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内蔵モジュール操作

 
　ADuC7026内には、次の内蔵モジュールが含まれています。

　これらの内蔵モジュールを扱うには、MMR(Memory Mapped Register)
　を介した、CPUとのやりとりが必要です。

　内蔵モジュールを扱うことは、ラベル定義された各モジュール
　のレジスタへのパラメータ設定、レジスタの情報取得の２点に
　まとめられます。

　内蔵モジュール操作に必要となるレジスタに関して説明します。



MMR(Memory Mapped Register)
　ADuC7026は、メモリマップドI/Oで設計されています。

　内蔵モジュールをアクセスするためには、メモリ
　アドレスを知らなければなりません。

　メモリ空間の仕様は、以下です。



　メモリ空間の図からわかることは、内蔵SRAMが8kbyte、プログラム
　フラッシュメモリが64kbyte、MMRは0xFFFF0000より上に配置。

　リマップメモリがあることが、メモリ空間の図に
　さりげなく示されています。

　MMRの詳細を見ていきます。



GPIO(General Purpose Input and Output)
　ADuC7026には、５ポートありますが、内蔵モジュール
　との兼用ピンになっていることが多いので、GPIO関係
　のレジスタで、GPIOにするか、他の内蔵モジュールの
　入出力ピンに切替えます。



　GPに続く番号に連ねて、CONというラベルがある
　MMRにGPIOで使うのか、内蔵モジュールを使うか
　を記述します。(CONはCONFIGUREの略)

　GPIOとして利用するには、CONレジスタに２進数で00
　を設定します。

　GPIOのCONレジスタは、32ビットなので4ビットごとに
　対応する１ピンのモードを設定できます。
　ピンは０〜７の合計８ピンなので、４ビットごとに
　指定すると、32ビットになります。
　16進で指定すると、１けたごとに0、1、2、3のいずれかを
　指定すれば充分です。

　GPIO0でピンのモードを指定してみます。



　P0.1、P0.2をPWMのピンに設定するとき、次のように
　レジスタに32ビット値を保存します。
    GP0CON = (1 << 4*2) | (1 << 4*1) ;
           or
    GP0CON = 0x00000110 ;

　P1.0、P1.1には、シリアルインタフェースを
　P1.2、P1.3には、IICバス処理をアサインする
　ときは、以下のマップを参照します。



　ビット番号を使い、シフトにより２ビットを設定
　するコードを記述すれば、モード設定が可能です。

    GP1CON  = (1 << 4*1) | (1 << 4*0) ;
    GP1CON |= (2 << 4*3) | (2 << 4*2) ;
           or
    GP1CON = 0x00002211 ;

　このコードでは、上位４ビットは、GPIOになります。



　ポート２では、PWM出力を割り当てられるので
　０ビットと３ビットをGPIOにするすれば、
　コードは以下とします。

    GP2CON = 0x11110110 ;



　ポート３では、PWM出力を割り当てられるので
　全ビットをPWM関連に割当てるならば、以下。

    GP3CON = 0x11111111 ;

　ポート３では、A/Dコンバータの入力にも
　割り当てられるので、上位４ビットをA/D
　コンバータにわりあてると、CONレジスタ
　への書込みは、次のようになります。

    GP3CON = 0x22220000 ;



　ポート４をすべて、GPIOで利用する場合
　レジスタへは、次のように設定します。

    GP4CON = 0x00000000 ;

　GPIOで利用する場合、各ポートの入出力方向と
　入力値の取り出し、出力値の設定が必要です。
　この操作は、DATレジスタに値を設定します。

　DATレジスタは、32ビットで、次のフォーマット
　で利用します。



　ポート４の上位４ビットを出力として、1010を
　出力する場合、GP4DATに次のように設定します。

    GP4CON = 0x00000000 ;
    GP4DAT = 0xf0a00000 ;

　該当ポートを出力に設定し、指定ビットに１か０
　を設定したいなら、SETかCLRレジスタを使います。

　SETレジスタ、CLRレジスタは８ビットを次のビット
　番号の領域に設定します。



　ポート０、ポート１を出力に設定し、ポート０
　はすべて１、ポート１はすべて０に設定する
　場合、レジスタには次のように記述します。

    GP0CON = 0x00000000 ;
    GP1CON = 0x00000000 ;
    GP0SET = (0xff << 16) ;
    GP1CLR = (0xff << 16) ;

