いを隠蔽して
ドライバーからは同じように扱えるように改修作業を行っている。
・L1CはUSB対応デバイスの為、最大動作周波数は24MHzとなって
いる。
※ソフトディレイをかなり強引な方法で実装している。
・A/Dコンバーターは、12ビットになっている。(G13は10ビット)
・DMAコントローラーが廃止され、DTC(データトランスファコントローラ)
と、ELC(イベントリンクコントローラ)が追加されている。
・USB2.0コントローラーがある(L1C特有)
※USBは、PC側のドライバーが関係するので、簡単では無いが、USB
接続機器を接続する事が出来るのは大きいかもしれない。
※2.0と言っても、フルスピード(12Mbps)、ロースピード
(1.5Mbps)しかサポートされない。
・LCDコントローラーを内臓している。(今回は使用しない)

今回使っているデバイスは、FlashROM:64K、RAM:8K、デー
タフラッシュ:8Kの仕様で、gcc リンクファイルの領域記述を誤り、謎の
挙動を示した、しばらく原因不明で苦労したが、ようやく原因を特定して、
思ったように走るようになった。

※個人的にはG14グループを使いたいなぁーと思うのだが・・・

—–
ハードウェアーマニュアルの書き方が、日立や三菱系では無く(多分NEC系)
慣れが必要で、レジスターの令名規則も、構造的になっていない為、テンプレート
クラスを実装する際、整理しないと駄目なところが痛い。
※アセンブラで、直接ビット操作をするような場合には都合が良いのかもしれ
ない・・
※RXの三菱系が一番スマートだと思う。

RL78を再開

以前に、gcc では、内部データフラッシュメモリーへのアクセスがサポートされない
事で、開発をストールさせていたが、GR-Cotton でRL78/G13が使われており
WEBコンパイラは gcc となっている、また、データEEPROMのアクセスライブ
ラリーもあるようなので、これらを利用する事にした。
※以前に、ルネサスのIDEでは、RL78はC++をサポートしないので、gcc 用
ライブラリの提供をお願いした際「できません」と断られた事があった。

GR-Cotton では WEB コンパイラで gcc を使っていて、gcc 用ライブラリーを同梱し
ている。
それなら、それを教えてくれてもいいと思うのだが、ケチくさいと言うか、イジワル
と言うか、全く話にならない対応だった(経験的に海外のメーカーでは、このような
不親切な対応は行わないと思う)
※それでもルネサスを使うのは「ドM」と言われても仕方ないが・・・

今回、仕事でRL78のオファーを受けた事で、データ・フラッシュは必須なので、
検討を始めた。
以前に、データフラッシュライブラリのオブジェクト(CS+IDE)をダンプした
ら、リバースエンジニアできそうな感じだったのだが、gcc 判があれば話が早い。

早速、GR-Cotton のプロジェクトを作成して、ソースコード一式を入手した。

その中にデータEEPROM操作関係のAPIがあるので、関係する部分を取得して、
自分のシステムに組み込んでみた。
※肝心な部分は、やはり、ライブラリーになっており隠蔽されている。(pfdl.a)

「pfdl.a」は、2つのオブジェクトをアーカイブしたものであるようだ。

% rl78-elf-nm pfdl.a

pfdl.o:
0000009d R _PFDL_Close
00000025 R _PFDL_Execute
00000091 R _PFDL_Handler
00000000 R _PFDL_Open
0000009d R PFDL_Close
00000025 R PFDL_Execute
0000006b r PFDL_Execute_erase
0000008a r PFDL_Execute_exit
00000061 r PFDL_Execute_firmware
0000007c r PFDL_Execute_read
0000007f r PFDL_Execute_read_next
00000091 R PFDL_Handler
00000000 R PFDL_Open

pfdl_version.o:
00000000 R _PFDL_GetVersionString
00000009 R _PFDL_VERSION_STRING
00000000 R PFDL_GetVersionString

ライブラリから、オブジェクトを分解して、肝心なオブジェクトを逆アセンブルして
みた。

rl78-elf-ar x pfdl.a
rl78-elf-objdump -D pfdl.o > pfdl.lst
00000000 :
   0:	c1                            	push	ax
   1:	c3                            	push	bc
   2:	a8 08                         	movw	ax, [sp+8]
   4:	71 00 90 00                   	set1	!f0090 .0
   8:	c7                            	push	hl
   9:	16                            	movw	hl, ax
   a:	bf 04 08                      	movw	!f0804 , ax
   d:	8c 01                         	mov	a, [hl+1]
   f:	9f 01 08                      	mov	!f0801 , a
  12:	e5 03 08                      	oneb	!f0803 
  15:	f2                            	clrb	c
  16:	fc f8 ff 0e                   	call	!!efff8 
  1a:	c6                            	pop	hl
  1b:	cf 80 08 04                   	mov	!f0880 , #4
  1f:	62                            	mov	a, c
  20:	9d f0                         	mov	0xffef0, a
  22:	c2                            	pop	bc
  23:	c0                            	pop	ax
  24:	d7                            	ret

