rp2040_3_interrupt.html (6608B)
1 +++ 2 date = '2025-08-27T00:00:00+09:00' 3 draft = false 4 title = 'RP2040 SDKなし3 割り込み' 5 +++ 6 <time>2025-08-27</time><br /> 7 <p> 8 前回UARTで通信する際、FIFOにデータが届いていないかを確認しつづけていた（ポーリング）。 9 これでは電力がもったいないので、データが届くまでCPUは休ませておいて、 10 届いたときだけ処理を実行するように変更する（割り込み）。 11 <p> 12 <p> 13 前回: <a href="rp2040_2.html">RP2040 SDKなし2 Clock、UART</a><br> 14 ソースコード: <a href="https://git.mtkn.jp/rp2040">git</a>/ex3_interrupt 15 </p> 16 17 <h2>動作環境</h2> 18 <ul> 19 <li>OpenBSD 7.7 20 <ul> 21 <li>arm-none-eabi-binutils-2.40</li> 22 <li>OpenBSD Make</li> 23 <li>minicom version 2.8</li> 24 </ul> 25 </li> 26 <li><a href="https://akizukidenshi.com/catalog/g/g108461/">FT234X 超小型USBシリアル変換モジュール</a> 27 </li> 28 </ul> 29 30 <h2>割り込み</h2> 31 <p> 32 ハードウェアが外部から信号を受けとると、CPUに現在の処理を中断させてその信号を処理させるようにできる。これを割り込み処理という。今回はUARTにデータが届いた時に同じデータをUARTに書き込むようにしたい。</p> 33 34 <h3>割り込みを有効化</h3> 35 <p> 36 割り込みの信号を受け取るために、割り込みを有効化する。CPUが割り込みを受け付けるようにする設定と、UARTが割り込み信号を発生させるようにする設定が必要である。</p> 37 <p> 38 CPU側の設定は<code>M0PLUS: NVIC_ISER</code>レジスタの有効化したい割り込みのビットに1を書くことで行う。有効化できる割り込みは全部で26個ある。割り込みの種類はrp2040のデータシート[1]のTable 80. Interruptsに書いてある。今回有効化するのはUART0の割り込みで、この表から20番が割り当てられていることが分かるので、<code>M0PLUS: NVIC_ISER</code>に、下から20番目のビットを1にしたもの書き込む:</p> 39 <code><pre> // enable uart interrupt in cpu 40 ldr r4, ppb_base 41 mov r5, #0xe1 42 lsl r5, #8 43 mov r0, #1 44 lsl r0, #20 45 str r0, [r4, r5] // M0PLUS: NVIC_ISER 46 47 /* ... */ 48 49 ppb_base: 50 .word 0xe0000000 51 </pre></code> 52 <p> 53 UART側の設定は、<code>UART: UARTIMSC</code>レジスタで行なう。データを受け取ったときに割り込みを発生させたいので、<code>RXIM</code>ビットに1を書き込む。また、処理を開始する前に既にFIFOにデータがたまっている可能性があるので、FIFOが空ではないときに割り込みを発生させるように、<code>RTIM</code>にも1を書き込む:</p> 54 <code><pre> // enable uart interrupt in uart0 subsystem 55 ldr r1, uart0_base 56 mov r2, #(1 << 6 | 1 << 4) // RTIM | RXIM 57 str r2, [r1, #0x38] // UART: UARTIMSC 58 </pre></code> 59 <p> 60 また、FIFOにデータがきたらすぐに割り込みを発生させたいので、<code>UART: UARTIFLS</code>レジスタの<code>RXIFLSEL</code>に0を書き込む。これでFIFOの1/8が埋まったら割り込みが発生する。</p> 61 <code><pre> // set fifo level to 0 62 mov r2, #0 63 str r2, [r1, #0x34] // UART: UARTIFLS 64 </pre></code> 65 <p> 66 これだとFIFOに届いた瞬間には割り込みがおこらない気がするが、pico-sdk（src/rp2_common/hardware_uart/include/hardware/uart.h）の<code>uart_set_irqs_enabled</code>関数でもこうなってる。FIFOを無効にすれば即座に割り込みがおこるかもしれないが、データが失われる可能性もあるのかな。