RP2040のPIOのJMP, MOV, PUSHとかの解説(C言語向け)

RP2040(Raspberry Pi Pico)のPIOのJMPやMOVといったアセンブラのような命令について解説します。

1. JMP

条件によって設定したラベル位置に処理を移動させます。

JMP 例
loop:               ; ラベルloopを設定(名前は自由に付けれる)
    ～その他処理～
    jmp !x loop     ; レジスタXが0の場合、ラベルloopに処理をジャンプします。

命令は次のフォーマットで記述します。

jmp (<条件>) <ラベル>

かっこ()は省略可を意味します。(『jmp <ラベル>』と書くことも可能ということ)

条件が成立(true)する場合に、ラベルにジャンプします。条件は次の8パターンの書き方があります。

条件 動作
記載なし 条件は常に成立(true)となり、常にラベルにジャンプします。
!x レジスタXが0の場合、ラベルにジャンプします。
x-- レジスタXが0では無い場合、ラベルにジャンプします。ついでにレジスタxの値を1引きます。
!y レジスタYが0の場合、ラベルにジャンプします。
y-- レジスタYが0では無い場合、ラベルにジャンプします。ついでにレジスタyの値を1引きます。
x!=y レジスタXとYが違う値の場合、ラベルにジャンプします。
pin あらかじめsm_config_set_jmp_pin関数で設定しておいたGPIOピンがHレベルの場合、ラベルにジャンプします。
!OSRE OUTシフトレジスタが空でなければ、ラベルにジャンプします。(OUTシフトレジスタにはPULL命令によってTX FIFOから32bitのデータが格納される)



2. WAIT

条件が成立するまで待機します。遅延命令を付けた場合は、条件成立直後に遅延処理が実施されます。
WAIT 例

wait 1 gpio 28     ; GPIO28が1(Hレベル)になるまで待機します。

命令は次のフォーマットで記述します。

wait <polarity> gpio <GPIO番号>
又は
wait <polarity> pin <pin番号>
又は
wait <polarity> irq <irq番号> (rel)


polarityには1か0が入ります。
1の場合、指定のGPIO等がHレベル(1)となるまで待機します。
0の場合、指定のGPIO等がLレベル(0)となるまで待機します。
かっこ()は省略可を意味します。

対象 動作
gpio 指定のGPIO番号の入力値(1:Hレベル 0:Lレベル)によって待機するか否かが決まります。
pin あらかじめsm_config_set_in_pin関数で設定した入力ピン番号の値(1:Hレベル 0:Lレベル)によって、待機するか否かが決まります。
例えば次のようにGPIO16をベースの入力ピンと設定していた場合、

sm_config_set_in_pin(&c, 16);

『wait 1 pin 2』によってGPIO18がHレベルになるまで待機します。(ベースをGPIO16としたので、16 + 2 = でGPIO18が対象となる)
irq IRQ番号のフラグよって、待機するか否かが決まります。IRQフラグはIRQ命令で立てたりクリアします。
  • "1"を待っていて"1"になった場合、ステートマシンによってIRQフラグはクリアされます。
  • IRQ番号は0-7までを指定します。relがある場合、ステートマシン番号が足され、その値を4で割った余りの数が対象の番号となります。例えば、ステートマシン2番を使用している場合で、IRQ番号が1の場合は、(2 + 1) % 4 = 3　でIRQ3番が、ステートマシン3番を使用している場合で、IRQ番号が2の場合は、(3 + 2) % 4 = 1 で IRQ1番が、対象のIRQ番号になります。



3. IN

あらかじめステートマシン用に設定しておいたGPIOやX,Yレジスタ等から、INシフトレジスタに値を移します。
IN 例

in pins 1           ; sm_config_set_in_pin関数で設定したGPIOピンの値(H:1 or L:0)を1bit読み、
                    ; ISR(INシフトレジスタ)に値を格納します。
                    ; sm_config_set_in_shift関数で、INシフトレジスタに
                    ; 右シフトで入れるか、左シフトで入れるかを設定しておきます。