　ポート０、１、３にはプルアップレジスタ
　PARがあります。入力での利用で、外部の
　抵抗をなくすことで、部品点数を削減する
　ことができます。

　ビット単位でプルアップあり、なしを１ビット
　で指定可能です。

　ポート３の上位４ビットに、プルアップを
　設定するときは、次のようにします。

    GP3CON = 0x0f000000 ;
    GP3PAR = 0x11110000 ;



Timer/Counter
　Timerに割当てられているレジスタの
　ラベルとアドレスを見ます。



　図から、４つのTimerがあると読めます。
　更に、どんな情報があるのかを見ます。

　タイマーの番号を示すT0、T1、T2、T3に
　続いて、次の文字列がついています。

　各文字列は、レジスタの特徴を込めている
　はずなので、動作がわかるよう文字を加え
　てみます。

　CONFIGUREに設定するパラメータで
　動作を指定する方式と推定できます。

　CLRIが、CLEAR INTERRUPTなので
　割込みで、タイマーを使いたい
　処理に通知できる機能も持って
　いるのでしょう。

　timer1だけは、CAPTUREレジスタを
　もち、イベントが発生したときの
　タイマーカウント値を記憶できる
　仕様になっています。

　動作の詳細は、別のページで説明します。



A/D converter
　12ビットA/D変換器に関連するレジスタは、次の
　ようにアドレスが割当てられています。



　この他に、A/D変換器の使う参照電圧を指定する
　レジスタのREFCONがあります。

　A/D変換器のブロック図は、以下です。



　基本は、差動動作であると判断できます。

　D/Aコンバータを２つ利用した、逐次比較
　処理でA/D変換を実現します。
　OPアンプの非反転と反転入力にキャパシタ
　を接続して、電荷をチャージします。

　ブロック図から、逐次比較処理の動作を
　判断できます。

　入力端子からの電荷チャージにはSW1の
　サンプリングが担当します。また、OP
　アンプは、コンパレータとして使って
　電圧の取得には、SW3のサンプリングが
　担当します。