</p> 67 68 <h3>ベクターテーブルの設定</h3> 69 <p> 70 外部からの信号で割り込みが発生したときにCPUに行わせる処理はベクターテーブルにあらかじめ登録しておく必要がある。ベクターテーブルの場所は<a href="rp2040_1.html">一回目</a>に登録した通り<code>vectors</code>とラベルを付けた場所（main.sの先頭）である。ARMの仕様書[2]によると、ベクターテーブルの0番目は初期のスタックポインタで、そこから15個はARMによって使用用途が定められている。16番以降の32個は各CPUの設計者が自由に決められる。rp2040の割り込みについてはデータシート[1]のTable 80. Interruptsに一覧表が載っている。今回使いたいのはUART0の割り込みなので16 + 20 = 36番目に、割り込み時に呼ばれたい関数のポインタ（Thumb Modeなので関数のアドレスに1を足したもの）を書き込めばいい。それ以外のものは今回は使わないので適当な数値でうめておく:</p> 71 <code><pre> .global vectors 72 vectors: 73 .word 0x20040000 // initial SP 74 .word (reset+1) // entry point 75 .word 0xdeadbeef 76 .word 0xdeadbeef 77 78 .word 0xdeadbeef 79 .word 0xdeadbeef 80 .word 0xdeadbeef 81 .word 0xdeadbeef 82 83 .word 0xdeadbeef 84 .word 0xdeadbeef 85 .word 0xdeadbeef 86 .word 0xdeadbeef 87 88 .word 0xdeadbeef 89 .word 0xdeadbeef 90 .word 0xdeadbeef 91 .word 0xdeadbeef 92 93 94 .word 0xdeadbeef 95 .word 0xdeadbeef 96 .word 0xdeadbeef 97 .word 0xdeadbeef 98 99 .word 0xdeadbeef 100 .word 0xdeadbeef 101 .word 0xdeadbeef 102 .word 0xdeadbeef 103 104 .word 0xdeadbeef 105 .word 0xdeadbeef 106 .word 0xdeadbeef 107 .word 0xdeadbeef 108 109 .word 0xdeadbeef 110 .word 0xdeadbeef 111 .word 0xdeadbeef 112 .word 0xdeadbeef 113 114 .word 0xdeadbeef 115 .word 0xdeadbeef 116 .word 0xdeadbeef 117 .word 0xdeadbeef 118 119 .word (uart_interrupt_handler+1) // UART0_IRQ 120 </pre></code> 121 122 <h3>割り込み処理</h3> 123 <p> 124 割り込み発生時に呼ばれる関数はUARTのFIFOに届いたデータをそのまま送信するだけのものである:</p> 125 <code><pre> // uart_interrupt_handler echos the data arrived at uart0 126 uart_interrupt_handler: 127 push {lr} 128 bl getbyte 129 bl putbyte 130 pop {pc} 131 </pre></code> 132 <p> 133 <code>getbyte</code>、<code>putbyte</code>は前回と同じもの。 134 </code> 135 136 <h2>メインループ</h2> 137 <p> 138 UARTにデータが届いていないときは特にすることがないのでCPUは寝かせておく。ARMには割り込みが発生するまでなにもしない<code>wfe</code>という命令があるのでこれを使う:</p> 139 <code><pre>loop: 140 wfe 141 b loop 142 </pre></code> 143 144 <h2>完成</h2> 145 <p> 146 これで完成。動作は前回と全く同じだが、消費電力をおさえられる。</p> 147 148 <h2>参考</h2> 149 <ul> 150 <li> 151 [1]. <a href="https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf">RP2040 Datasheet.Raspberry Pi Foundation</a> 152 </li> 153 <li> 154 [2]. <a href="https://developer.arm.com/documentation/ddi0419/c/">ARMv6-M Architecture Reference Manual</a> 155 </li> 156 <li> 157 [3]. <a href="https://github.com/raspberrypi/pico-sdk">pico-sdk.github</a> 158 </li> 159 </ul> 160