命令は次のフォーマットで記述します。

in <読込元>, <読込ビット数>

あらかじめsm_config_set_in_shift関数で読込元のデータをINシフトレジスタへ右シフトで入れるか、左シフトで入れるかを設定しておきます。

読込元は次の6パターンの書き方があります。

読込元 動作
pins あらかじめsm_config_set_in_pin関数で設定しておいたGPIOピンからINシフトレジスタに指定のビット数だけ読み込みます。
x レジスタXからINシフトレジスタに指定のビット数だけ読み込みます。
y レジスタYからINシフトレジスタに指定のビット数だけ読み込みます。
null 指定のビット数分、ゼロを読み込みます。INシフトレジスタを好きなビット数だけ0ビットで埋めることができます。
isr INシフトレジスタからINシフトレジスタに指定のビット数だけ読み込みます。
osr OUTシフトレジスタからINシフトレジスタに指定のビット数だけ読み込みます。

sm_config_set_in_shift関数で自動pushを有効にできます。この自動pushが有効の場合、IN命令で各読込元から読み込んで、push閾値(これもsm_config_set_in_shift関数で設定)に達すると、INシフトレジスタの内容をRX FIFOに移動します(pushの動作)。自動pushが行われてもIN命令は関係なく1クロックで動作します。また、この自動pushの際にRX FIFOの空きが無い場合は、空きができるまで待機状態となります。自動pushではINシフトレジスタの値を全てゼロにクリアします(入力シフトカウントもゼロクリアします)。



4. OUT

あらかじめステートマシン用に設定しておいたGPIOやX,Yレジスタ等へ、OUTシフトレジスタの値を移します。
OUT 例

out pins 3           ; OSR(OUTシフトレジスタ)の最下位3ビットを、
                     ; sm_config_set_out_pin関数で設定したGPIOピンへ書き込みます。
                     ; 例えば、あらかじめsm_config_set_out_pin関数で
                     ; GPIO0～2までを使用すると設定しておけば
                     ; GPIO0～2に最下位3ビットの値(H/L)が出力されます。

命令は次のフォーマットで記述します。

out <書込先>, <書込ビット数>

書込先は次の8パターンの書き方があります。

書込先 動作
pins OUTシフトレジスタから指定のビット数だけ、あらかじめsm_config_set_out_pin関数で設定しておいたGPIOピンへデータを移します。
x OUTシフトレジスタから指定のビット数だけ、レジスタXへデータを移します。
y OUTシフトレジスタから指定のビット数だけ、レジスタYへデータを移します。
null 指定のビット数分、破棄できます。
pindirs 指定のビット数分、PINの入力/出力設定(pio_sm_set_pindirs_with_mask関数等で実施)にデータを移します。
pc 指定のビット数分、pc(program counter)にデータを移すので、そのアドレスに処理がジャンプします。
isr OUTシフトレジスタから指定のビット数だけ、isr(INシフトレジスタ)にデータを移します。
EXEC OUTシフトレジスタの値が命令データとして取り出され、次のクロックで実行されます。

sm_config_set_out_shift関数で自動pullを有効にできます。この自動pullが有効の場合、OUT命令で各書込先へデータを移して、pull閾値(これもsm_config_set_out_shift関数で設定)に達すると、TX FIFOからOUTシフトレジスタに値を移動します(pullの動作)。自動pullが行われてもOUT命令は関係なく1クロックで動作します。また、この自動pullの際にTX FIFOが空だった場合、データが入るまで待機状態となります。(また、出力シフトカウントはゼロクリアされます)。



5. PUSH

ISR(INシフトレジスタ)の内容をRX FIFOに移動します。(INシフトレジスタはゼロになります)
PUSH 例

push            ; 現状のISR(INシフトレジスタ)の値をRX FIFOに移動します。
                ; ただし、RX FIFOの空きがない場合は、空きができるまで待機状態となります。