上記は、PFDL_Open API の逆アセンブルソースだが、妙なアドレスをアクセスしている。
「F0804、F0801、F0803、F0880」これは、データフラッシュ関係の
制御レジスターと思われる。(ハードウェアーマニュアルには記載は無い)
また、「EFFF8」をコールしている、この部分に、データEEPROMのファーム
があるものと思われる。(このファームの存在も、一切記述が無い)

※改めて思うが、何故、隠蔽して、情報をオープンにしないのか、全く理解に苦しむ。
※本当に知りたいのなら、リバースエンジニアリングできるし、制限を設ける理由も思
いつかない。(ユーザーは不便になり、メーカーはサポートする仕事が増えるだけ)

早速テスト・・・
PFDL_Open関数を呼び出すと、戻ってこない・・・
PFDLライブラリのドキュメントを調べると、暗黙的に利用するワークRAMがあるよ
うだ。(セルフRAM領域)
※不思議な事に、デバイスにより、必要な場合と不必要な場合がある。
しかし、自分が使っているRL78/G13(R5F100LG)では、セルフRAMは
必要無い。
また、これとは別に、デバイス共通で、RAMの最終アドレス付近は、(0xFFE20
~後ろ)はライブラリの利用領域として予約されている。
※スタックやデータバッファと記述がある。

自分は、スタックを共有する為、RAMの最終アドレスを設定している。

色々、悩んだ末、解決した。
どうやら、ライブラリ内では、スタックを再設定して、内部処理を行い、ライブラリを出
る時に元に戻しているようだ。
この動作の為、共有していると正常に動作しないようだ、アプリ側のスタックを完全に分
離して、オーバーラップしないようにしたら、あっけなく動作した・・・
※これだからブラックボックスは嫌いだ・・・(まぁ自分の思い込みが原因ではあるけど)

以前にRXマイコンで作成した、対話形式で、データフラッシュの操作を行うプログラム
を組み込んで、実際に操作してみた。

問題なく書き込める!

とりあえず、操作できるようだ、これで、RL78も他のマイコンと遜色無く使える事が
判ったので、色々利用してみたい。
RL78はコストが安いので、R8C/M120とRXの中間を埋める「駒」として重宝
しそうだー

RL78データフラッシュサンプル

VL53L0Xを使ったR8C(100円マイコンM120AN)による距離測定

中華製、VL53L0Xのモジュールを入手したので、距離を測定する実験を行った。

元にしたソースは、Arduino の物で、ほぼ、そのまま利用させてもらった。
ただ、Arduino のソースは、ヘッダーとソースに分かれており、C++の有意義な部分
を使っていないものが多く、その辺りは、C++流に書き換えた。

たとえば・・
・「define」マクロ関数を使っている。
※C++では、define マクロを使って関数を定義するメリットは全く無いので、一般的
に使う必要性が無い。
※実行速度も改善されないし、「型」の検査や、定義を台無しにしてしまう。
・生の「enum」を使っている、C++では、「enum class」を使う事で、冗長な書き方
や不整合を回避できる。
※部分的には、逆に「冗長」になる場合があるが、「型」安全になるので許容する。
・(定義)ヘッダーと、(実装)ソースを分ける必要性が無い。
※Arduino では、ソースとヘッダーに分かれている。
※ヘッダーに全て書けば、管理や、修正などが簡単で、間違いが少ない。
・VL53L0XはI2Cインターフェースで通信を行うが、元のソースは、I2Cの
標準的なAPI(Cの関数)を呼び出して使っている。
※I2Cのインターフェースクラスは、テンプレートで渡す仕組みにしている。
・「参照」渡しが使われていない。
※わざわざ、ポインターにする必要が無い。

I2Cは電源を入れると、4ピンなので、写真のようなコネクターを使っている。
片側は4ピン、片側は2ピンx2となっており、電源、信号接続の違いを吸収できる。

メイン部分では、I2Cを初期化して、LX53L0Xを初期化する。
※R8C/M120ANでは、ソフトウェアー処理でI2Cを実現している。
距離の測定は、「単発」で行い、0.5秒おきに、コンソールに出力する。

・I2C、VL53L0Xの定義

    // I2C ポートの定義クラス
    // P4_B5 (12): SDA
    typedef device::PORT<device::PORT4, device::bitpos::B5> sda_port;
    // P1_B7 (13): SCL
    typedef device::PORT<device::PORT1, device::bitpos::B7> scl_port;

    typedef device::iica_io<sda_port, scl_port> iica;
    iica	i2c_;
    typedef chip::VL53L0X<iica> VLX;
    VLX		vlx_(i2c_);

