２１２．ＣＭＴで割り込み処理(SH2-7045F)

2002/06/03 【ソフトウエア編ＴＯＰに戻る】

前回はCMT（コンペアマッチタイマ）を使って、簡単な時間潰しの処理をご紹介しました。今回はCMTを使って一定時間ごとに割り込みを発生させ、メインの処理とは別のお仕事をさせてみます。つまり、インターバルタイマー動作ということになります。インターバルタイマーは、一定間隔ごとに何かを監視しにいったり制御しにいったりということを、メインとなるプログラム処理に負担を掛けずに、しかも正確な時間間隔で起動することができます。

割り込み処理の考え方に関しては、Ｈ８のページ１０５．タイマー割込みで効率的な制御でもご紹介していますので、そちらもご参照ください。

２１２−１．ＳＨ２での割り込み処理

CMTの基本動作については、前回の２１１．CMTで時間つぶし(SH2-7045F)を見て頂くとして、ここでは前回触れなかったCMTでの割り込み発生の処理について、簡単にご紹介します。

CMTは、CMCSR（コンペアマッチタイマコントロール／ステータスレジスタ）のCMIE（コンペアマッチ割り込みイネーブル）ビットを１にしておくと、コンペアマッチしたことによって割り込みを発生させることができます。ＳＨ２の場合、割り込みが発生した時に行なわれる処理はそれなりに難しい手順を辿りますが、大分省略して簡単に言うと以下のような感じになります。

例）CMT1のコンペアマッチが割り込みが発生した場合。

■１．CMT1のCMCNT（コンペアマッチカウンタ）がCMCOR(コンペアマッチコンスタントレジスタ）の値と一致すると、コンペアマッチ状態になる。

■２．CMCSR（コンペアマッチタイマコントロール／ステータスレジスタ）のCMIE（コンペアマッチ割り込みイネーブル）ビットが１だったら、割り込みコントローラに対して割り込み要求を出す。

■３．CMT1の割込み優先レベルが、ＣＰＵのＳＲ（ステータスレジスタ）に設定されている割込みマスクレベルより高ければ、割込みが実行される。同じか、低ければ、割り込み要求は無視される。

■４．割り込み優先レベルが、割込みマスクレベルより高かった場合、ＳＲやＰＣ（プログラムカウンタ）、そしてメインの処理で必要なレジスタの内容等をスタックエリアに退避し、CMT1用に決められた割り込みベクタアドレス（H'00000250)に書き込まれているアドレスにジャンプする。つまり、所定の割り込みベクタアドレスに割り込み処理プログラムの先頭アドレスを書き込んでおくことによって、割込みプログラムが起動するということになる。

■５．割り込みプログラムが終了したら、スタックに退避していたＳＲやＰＣ、そして必要なレジスタの内容などを元に戻して、メインの処理に戻る。

ここで耳慣れないのが、割込み優先レベルと割り込みマスクレベルという言葉です。一体なんでしょう？

【割り込み優先レベル】

SH2-7045Fでは、割り込みを発生さえる要因として、NMIおよびIRQ0〜7の外部要因が９個、内蔵周辺機能からの内部要因が４３個と、多くの割り込み要因があります。これらの割込み要因は、プログラムの目的によって優先順位を設定することができます。優先順位の設定に際しては、各々レベル０からレベル１５までの１６段階に設定することができ、その中ではレベル１５が最も高い優先順位になります。

複数の割込み要因が同じレベルに設定されている場合に、それらの割込みが同時に発生した時には、予め決めらている優先順位に従って割り込み処理が実行されます。詳しくはＳＨ２のハードウエアマニュアルの「割込みコントローラ」の項目を参照して下さい。

割り込み要因で一番優先順位が高いのがＮＭＩ（ノンマスカブル割込み）で、レベル１６で固定です。次に高いのがデバッグツールなどで利用するユーザーブレイク割り込みで、レベル１５で固定です。それ以外の割込み要因については、レベル０から１５の間で、自由に設定することができます。