命令は次のフォーマットとなります。

push (iffull)

push (iffull) block

push (iffull) noblock

かっこ()は省略可を意味します。(『push』と書くことも可能ということ)

次のような動作となります。

書き方 動作
push 現状のISR(INシフトレジスタ)の値をRX FIFOに移動します。ただし、RX FIFOの空きがない場合は、空きができるまで待機状態となります。
push iffull sm_config_set_in_shift関数で設定したpush閾値を超えていない場合、何もしません。push閾値を超えている場合に、現状のISR(INシフトレジスタ)の値をRX FIFOに移動します。ただし、RX FIFOの空きがない場合は、空きができるまで待機状態となります。
push block 『push』と同様です。blockはデフォルトで有効状態なので、push実行時、RX FIFOの空きがない場合は、空きができるまで待機状態となります。
push noblock 現状のISR(INシフトレジスタ)の値をRX FIFOに移動します。ただし、RX FIFOの空きがない場合は、値を破棄して次の命令に進みます。

sm_config_set_in_shift関数で自動pushを有効にできます。この自動pushが有効の場合、push閾値(これもsm_config_set_in_shift関数で設定)に達すると、INシフトレジスタの内容をRX FIFOに移動します(pushの動作)。



6. PULL

TX FIFOから32bitのデータをOSR(OUTシフトレジスタ)に移動します。
PULL 例

pull            ; TX FIFOから32bitのデータをOSR(OUTシフトレジスタ)に移動します。
                ; ただし、TX FIFOが空の場合、データが入るまで待機状態となります。

命令は次のフォーマットとなります。

pull (ifempty)

pull (ifempty) block

pull (ifempty) noblock

かっこ()は省略可を意味します。(『pull』と書くことも可能ということ)

次のような動作となります。

書き方 動作
pull TX FIFOから32bitのデータをOSR(OUTシフトレジスタ)に移動します。ただし、TX FIFOが空の場合、データが入るまで待機状態となります。
pull ifempty sm_config_set_out_shift関数で設定したpull閾値を超えていない場合、何もしません。pull閾値を超えている場合に、TX FIFOから32bitのデータをOSR(OUTシフトレジスタ)に移動します。
pull block 『pull』と同様です。blockはデフォルトで有効状態なので、pull実行時、TX FIFOが空の場合、データが入るまで待機状態となります。
pull noblock TX FIFOから32bitのデータをOSR(OUTシフトレジスタ)に移動します。ただし、TX FIFOが空の場合は、レジスタXの値が入ります。(TX FIFOが空の場合、『mov x, osr』と同じ効果が得られる)

sm_config_set_out_shift関数で自動pullを有効にできます。この自動pullが有効の場合、pull閾値(これもsm_config_set_out_shift関数で設定)に達すると、TX FIFOからOUTシフトレジスタに値を移動します(pullの動作)。



7. MOV

データを指定の読込元から指定の宛先にコピーします。
MOV 例

mov pins, x     ; あらかじめsm_config_set_out_pin関数で設定しておいた
                ; GPIOピンに、Xレジスタの値をコピーします。

mov x, pins     ; あらかじめsm_config_set_in_pin関数で設定しておいた
                ; GPIOピンの値(H:1/L:0)を、Xレジスタにコピーします。

命令は次のフォーマットとなります。

mov 宛先, (op) 読込元

かっこ()は省略可を意味します。(『mov 宛先, 読込元』と書くことも可能ということ)


宛先には次が入ります。

宛先 宛先/動作
pins sm_config_set_out_pin関数で設定しておいたGPIO
x レジスタX
y レジスタY
exec コピーしたデータを命令として実行します。MOVの次のクロックで命令が実行されます。
pc pc(program counter)にコピーします。そのアドレスに処理が移動(JMP)します。
isr isr(INシフトレジスタ)
osr osr(OUTシフトレジスタ)