　擬似差動動作の場合は、以下のように使います。



　擬似差動動作は、OPアンプによるコンパレータ
　の反転入力を、VrefかVIN-に固定します。

　シングル動作の場合は、以下です。



　シングル動作は、OPアンプによるコンパレータ
　の反転入力を、GNDに固定します。

　完全差動、擬似差動、シングル動作のブロック図
　を見ると、各レジスタの各ビットに割当てられた
　機能が理解できます。

　ADCCONを見ていきます。



　入力端子からの電荷チャージを、サンプリングする
　ためのクロック指定は、ビット10〜12で指定します。
　電圧取得サンプリングは、ビット9、10で指定です。



　A/D変換器には、通常電源が接続されていないので
　使う場合、電源を接続します。これは、ビット５で
　指定となります。

　完全差動、擬似差動、シングル動作のどのモードで
　動かすのかは、ビット3、4で指定します。

　A/D変換のタイミングを、プログラムで実現するか
　タイマー０、１の割込み、あるいは、コンパレータ
　を利用するのかを指定できます。

　変換タイミングは、ビット７かビット０から２の
　どちらかで指定します。

　他には、A/D変換中か否かを外部に示すための
　処理をビット６で指定します。GPIOの設定で
　フラグ出力で指定しないと、反映されません。




　完全差動、擬似差動、シングル動作では、どのピンに
　A/D変換器を接続するかをADCCP、ADCCNで指定します。



　ADCCPは、コンパレータの非反転入力の接続ピンを
　指定します。ADCCNは、反転入力の接続ピンを指定
　となっています。

　ADCCPには、キャリブレーションのための電圧
　指定もできるようになっています。

　プログラムでA/D変換処理を実現するために
　レジスタADCSTAを利用します。変換中か否か
　をフラグで示します。

　A/D変換の精度を上げるために、オフセットを
　指定できます。レジスタADCOFにオフセット値
　を格納できます。

　A/D変換した内容は、レジスタADCDATに含まれます。



　12ビットの値は、32ビット中の上位16ビットに
　含まれます。上位４ビットは、符号ビットです。

　リファレンス電圧をどうするかを、レジスタ
　REFCONで指定します。



　Vrefを利用するか、内部の2.5Vを使うか等
　いろいろと変更できます。

　各レジスタの使い方詳細は、別の説明ページに
　記述します。


D/A converter
　12ビットD/A変換器に関連するレジスタは、次の
　ようにアドレスが割当てられています。



　ポート４の上位４ビットに、D/Aコンバータの出力が
　アサインされているので、GP4CONでD/Aコンバータ
　利用を指定しなければなりません。



　DACCONには、次の内容を指定します。

　12ビットの設定は、次のように４本の32ビット
　レジスタの上位16ビットに12ビットを格納する
　仕様です。



　詳細は、別のページで説明します。



UART
　UARTは、１チャネルのみ用意されています。
　関連するレジスタは、以下。



　調歩同期ならば、設定するレジスタは
　４個だけです。

　レジスタマップを見るとわかりますが
　複数レジスタが、同一アドレスに割当
　になっています。

　送信、受信のレジスタが同一アドレスという
　周辺ICはよくありますが、他のレジスタにも
　同一アドレスがあり、最初は戸惑いました。

　レジスタを切替えるには、COMCON0のMSBを
　使ったセレクタを使います。



　ボーレートを決めるCOMDIV0、COMDIV1の設定値は
　POWCONに設定する内部分周器の値と関係します。

　POWCONの下位３ビットの設定値で、UARTブロックに
　与えられるクロックは、次のようになります。

　ボーレート計算には、リスト中のひとつの
　周波数からしか、分周比を計算する分子を
　選べないことになっています。

　ボーレートの値をBPS、リストの周波数をfsclkに
　すると、COMDIV1、COMDIV0の設定値は、次の計算
　で求められます。
    COMDIV1 = {fsclk/(16x2xBPS)} / 256
    COMDIV0 = {fsclk/(16x2xBPS)} % 256

　UARTに関連する割込みを使う場合、レジスタCOMIEN0
　で、利用する割込みを指定できます。

　どの割込みが発生したか、現状態がどうかは
　レジスタCOMSTA0の該当ビットで判断できます。

　各レジスタの詳細情報は、別の説明ページに
　記述します。

　物理ピンは、UARTで使うために、GPxCONの
　設定値で変更します。



IIC bus interface



　最初これらのレジスタ類を見ると、驚きました。
　しかし、IICバスの仕様を考えると各レジスタの
　意味がわかってきます。

　ADuC7026には、２つのIICバスモジュールが内蔵
　されているので、左右それぞれのレジスタに関し
　理解する必要はなく、左だけで充分です。

　IICバスは、マスターとスレーブでデータ交換する
　のが基本。マスターとスレーブに分け、レジスタの
　もっている機能を理解します。

　マスターに関連するレジスタは、以下。

　ステータスを保持しているのがI2C0MSTAです。

　マスターの場合、SCLから100kHzか400kHzのクロック
　を出力しなければなりません。どちらの周波数にする
　かを、I2C0DIVの設定値で変更します。

　データの送受信に関しては、I2C0MRX、I2C0MTXが
　関わります。MRXはマスターの受信レジスタ、MTX
　はマスターの送信レジスタです。

　マスターから、相手を特定するためには、相手の
　デバイスIDが必要です。デバイスIDを、I2C0ADRに
　格納します。上位７ビットが有効で、LSBを０か１
　にするかで、リードかライトを指定します。

　IICバスでは、スタート、ストップの状態設定が
　必要です。SCLをHに保持したまま、SDAをHからL
　あるいはLからHに変化させます。その操作を簡単
　にするため、レジスタI2C0CCNTを利用します。

　データ受信の場合、I2C0CNTにより受信するバイト
　数を設定して処理します。

　スレーブに関連するレジスタは、以下。

　ステータスを保持しているのがI2C0SSTAです。

　スレーブの場合、ひとつのIICバスモジュールで
　４つのアドレスを利用できるようにしています。
　I2C0ID0からI2C0ID3に、そのアドレスを格納して
　おきます。