割り込み要因の優先レベル設定は、ＩＰＲＡ〜ＩＰＲＨの８個の１６ビット幅の割込み優先レベル設定レジスタに設定値を書き込むことによって行ないます。

各々の割り込み優先レベル設定レジスタは、４ビットずつに意味付けが区切られており、それぞれが個別の割り込み発生要因に割り当てられています。そして４ビットなので０〜１５までの設定値を書き込むことができます。つまり、好きな割込み要因に相当する部分の４ビットに、０〜１５の設定値を書き込むことによって、それぞれの割り込み優先レベルが設定できるということになります。

例えば、CMT1の割込み優先レベルを７にしたければ、IPRGレジスタの3〜０ビットに７(0111)を書き込めばよいということになります。

【割り込みマスクレベル】

ある割込み処理を実行している最中に他の割込みが発生した場合はどうなるのでしょう。今実行中の割り込み処理よりも、優先レベルが高い割り込みが発生したらそちらを実行させ、優先レベルが低い割り込みが発生しても無視する、といったことが必要になるでしょう。それを行なうのが割り込みマスクです。

ＣＰＵのＳＲ（ステータスレジスタ）の７〜４番目のビットは割り込みマスクビット（Ｉ３〜Ｉ０）として割り当てられています。プログラムの実行中に割り込みが発生した場合、発生した割り込みの優先レベルがこの割込みマスクビットにコピーされます。この時、別の割込みが同時に発生した場合、その割込みの優先レベルが、割込みマスクビットに設定されているレベルと比較され、高ければ割込みが実行され、同じか低ければ無視されます。つまり、割込みマスクビットに設定されているレベルによって、プログラム全体の割込みの実行が管理されているのです。

【忘れずに！】

割り込み処理を使うプログラムを作る時には、必ず割り込みマスクビットの設定と、割込み要因の優先レベル設定を行なう必要があります。なにもしないままだと両者ともレベル０に設定され、割り込み処理が実行されません。割り込みマスクレベルを０にしたら、発生させたい割り込み要因の優先レベルは、少なくとも０を超える値の１以上に設定しなければなりません。

【先頭に戻る】

２１２−２．ＣＭＴ１の割込みプログラム例 cmttest2.c

では、CMT1（コンペアマッチタイマ１チャンネル）を使った割り込みプログラムの例をご紹介しましょう。今回のプログラムでは、前回ご紹介したＣＭＴ０を使った時間潰しプログラムに割り込みを掛ける形の動作とします。メインプログラムではＣＭＴ０のwait( )関数で１秒間ごとにPD16〜23のカウントアップを行なう動作をさせ、それと平行してCMT1で０．５秒ごとに割り込みを発生させ、PD0〜7のカウントアップを行ないます。なお、割込みを利用するため、割り込みベクタテーブルで割り込み関数の宣言も行なっています。

プログラムはここをクリックするとダウンロードできます。cmttest2.c また、割込みベクタファイルもここをクリックするとダウンロードできます。vector2.s　割込みベクタをダウンロードしたら、必ずvector.sという名前に変更してからご利用下さい。

なお、下のプログラムソースでは、前回のプログラムcmttest1.cに付け加えている部分だけを青で表示しています。

割り込みベクタvector2.s（抜粋）

【先頭に戻る】

２１２−３．プログラムの説明

今回のプログラムは、前回の２１１．CMTで時間つぶし(SH2-7045F)でご紹介したプログラムcmttest1.cに、割込み処理だけを付け足したものです。なので、付け足した部分を中心に解説することにします。初めての方は、是非前回の解説記事をご覧下さい。

■使用関数の型宣言

void int_cmi1(void);
void set_imask( int );

ここでは、int_cmi1( )関数とset_imask( )関数の型宣言を追加で行なっています。int_cmi1( )関数は、CMT1で割り込みが発生した場合に実行される関数で、set_imask( )関数は、ＳＲ（ステータスレジスタ）の割込みマスクビットに、割込みマスクレベルを設定するための関数です。