(op) には次が入ります。

(op) 動作
(省略) 値をそのままコピーします。
『!』 または 『~』 ビット反転してコピーします。
『::』 ビット順を逆に並び変えてコピーします。

読込元には次が入ります。

読込元 読込元/動作
pins sm_config_set_in_pin関数で設定しておいたGPIO
x レジスタX
y レジスタY
null 0がコピーされます。
status ? (本家pdfを参照してください)
isr isr(INシフトレジスタ)
osr osr(OUTシフトレジスタ)



8. IRQ

割り込みフラグを立てます。またはフラグを下げます(クリア)。
IRQ 例

irq 2     ; IRQ2番のフラグを立てます。

命令は次のフォーマットとなります。

irq IRQ番号 (_rel)

irq set IRQ番号 (_rel)

irq nowait IRQ番号 (_rel)

irq wait IRQ番号 (_rel)

irq clear IRQ番号 (_rel)

かっこ()は省略可を意味します。(『irq IRQ番号』と書くことも可能ということ)

IRQ番号は0-7の間で指定します。0-7はステートマシン間で共有できます。また、0-3はシステムレベルで共有できます。(irq_set_exclusive_handler関数、pio_set_irq0_source_enabled関数等で設定。詳細は別で記述予定です)

命令分 動作
irq IRQ番号 IRQ番号のフラグを立てます。IRQ番号は0-7までを指定します。
irq IRQ番号 _rel IRQ番号のフラグを立てます。IRQ番号は0-7までを指定します。_relがある場合、ステートマシン番号が足され、その値を4で割った余りの数が対象の番号となります。例えば、ステートマシン2番を使用している場合で、IRQ番号が1の場合は、(2 + 1) % 4 = 3　でIRQ3番が、ステートマシン3番を使用している場合で、IRQ番号が2の場合は、(3 + 2) % 4 = 1 で IRQ1番が、対象のIRQ番号になります。
irq set IRQ番号 『irq IRQ番号』と同様です。
irq nowait IRQ番号 『irq IRQ番号』と同様です。
irq wait IRQ番号 IRQ番号のフラグを立てます。この後、このフラグが下がるまで待機します。
irq clear IRQ番号 IRQ番号のフラグを下げます。(クリアします)



9. SET

5bitの値(0～31)を指定の宛先に書き込みます。
SET 例

set x, 27     ; レジスタXに27を入れます。

命令は次のフォーマットとなります。

set 宛先 値

値は0-31の間で指定します。
指定可能な宛先は次のようになります。

宛先(書き方) 宛先/動作
pins あらかじめsm_config_set_set_pin関数で設定しておいたGPIOピン
x レジスタX
y レジスタY
pindirs PINの入力/出力設定(pio_sm_set_pindirs_with_mask関数等で実施)



すべてのPIO命令は1クロックで実行されます。Picoのクロックスピードは125Mhzですが、ステートマシンには分周期があり、最大65536除算した値[(125Mhz / 65536) = 1907Hz]まで速度を落とすことができます。(sm_config_set_clkdiv関数で設定)

すべてのPIO命令には最後尾に遅延命令[数値]が付けられます。(例:『out x, 1 [7]』:7クロック分何もしない)


コメント

コメントを投稿

このブログの人気の投稿

v4l2-ctlで行うUSBカメラ設定方法まとめ

v4l2-ctlはv4l2-utils(Video4Linux utils)に含まれるカメラの詳細設定ツールです。色々なことができるので主な使い方を纏めておきます。ちなみに実験用に使用したUSBカメラは『LOGICOOL HD WebCam C525』です。 1. インストール v4l2-ctlを使用するには、v4l-utilsをインストールします。 // 接続されているカメラの情報を取得する為にv4l-utilsをインストール // (既にインストール済みかも) $ sudo apt install v4l-utils 2. 接続しているUSBカメラの全情報を出力するには $ v4l2-ctl --all // 接続しているUSBカメラの全情報出力 $ v4l2-ctl --all Driver Info: Driver name : uvcvideo Card type : HD Webcam C525 Bus info : usb-0000:01:00.0-1.1 Driver version : 5.10.17 Capabilities : 0x84a00001 Video Capture Metadata Capture Streaming Extended Pix Format Device Capabilities Device Caps : 0x04200001 Video Capture Streaming Extended Pix Format Media Driver Info: Driver name : uvcvideo Model : HD Webcam C525 Serial : 7928C640 Bus info : usb-0000:01:00.0-1.1 Media version : 5.10.17 Hardware revision: 0x00000010 (16) Driver version : 5.10.17 Interface Info: ID : 0x03000002 T
続きを読む