　IICバスのマスターからみると、ADuC7026は４つの
　スレーブに見えます。４つのスレーブで機能を変え
　動作をエミュレーションできます。

　データの送受信に関しては、I2C0SRX、I2C0STXが
　関わります。SRXはマスターの受信レジスタ、STX
　はマスターの送信レジスタです。

　IICバスモジュールとして、どう動くのかをレジスタ
　I2C0CFGに設定したパラメータで確定します。

　動作の詳細は、別のページで説明します。



PLA(Programmable Logic Array)

　PLAに関係するレジスタは、以下となっています。



　レジスタのマップを眺めると、PELEMENTだけが０〜15と
　多数あることがわかりますが、PELEMENTは、次の回路構成
　をとります。



　CPLD、FPGAに触れた経験があれば、一度くらいは
　目にする図です。

　PELEMENTは、０〜７をBLOCK0、他をBLOCK1として
　構成されています。

　０〜４の番号がついたブロックは、データセレクタで
　LUT(LookUp Table)の入力と、レジスタあるいはLUTの
　出力を転送します。

　レジスタPELEMENTは、上図の16個の回路動作を個別に
　指定するために利用します。

　LUT(LookUp Table)は、２入力１出力の論理演算回路
　で、一般にはPLA(Programmable Logic Array)と呼び
　ます。PLAをLUTと表現するのは、XilinxのCPLD、FPGA
　のデータシート内で、よく見られます。

　PLAに入力するデータを指定するために、０〜３の
　データセレクタで、スイッチングします。



　PLAの出力を直接転送するか、レジスタを介してから
　転送するかを、データセレクタ４を使います。

　PLAで実現する演算機能は、４ビットで指定します。



　PLAの入力は、ELEMENT0、ELEMENT8が特別で
　他は、共通仕様になっています。
　２入力１出力のデータセレクタは、上が１
　下が０となるように配置されています。



　各ELEMENTからの出力は、次のようになっています。
　ここでも、２入力１出力のデータセレクタは、上が
　１で、下が０となるように配置されています。



　各ELEMENTの入力と出力を指定するには、PLA_TOOLが
　ありますが、簡単なスクリプトでPELEMENTに設定する
　パラメータを生成することにしました。

　AWKのスクリプトは、以下です。
{
  result = 0 ;
  # MUX4
  result += $6 ;
  # LUT
  result += $5 * 2 ;
  # MUX3
  result += $4 * 32 ;
  # MUX2
  result += $3 * 64 ;
  # MUX1
  result += $2 * 128 ;
  # MUX0
  result += $1 * 512 ;
  # show
  printf("%s => 0x%08x \n",$0,result);
}

　テキストファイルに、パラメータを６個指定して
　AWKを動かすと、16進8桁のコードを生成します。


　パラメータは、MUX0、MUX1、MUX2、MUX3、LUT、MUX4の
　順に指定していきます。MUX0、MUX1、LUTは10進数で
　指定します。

　例として使ったファイルの内容は、以下。
    2 2 1 0 2 0
    0 0 0 1 10 0
    2 0 1 0 12 0

　スクリプトでPLEMENTに指定するパラメータを
　生成すると、次のようになります。
    2 2 1 0 2 0 => 0x00000544 
    0 0 0 1 10 0 => 0x00000034 
    2 0 1 0 12 0 => 0x00000458 