■ＣＭＴ１チャンネルの設定

     INTC.IPRG.WORD |= 0x0001;   /* CMT1 割込みLEVEL = 1 */
     CMT1.CMCSR.BIT.CKS = 3;    /* CMT1 CLOCK/512 */
     CMT1.CMCSR.BIT.CMIE = 1;   /* CMT1 割り込み許可 */
     CMT1.CMCOR = 27964;         /* 0.5S/17.88uS = 27964 */
     CMT.CMSTR.BIT.STR1 = 0;     /* CMT1 STOP */

ここでは、CMT1の設定を行なっています。

     INTC.IPRG.WORD |= 0x0001;   /* CMT1 割込みLEVEL = 1 */

では、割り込みレベル設定レジスタIPRGの３〜０ビットに対して１を設定しています。ここの４ビットはCMT1の割込みレベル設定に割り付けられているので、CMT1の割込みレベルを１に設定したことになります。|= は、INTC.IPRG.WORD = INTC.IPRG.WORD | 0x0001; と同じ意味で、IPRGレジスタの３〜０ビット目を強制的に（ＯＲで）１にしたことになります。

     CMT1.CMCSR.BIT.CKS = 3;    /* CMT1 CLOCK/512 */

では、CMT1のカウントクロックを、システムクロックの1/512に設定しています。

     CMT1.CMCSR.BIT.CMIE = 1;   /* CMT1 割り込み許可 */

では、CMT1の割込み許可ビットを１にして、割り込み発生を許可しています。

     CMT1.CMCOR = 27964;         /* 0.5S/17.88uS = 27964 */

では、コンペアマッチを発生させるカウント値を２７９６４に設定しています。今回利用するボードのシステムクロックは、ｘ４倍動作で28.63636MHzです。今回カウントクロックを1/512に設定したので、ひとつカウントアップするのに17.8793μS掛かります。今回、０．５秒ごとにコンペアマッチ割込みを発生させたいので、0.5/17.8793uS = 27964 までカウントすると０．５秒ということになります。

     CMT.CMSTR.BIT.STR1 = 0;     /* CMT1 STOP */

最後に、CMT1のカウンタをひとまず停止させておきます。

■メイン関数

int main(void){

unsigned char i=0;

     set_imask(0);                     /* 割り込みマスク解除 */
     PD.DR.BYTE.LL = 0xAA;
     CMT.CMSTR.BIT.STR1 = 1; /* CMT1 START */

     for(;;){
          i++;
          PD.DR.BYTE.HL = i;       /* PD16〜23 カウントアップ */
          wait(1000);                  /* 1000mS待つ */
     }
     return 0;
}

メイン関数では、

     set_imask(0);                     /* 割り込みマスク解除 */
     PD.DR.BYTE.LL = 0xAA;
     CMT.CMSTR.BIT.STR1 = 1; /* CMT1 START */

の３行を追加しています。それ以外は変わらず、PD16〜23ビットで１秒ごとにカウントアップ動作を行なう処理が記述されているだけです。

     set_imask(0);                     /* 割り込みマスク解除 */

では、ＳＲの割込みマスクビットのレベルを０（ゼロ）に設定しています。この関数の中身については後でご紹介します。先ほど、INTC.IPRG.WORD |= 0x0001;  でCMT1の割込み優先レベルを１に設定したので、例えばここでset_imask(1); などと設定すると、今回の割込みプログラムは実行されないことになります。

     PD.DR.BYTE.LL = 0xAA;

は、デバッグ的な意味合いで入れてあります。今回、割込み処理内でPD0〜7ビットを０．５秒ごとにカウントアップさせますが、割り込み処理が実行されなければ、この命令文によっていつまでたってもPD0〜7ビットは0xAA(1010 1010)を出力したままとなります。

     CMT.CMSTR.BIT.STR1 = 1; /* CMT1 START */

で、CMT1のカウントアップを開始させています。いよいよ０．５秒ごとの割込みを発生させるためのカウントアップが始まりました。

■CMT1割込み関数 int_cmi1( )