【Windows11】簡単にできるRaspberry Pi Pico 開発環境構築 (VSCode, C言語, PicoProbe)

イメージ
Windows11でのRaspberry Pi Pico(RP2040)の開発環境の構築方法を紹介します。Pico Setupインストーラーを使用すると容易に構築できます。 ターゲット 対象OS: Windows 11 Pro (Windows10もほぼ同じ方法で可) エディタ: Visual Studio Code 使用言語: C言語 デバッグ環境: PicoProbeを用いてステップ実行可能 公式PDFにも説明がありますが、容易に構築できるようツールが準備されています。 1.Pico Setup の実行 こちら から最新のPico Setupインストーラーをダウンロードします。執筆時点では0.3.4が最新でしたので、私はこれを使用しました。 pico-setup-windows-0.3.4-x64.exe ダウンロードが完了したら、インストールを行います。 インストーラーを起動して、NEXTを押下します。 何も変更せず、NEXTを押下します。 インストールフォルダを選択します。デフォルトではユーザーのドキュメントフォルダが指定されています。私はそのままInstallを押下しました。 インストールが始まります。少し時間がかかります。(私の環境では5分程度) Completeと表示されたらNEXTを押下します。 『Clone and build pico repos』 にチェックが入った状態で Finish を押下します。 コマンドプロンプトが開きます。しばらく待つと『続行するには何かキーを押してください』と表示され、Y又はNキーを押下してインストールを終了します。 インストールフォルダをエクスプローラーで開き、『Visual Studio Code for Pico』のショートカット等が存在することを確認します。 2.Visual Studio Code for Pico の実行 Pico Setupのインストールフォルダ中に『Visual Studio Code for Pico』のショートカットが存在しますので、実行します。(Picoの開発時、Visual Studio Codeはこのショートカットから起動します) 『フォルダを開く』
続きを読む

Raspberry Piでシリアル通信する方法(通信設定・通信確認)

イメージ
Raspberry Pi 4 と Raspberry Pi Zero W をシリアル(UART)で通信させた時に、少しだけ手こずったのでメモしておきます。 1. sudo raspi-config でシリアル通信を有効化 まずは以下コマンドを実施します。 $ sudo raspi-config 次に “3 Interface Options” を選択してEnter 次に “P6 Serial Port　〜” を選択してEnter 次に、”Would you like a login shell to be accessible over serial?” では <いいえ> を選択してEnter。 (ここで<はい>とするとShellコンソールとして使用できるとの事) 次に、”Would you like the serial port hardware to be enabled?” では を選択してEnter 次に以下のように表示されるので、 で Enter <Finish> でコンソールに戻り、設定が変わっていればrebootを求められるのでrebootする。 2. miniUARTではなく普通のUARTが使えるようにする Raspberry Pi には機能制限版のminiUARTと通常のUARTが存在し、デフォルトではminiUARTがピンに割り当てられている模様。 // ttyS0 : miniUART(機能制限版UART) // ttyAMA0 : 普通のUART $ ls /dev -l ... ... serial0 -> ttyS0 serial1 -> ttyAMA0 ... ... ... // serial0がGPIOピンに割り付けられる。 // その為、上記状態では ttyS0(miniUART) が使用される。 なので、 /boot/config.txt を編集して、通常のUART(ttyAMA0)が使えるようにする。 $ sudo nano /boot/config.txt # ... 最下部に追加 dtoverlay=miniuart-bt core_freq=250 保存・reboot後、再度 “ls /dev -
続きを読む