rp2040_3_interrupt.html (6633B)
1 <h1>RP2040 SDKなし3 割り込み</h1> 2 <time>2025-08-27</time><br /> 3 <p> 4 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）。 5 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、 6 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）。 7 <p> 8 <p> 9 前回: <a href="rp2040_2.html">RP2040 SDKなし2 Clock、UART</a><br> 10 ソースコード: <a href="https://git.mtkn.jp/rp2040">git</a>/ex3_interrupt 11 </p> 12 13 <h2>動作環境</h2> 14 <ul> 15 <li>OpenBSD 7.7 16 <ul> 17 <li>arm-none-eabi-binutils-2.40</li> 18 <li>OpenBSD Make</li> 19 <li>minicom version 2.8</li> 20 </ul> 21 </li> 22 <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> 23 </li> 24 </ul> 25 26 <h2>割り込み</h2> 27 <p> 28 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。\ 29 これを割り込み処理という。\ 30 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。\ 31 </p> 32 33 <h3>割り込みを有効化</h3> 34 <p> 35 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。\ 36 CPUが割り込みを受け付けるようにする設定と、\ 37 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。\ 38 </p> 39 <p> 40 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。\ 41 有効化できる割り込みは全部で26個ある。\ 42 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。\ 43 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、\ 44 <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:\ 45 </p> 46 <code><pre> // enable uart interrupt in cpu 47 ldr r4, ppb_base 48 mov r5, #0xe1 49 lsl r5, #8 50 mov r0, #1 51 lsl r0, #20 52 str r0, [r4, r5] // M0PLUS: NVIC_ISER 53 54 /* ... */ 55 56 ppb_base: 57 .word 0xe0000000 58 </pre></code> 59 <p> 60 UART側の設定は、<code>UART: UARTIMSC</code>レジスタで行なう。\ 61 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、\ 62 <code>RXIM</code>ビットに1を書き込む。\ 63 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、\ 64 FIFOが空ではないときに割り込みを発生させるように、\ 65 <code>RTIM</code>にも1を書き込む:\ 66 </p> 67 <code><pre> // enable uart interrupt in uart0 subsystem 68 ldr r1, uart0_base 69 mov r2, #(1 << 6 | 1 << 4) // RTIM | RXIM 70 str r2, [r1, #0x38] // UART: UARTIMSC 71 </pre></code> 72 <p> 73 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、\ 74 <code>UART: UARTIFLS</code>レジスタの<code>RXIFLSEL</code>に0を書き込む。\ 75 これでFIFOの1/8が埋まったら割り込みが発生する。\ 76 </p> 77 <code><pre> // set fifo level to 0 78 mov r2, #0 79 str r2, [r1, #0x34] // UART: UARTIFLS 80 </pre></code> 81 <p> 82 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、\ 83 pico-sdk（src/rp2_common/hardware_uart/include/hardware/uart.h）の\ 84 <code>uart_set_irqs_enabled</code>関数でもこうなってる。\ 85 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、\ 86 データが失われる可能性もあるのかな。\ 87 </p> 88 89 <h3>ベクターテーブルの設定</h3> 90 <p> 91 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。\ 92 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\ 93 <code>vectors</code>とラベルを付けた場所（main.sの先頭）である。\ 94 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、\ 95 そこから15個はARMによって使用用途が定められている。\ 96 16番以降の32個は各CPUの設計者が自由に決められる。\ 97 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。\ 98 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\ 99 （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。\ 100 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:\ 101 </p> 102 <code><pre> .global vectors 103 vectors: 104 .word 0x20040000 // initial SP 105 .word (reset+1) // entry point 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 0xdeadbeef 120 .word 0xdeadbeef 121 .word 0xdeadbeef 122 .word 0xdeadbeef 123 124 125 .word 0xdeadbeef 126 .word 0xdeadbeef 127 .word 0xdeadbeef 128 .word 0xdeadbeef 129 130 .word 0xdeadbeef 131 .word 0xdeadbeef 132 .word 0xdeadbeef 133 .word 0xdeadbeef 134 135 .word 0xdeadbeef 136 .word 0xdeadbeef 137 .word 0xdeadbeef 138 .word 0xdeadbeef 139 140 .word 0xdeadbeef 141 .word 0xdeadbeef 142 .word 0xdeadbeef 143 .word 0xdeadbeef 144 145 .word 0xdeadbeef 146 .word 0xdeadbeef 147 .word 0xdeadbeef 148 .word 0xdeadbeef 149 150 .word (uart_interrupt_handler+1) // UART0_IRQ 151 </pre></code> 152 153 <h3>割り込み処理</h3> 154 <p> 155 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:\ 156 </p> 157 <code><pre> // uart_interrupt_handler echos the data arrived at uart0 158 uart_interrupt_handler: 159 push {lr} 160 bl getbyte 161 bl putbyte 162 pop {pc} 163 </pre></code> 164 <p> 165 <code>getbyte</code>、<code>putbyte</code>は前回と同じもの。 166 </code> 167 168 <h2>メインループ</h2> 169 <p> 170 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\ 171 CPUは寝かせておく。\ 172 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:\ 173 </p> 174 <code><pre>\ 175 loop: 176 wfe 177 b loop 178 </pre></code> 179 180 <h2>完成</h2> 181 <p> 182 これで完成。\ 183 動作は前回と全く同じだが、消費電力をおさえられる。\ 184 </p> 185 186 <h2>参考</h2> 187 <ul> 188 <li> 189 [1]. <a href="https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf">RP2040 Datasheet.Raspberry Pi Foundation</a> 190 </li> 191 <li> 192 [2]. <a href="https://developer.arm.com/documentation/ddi0419/c/">ARMv6-M Architecture Reference Manual</a> 193 </li> 194 <li> 195 [3]. <a href="https://github.com/raspberrypi/pico-sdk">pico-sdk.github</a> 196 </li> 197 </ul>