低予算での実習を行うにあたり、非常に低価格のUSB接続ROMエミュレーター を開発していただいた
T&Aの佐藤様に、 感謝します。
佐藤様の尽力が無ければ、この実習の実現は不可能でした。

1chip マイコンのプログラム手法を習得し、パソコンだけではできない、
リアルタイム性を持った機器の制御、データの収集等を行える機器の
ソフトウエア開発能力を身につける。

H8/3052F (AKI-H8/3048Fの後継機種) マイコンボード
USB接続 ROM-Emulator(Z80, V850等のデバッグにも使用可能)  Rev2の記事はこちら
16x2 LCD
電 源
マザーボード(マイコンボード/LCD/ROM-Emulatorを乗せ る)
LED等の部品
Windows パソコン(USB×1 COMポート×1)

パソコンにCOMポートが無い場合には、USB -COMポート(Linux で使う場合)を増設

ソフトウエア

cygwin
meadow

寺脇が常に使用しているマイコン開発環境と同じ環境を再現し、
その開発手法を学ぶ。
通常、500Kbyte。最大1.5Mbyte位のプログラムの開発実績がある。
ほとんどのマイコンで利用できる開発環境。
開発に関する制約がほとんど無し。

最近の開発動向
プログラム開発

gnu の成果を利用(Linuxも同様)。

プリント基板:

100x79程の2層基板ならば、フリーの回路図CAD
を使って、5000円程度で製作できる(ただし、商用利用は不可)。

デジタル回路

CPLD/FPGA を使用し、VHDL言語で回路動作を記述する。
最近では、これらの中に CPUを入れられる。

アナログ回路

今回学習するのは、プログラム開発のみ

(1)アドレス/データ

CPUとは、メモリーのアドレスの内容を読込み、それを命令として
実行する。メモリーは、データとして読み書きできる。
命令は、アドレス順に実行される。
(付録:ROM)

(2)ROM

通常、CPUが読込みしかできないメモリーである。
例

パソコンのBIOS
ファミコンのカセット

(3)RAM

読み書きができるメモリーである。
このマイコンでは、特殊なRAMがあり、その内容を書き換えることで、
LEDを点灯させるようなことができる。
(パソコン上のプログラムは、常にここで、実行される)

(4)レジスタ(CPUの中の電卓)

演算を行う場合は、レジスタで演算する。例えば、メモリの内容を+1したい時には、
●メモリの内容をレジスタに読込む
●レジスタの内容を+1する
●レジスタの内容をメモリに書込む
mov.l@0xeb80:16,er2
adds#1,er2
mov.ler2,@0xeb80:16
今回使用するCPUには、er0～er7がある。
(マニュアル40P)

(5)プログラムカウンタ

次に実行する命令のメモリーアドレスを示す。
CPUは、プログラムカウンタが指し示すアドレスの内容を読込み、それを命令として
実行する。通常、アドレスの順番に実行する。
(マニュアル40P)

(6)命令

メモリに書込む/読込む
演算(整数の四則演算など)
比較命令
分岐命令(ジャンプ)
(マニュアル46P)

(7)CCR(ConditionCodeRegister)

演算の結果を格納する。Zeroフラグ、OverFlowフラグ等があり、
この状態によって、プログラムの流れを変更することができる。

(8)スタック

スタックについて

2.s を作成する(meadowの使い方)。
アセンブル

meadow 上で、M-! を実行し、以下のコマンドを入力し、アセンブルを行う。
h8300-hms-gcc -mh 1.s -o 1.x

gdbでの実行

meadow 上で、M-x  shell を実行し、以下のコマンドを入力し、アセンブルを行う。
h8300-hms-gdb 1.x

TargetSettings で、Targetを Simulator を選択
一度RUNを押す
ステップ実行し、レジスタの内容が変化することと、スタックの様子を見る
CPUの中の動作を実感する。