#pragma interrupt
void int_cmi1(void){

static char CNT;

     CNT++;                             /* カウンタ変数をアップ */
     PD.DR.BYTE.LL = CNT;        /* PD0〜PD7ビットに出力 */
     CMT1.CMCSR.BIT.CMF = 0; /* コンペアフラグをリセット */
}

この部分が、CMT1のコンペアマッチによって実行される割り込み関数になります。割り込み関数名のint_cmi1は、割り込みベクタテーブルで指定しているラベル名に合わせてあります。

     #pragma interrupt

は、割り込み関数であることを宣言しています。

     static char CNT;

は、静的メモリ領域にCNTというchar型（８ビット幅）の変数を確保しています。

     CNT++;                             /* カウンタ変数をアップ */
     PD.DR.BYTE.LL = CNT;        /* PD0〜PD7ビットに出力 */
     CMT1.CMCSR.BIT.CMF = 0; /* コンペアフラグをリセット */

では、CNTにプラス１して、PD0〜7ビットにCNTの値を出力しています。その後、CMT1のCMF（コンペアマッチフラグ）をゼロクリアして、次の割込み処理に備えます。つまり、この割込み関数が呼ばれるたびに、CNTが１ずつ増えて、PD0〜7がカウントアップされて行きます。

■割込みマスクレベル設定関数 set_imask( )

void set_imask( int imask )
{
int srreg;

     imask <<= 4;
     imask &= 0x00f0;
     asm(" stc sr,%0 ":"=r"(srreg):);
     srreg &= 0xffffff0f;
     srreg = srreg | imask;
     asm(" ldc %0,sr "::"r"(srreg));
}

この関数は、アルファプロジェクト製ＳＨ２マイコンボードに付属のサンプルプログラムに記述されていたまんまのものです。（アルファプロジェクトさんすみません）

ここでは、ＳＲ（ステータスレジスタ）の７〜４ビット目にある割り込みマスクビットに対して、引数のimaskの値を書き込む処理が行なわれています。アセンブラ命令を交えた記述です。（力弥は勉強不足のため、詳しくは解説できませんが．．．）

■割込みベクタテーブル vector2.s

     【　中　略　】

     .long      _start          /* [144]コンペアマッチタイマ0 */
     .space 4*3
     .long      _int_cmi1      /* [148]コンペアマッチタイマ1 */

    【　中　略　】

     .end

割り込み処理を行なう場合は、割込みベクタテーブルの修正をする必要があります。

     .extern      _int_cmi1

では、割り込みベクタテーブルに、実行させたい割り込み関数の関数名（ラベル名）を宣言しています。

     .long      _int_cmi1      /* [148]コンペアマッチタイマ1 */

では、該当する割込みベクタアドレスの部分に、関数名（ラベル名）を記述しておきます。

【先頭に戻る】

２１２−４．プログラムの動作

プログラムをダウンロードしてSH2マイコンボードの電源を入れると、PD16〜23ビットに接続した８ビットLEDが１秒ごとにカウントアップを開始します。同時に、外部に接続したPD0〜7ビットのLEDランプは、その２倍の速さ０．５秒ごとにカウントアップ動作を行ないます。 wait( )関数はまるっきりの時間潰し関数で、時間を潰している間の１秒間は他に何も処理できないのですが、割込みを使うことで、別の処理を行なうことが可能になるという事例です。

【先頭に戻る】

これで、ひとまずは最も簡単なタイマーカウンタCMTの機能については終了です。ＳＨ２に特有のプログラミング上のクセなどにも、少しずでも慣れてもらえたのではないかと思いますが、いかがでしょう？　これからもこんな調子で少しずつ機能の紹介をして行きたいと思います。とりあえず次回はＭＴＵ（マルチタイマーパルスユニット）を使ったPWM波形の出力実験などについて進んでいきたいと思います。

【ソフトウエア編ＴＯＰに戻る】