　使い方は、単純です。
    gawk -f mkpla.awk txt2.txt > res2.txt{enter}

　レジスタに入れるクロックは、BLOCK0、BLOCK1で
　個別に指定できます。



　PLAからの割込みを使えるようになっていますが
　IRQ信号を生成するのは、BLOCKひとつにつき、
　３つあり、ひとつだけ選択できます。



　IRQ信号を利用する場合、レジスタPLAIRQを使います。



　PLAを利用するのは、外部割込みをエッジで処理する
　とき、A/D変換器の変換割込みで動かすとき等です。



SPI bus interface
　SPIバスは、入力と出力の８ビットシフトレジスタを
　利用した、データ交換ハードウエアとプロトコルを
　指します。

　ADcU7026内部のレジスタは、以下です。



　SPIバスは、入力と出力の信号は決めてあり
　シフトレジスタを利用するので、クロックを
　出す側をマスター、クロックを受取る側を
　スレーブと呼んで区別します。



　マスターは、クロックを与えると同時に、どの
　スレーブを選択するかを信号SSを使います。

　SPIRX、SPITXは、シフトレジスタなので、どの
　レジスタと関連するのかは、すぐわかります。



　SPICONで、マスター、スレーブの指定および
　動作モードを選択します。

　シフトレジスタを使うには、クロックが必要なので
　SPIDIVにクロックソースと分周比を指定します。

　SPISTAには、各状態値が格納されるので、その値
　を使い、２つのシフトレジスタへのデータ設定や
　取得等に利用します。



IRQ(Interrupt ReQuest)
　割込みを利用するには、IRQモジュールにある
　レジスタを操作します。



　メモリマップを見ると、IRQとFIRQがあります。

　FIRQはFirstIRQと呼ばれており、自分の場合
　マイコン6809で初めて使いました。2000年以後
　のマイコンでも用意されているのは、不思議な
　印象があります。

　割込みを使うには、IRQEN(FIRQEN)と
　IRQCLR(FIRQCLR)を利用するのが基本
　でした。

　ADcU7026には、内蔵モジュールがあります。
　ヘッダファイルから抽出してみると、以下。

　割込みで使いたい内蔵モジュールがあるとき
　IRQENの該当ビットをセットします。



　該当の割込みが発生した場合、IRQSTAの該当ビット
　がセットされるので、唯一の割込み対応ルーチン内
　にて、どの割込みが発生したのかを判定します。



　ADcU7026のファームウエア開発環境では、割込み
　関連の関数は、IRQ_Handlerにまとめられています。
　該当モジュールの割込みフラグは、IRQ_Handler
　関数の内部でクリアします。



PLL



　PLLに関係するブロック図は、以下。



　PLLで、外付け水晶の周波数32.768kHzを逓倍して
　次の周波数を生成できます。

　HCLKをCOREに供給する前に、プリスケーラが存在
　しているので、PLLが生成した41.78MHzをCD値変更
　で、上のリストにある周波数に変えられます。

　外付け水晶の周波数32.768kHzを利用するか、内蔵
　の発振器を利用するのかを指定できます。

　POWCON、PLLCONレジスタにより、これらの設定を
　変更できます。



　POWCON、PLLCONのパラメータ設定には手順があり
　これをスタートアップルーチンの中で指定できる
　ようにして、ユーザーの負担を軽減するよう開発
　環境が設定されています。



　startup.sを選択して、Configuration Wizardの
　チェックをいれると、アセンブリ言語で次コード
　が作成されます。

// <e> PLL Setup
//   <o1.0..2>  CD: CPU Clock Divider
//               <0-7>
//               <i> CD Value Selection
//               <i> Clock Divider = 2^CD
//   <o1.3>     FINT: Fast Interrupt
//               <0-1>
//               <i> Switches to CD0 for FIQ
// </e>
        PLL_SETUP       EQU     1
        PLLCFG_Val      EQU     0x00000001

// Setup PLL
IF (PLL_SETUP != 0)
                LDR     R0, =MMR_BASE
                MOV     R1, #0x01
                STR     R1, [R0,#POWKEY1_OFFSET]
                MOV     R1, #PLLCFG_Val
                STR     R1, [R0,#POWCON_OFFSET]
                MOV     R1, #0xF4
                STR     R1, [R0,#POWKEY2_OFFSET]
ENDIF   ; PLL_SETUP

　POWCONのデフォルト値は、0x03でシステムクロックに
　5.22MHzを利用します。（電源を入れたとき、リセット
　したとき、5.22MHzが選択されます。）

　main関数内部で、設定を変更するには
　次のステートメントを記述します。

    

  1. PLLKEY1に 0xAA 設定

  2. PLLCON にパラメータ設定

  3. PLLKEY2に 0x55 設定

  4. POWKEY1に 0x01 設定

  5. POWCON にパラメータ設定

  6. POWKEY2に 0xF4 設定


　PLLCONについては、スタートアップルーチンで指定
　しているので、POWCONの値を設定するルーチンを
　付加して、システムクロックを変更します。
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