・初期化

// I2C クラスの初期化
{
    i2c_.start(iica::speed::fast);
}

// VL53L0X を開始
if(!vlx_.start()) {
    utils::format("VL53L0X start fail\n");
} else {
    // 20ms
    vlx_.set_measurement_timing_budget(200000);
}

・メインループ

    ++itv;
    if(itv >= 50) {
        auto len = vlx_.read_range_single_millimeters();
        utils::format("Length: %d\n") % len;
        itv = 0;
    }

出力される距離には、50mmオフセットが加算されているようだが、正確だ!

VL53L0X.hpp

VL53L0X R8C/M120AN サンプル

glfw_app 関連の更新(コラム:12平均音階率)

最近は、組み込み関係が多かったが、久しぶりにPCアプリ関係のフレームワ
ークを更新した。

実際は、組み込み関係も含んでいる。

最初は、簡単なアルゴリズムで、ピアノぽぃ音が出ないかを研究する為に始め
た、アプリケーションがトリガーだった。
組み込みマイコンで、簡単なシンセサイザーぽぃ事をして、ピアノ風演奏を行
うのが目的だ。
そこで、OpenAL関係のマネージメントに手をいれ、リアルタイムに波形
を合成して鳴らす事から始めた。

とりあえず、簡単な音が出せるようになったのだが、和音とかを鳴らしてみた
くなり、MIDI入力を行うクラスの実装を始めた、とりあえずWindows
のみ。
※後から調べたら、「portmidi」なるライブラリがあり、これを使えば、最初
からマルチプラットホームにできるようだ、時間が空いたら対応しようと思う。

久しく、GUI Widgetsのプログラムをしていないので、自分で実装
したものなのに、どうやって使うか、自分で作ったサンプルを参考にするとゆ
ー、何とも、痛い状況になっている。

MIDIデバイスのリストを widget_list に反映して、選択するようにしたい
が、widget_list はダイナミックにリストを作れない構造になっていた。
まず、それを改修する為に色々修正を行った。
Widgets関係は、中途半端な部分が多く、度々改修工事が入る。

これには、色々な用件を満たしていないといけない事に気がつき、かなり色々
修正した、結局、それで終わって、肝心な部分の研究が出来ないでいる・・

—–
12平均音階率:
現代の音楽では、基本となっているもので、ほとんどの音楽は、この「決まり」
に沿って作曲されており、売られている楽器の多くが、この「決まり」に沿って
作られている。
実際のコンサートでは、ピアノの調律を、計算された周波数とは微妙に変えた、
調音を行う事があるようで(和音の響きが変わる)、流派、考え方が色々ある
ように聞くが、一般的な計算方法は以外と簡単だ。

4A(ラ)の音は440Hz、1オクターブ上がると880Hz(5A)、下
がると220Hz(3A)となる。
1オクターブ分が12個に平均的に分割されている。
つまり、12乗すると2となる定数kを求めて、それを基準の周波数に掛け
ていくと、音階が出来上がる。

k = pow(2.0, 1.0 / 12.0);
// k: 1.059463094

※何故「ド」が「C」なのか(「A」では無く)
※何故「ラ」を基準にするのか(Aだから?)
不思議な決まりが色々ある。


261.6 Hz ド   C
277.2 Hz ド#  C# 261.6 * k
293.7 Hz レ   D    277.2 * k
311.1 Hz レ#  D#  293.7 * k
329.6 Hz ミ   E    311.1 * k
349.2 Hz ファ  F    329.6 * k
370.0 Hz ファ# F#  349.2 * k
392.0 Hz ソ   G    370.0 * k
415.3 Hz ソ#  G#  392.0 * k
440.0 Hz ラ   A    415.3 * k
466.2 Hz ラ#  A#  440.0 * k
493.9 Hz シ   B    466.2 * k

ドレミの音階は、非常に不思議で、周波数的には均等な分布では無い。
※「ミ」と「ファ」の間、「シ」と「ド」の間は「黒鍵」(半音)は無く、
飛び飛びになっている。

小学高や中学校では、音楽を聴くのは好きだったが授業は不得意だった。
この辺りの理屈は、会社に入り、ゲーム用の演奏プログラムを作るようになって
から勉強したが、「周波数」の話を最初にして欲しかったwww

黒鍵が歯抜けになっている事で、ある楽譜を、少し高い音や低い音で演奏する場
合(トランスポーズ)、「黒鍵」と「白鍵」の使い方が全く異なるのに、ピアニ
ストは瞬間的にそれに対応する様を観て、「凄い」なぁーと関心した事がある・・