3.c を作成する
コンパイル/gdb その１

ソースコード先頭部分のコメントになっているコマンドを実行する。

C-c C-c h8300-hms-gcc -mh -g 3.c -o 3.x
M-! h8300-hms-gdb 3.x

コンパイル/gdb その2

ソースコード先頭部分のコメントになっているコマンドを実行する。
(gdb にバグがあるので、一度アセンブルリストを出力し、それをアセンブルする)

C-c C-c h8300-hms-gcc -fomit-frame-pointer -c -O2 -mh -S -Wall 3.c
M-! h8300-hms-gcc -mh 3.s -o 3.x
M-! h8300-hms-gdb 3.x

最適化が無い場合と、ある場合の違いを実感する。

組み立て

6.で作成した 3.c を CPUボードで実行できるようにする。

今回使用するデバッグ環境は、市販のICE(In Circuit Emulator)に比較すると、
デバッグ時に収集できる情報が非常に少ない。
この情報の少なさを補い、デバッグを効率的に進めるためには、デバッグを
補佐するプログラムが必要である。ここでは、そのプログラムを含む
フレームワークを提供する。

また、通常、プログラムは、複数のファイルに分けて作成される。
その場合に効率良くコンパイルを進めるために make の使用方法を
学ぶ。

課題1  LED を適当な周期で点滅させてみる。
課題2  適当な周期で、LCD 上の文字をブリンクさせてみる。
課題3  LEDを、3秒ON、1秒OFFの周期で点滅、LCDを 0.5秒周期でブリンクさせる。

9.の課題3を、マルチタスクを使用して書き直す。
StartTask(タスク番号,タスク関数);
KillTask(タスク番号);
Sleep(休眠時間);
multi0.c

ad.c
課題1 A/Dの値を、リアルタイムでLCDに表示し、その値が一定以上を越えた場合には、LEDを点滅させる
課題2 ２つのA/Dの値をリアルタイムで LCDに表示する

回路

割込みとは、http://homepage1.nifty.com/rikiya/software/105timer2.htm

ソフトウエアの変更

initperi.c

InitPeripheral()関数の直前に以下の行を追加
int IrqCount ;

InitPeripheral()関数の中の頭に、
IrqCount = 0 ;
を追加

initperi.c の、Irq2() を以下のように書き換える。
int IrqCount ;
#pragma interrupt
void Irq2( void )
{
    IrqCount ++ ;
}

hello.c

以下のプログラムを適当なところに入れる。
LcdLocate( 1, 10 ) ;
lcdprintf( "[%d]" , IrqCount ) ;

ハードウエアの追加

CN1-5 に SW を取りつける。

課題

SWを ON/OFF させることで、IrqCount を、LCDに表示する。

マイコンは、COMポートを通じてパソコンにデータを送る。
パソコンのプログラムは、そのデータを受け取って、リアルタイムにデータを表示する。

マイコン側プログラム

COMポートにデータを出力するタスクを追加する。

パソコン側プログラム

test.c

マルチスレッドを利用して、COMポートからのデータを受信する。
メッセージループでは、そのデータをもとに描画する。

マイコンのマルチタスクは、Sleep()を呼び出すことでタスクが切り替わったが、
パソコンのマルチタスクは、OS が切り替える。
パソコンのマルチタスクで、プログラムの整合性を保つためには、
CriticalSection というOSの機能を使う。
参考:猫でもわかるプログラ ミング

ROM Emulator 無しのスタンドアローン状態で動作するようにする。
書込みプログラムは、http://www.linet.gr.jp/~mituiwa/h8/index-j.html を使用する。
(VineLinux3.1+秋月USBシリアルで動作するh8write)

手順

(1)ジャンパーを書込み状態に設定し、CPUボードの電源をON。
(2)h8write -3052 00001.mot
(3)書き込みが終了したら電源OFF

書込み時ジャンパー設定

CPUボード MD2 short
マザーボード JP1 short

実行時ジャンパー設定

CPUボード:全てopen
マザーボード:全てopen