H8マイコン基礎

上野未恵

p.3　　　　　開発環境構築

p.11　　　　入出力の設定の仕方

p.17　　　　デバッグ環境構築・実行手順

p.34　　　　タイマの設定の仕方

p.43　　　　割り込みの設定の仕方

​

目次

開発環境構築

【目標】　

・データシートや回路図を読んで簡単な入出力を実装できるようになる

・タイマが動作するしくみ(コンペアマッチ・オーバーフロー)を知る

・割り込み関数が呼ばれる処理の流れを理解する

​

【対象者】

・マイクロコントローラを初めて学習する方

・C言語の文法を一通り学んでいる方

​

【使用するマイコン】

・H8/36064

​

【参考書籍】

・書籍「はじめてのH8マイコン」

はじめに

H8マイコン(ライントレーサー)の開発環境構築

​

​

・HEW

　統合開発環境(エディタ・コンパイラ・リンカ)

　HEWでマイコンを動かすためのプログラムを作成したり、ビルドを行う。

​

・H8 Writer

　H8マイコンのフラッシュROMにプログラム(.mot)を書き込むソフトウェア。

※FDTもH8 Writerと同様にROMに書き込むソフトウェアだが、今回は使用しない。

​

​

＜必要な開発環境＞

H8マイコン(ライントレーサー)の開発環境構築

＜実行するまでのステップ＞

　開発環境の準備から実際に実行する前での全体の流れは、次の通りになる。

​

開発環境を準備

プロジェクトワークスペースの作成

コーディング

メモリマップやオプション設定

ビルド

マイコン(ROM)に書き込む

HEWを入手・起動させる

マイコンを動かすプログラムを

「1つ」のプロジェクトに作成していく

プログラムをC言語で実装する

セクションやインクルードパス等を

必要に応じて設定する

マイコンを動かすための処理を

行う

ビルドで作成されたmotファイルをH8 Writerで

H8マイコンのROMにダウンロードする

コンパイルだけだと

必要なファイルを関連

付ける「リンク」ができない

デバッグしたい場合には、モニタプログラムをROMに書き込み、デバッグしたいプログラムをRAMに配置。

※詳細はp.17以降を参照

H8マイコン(ライントレーサー)の開発環境構築～実行の流れ

①HEWを開き、「ファイル>新規ワークスペース>プロジェクト」を選択し、次の通りに設定する。

今回使用するH8マイコンは

H8/36064なので

​

CPUシリーズ　⇒　300H

CPUタイプ　　 ⇒　36064

​

を選択する

​

プロジェクトの名前を記載

LEDを点滅させるプログラムを例に、開発環境の構築から実行までの順序を記載する。

H8マイコン(ライントレーサー)の開発環境構築～実行の流れ

②main関数内に処理を書いていく

ここに実行したい処理を書く。

C言語ではmain関数が必ず1つ

必要である。

例) LEDを点滅させるソースコード

「LED.c」ファイル

H8マイコン(ライントレーサー)の開発環境構築～実行の流れ

③メニューバーより「ビルド　>　ビルド」でプロジェクトをビルドを行う。

「Build Finished」および 「0 Errors」と

なっていれば、ビルドが通っている証拠。

​

「Warnings」に関しては、一応あっても

なくても実行することは可能である。

※ただしソースコードやWarningの内容にもよるが、一概に正しく動作するとは断言できない。

H8マイコン(ライントレーサー)の開発環境構築～実行の流れ

④H8 Writerを開き、ビルドで作成されたmodファイルを選択した後、「書き込み」を選択する。

※ライントレーサーによっては「USB HID」になったり、「シリアルポート:COM」でも5以外になることがある

ライントレーサーはPCに接続しておくこと。

「自動取得」を押すと通信できる箇所が勝手に選ばれる。

失敗したら再度コネクタを接続しなおす。

作成したプロジェクト(LED)の直下のLEDフォルダの中のDebugフォルダに

ビルドで作られたmotファイルがある

選択

入出力の設定の仕方

入出力の設定の流れ

LED、スイッチ、モータ、センサ等を使って動かしたい

LED

入出力の設定は

入出力装置から繋がっているI/Oポートに対応する

CPUの「レジスタ」のビットの設定値を変えるとできる

スイッチ

モータ

センサ

I/Oポートやレジスタ、ビットがどこに対応しているかは

「データシート」と「回路図」で確認する

P60

P74

PB0

P30

P61

I/Oポート

入出力装置

信号線(端子)

I/Oレジスタで制御

CPU

I/Oレジスタ

※I/Oレジスタの最小の構成単位は「ビット」

直接I/Oポートを操作するプログラムはないが…

I/Oポート・レジスタの対応確認（回路図）

例)1つのLEDを光らせるプログラム(sample.c)の作成

​

マイコンの回路図からLEDのI/Oポートを確認する

H8_36064_回路図.pdf　または　書籍「はじめてのH8マイコン」p.26、27を参考

​

​

​

　 　　I/Oポート名

　LED1　　⇒　　P60

　LED2　　⇒　　P64

​

​

​

​

LEDは2つ付いているので、

I/Oポートが「P64」を今回は使用する

​

LED

I/Oポート・レジスタの対応確認（データシート）

例)1つのLEDを光らせるプログラム(sample.c)の作成

​

I/Oポート「P64」に対応するI/Oレジスタの確認をする

H8_36064_データシート.pdf　を参考

​

​

​

「ポート6」の「4ビット目」に対応している

「レジスタ」と「設定値」を探す

​

​

​

​

レジスタには次の2種類があり、

これらをプログラムで書いて設定する

​

　・ポートコントロールレジスタ（PCR）　⇒　入力・出力を決定

　・ポートデータレジスタ（PDR）　　　　 ⇒　入力値の読み出し

　　　　 　 出力値（電圧High/Low）の設定

​

P64　⇒　ポート:6　ビット:4

P67

P66

P65

P64

P63

P62

P61

P60

7

6

5

4

3

2

1

0

ビット

PCR

P67

P66

P65

P64

P63

P62

P61

P60

7

6

5

4

3

2

1

0

ビット

PDR

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

LEDを光らせる　⇒　1　にして出力を有効化

LEDを光らせる　⇒　0(Low)　で点灯、1(High)　で消灯　

電圧は通常Highになっていて、

電位差(Low)が生じると光る

I/Oポート・レジスタの対応確認（データシート）　補足

データシート（H8_36064_データシート.pdf）で確認する箇所

PCRについて

PDRについて

I/Oポート・レジスタの設定の仕方（プログラム）

例)1つのLEDを光らせるプログラム(sample.c)の作成

​

LEDのI/Oポートに対応するI/Oレジスタとそこに入れる値が

わかったので次はC言語で実装していく。

​

​

「sample」プロジェクトを作成する(プロジェクト作成はp参照)

​

​

簡単に設定するために、「iodefine.h」をインクルードする

＜sample.cの先頭行に追加＞

　#include “iodefine.h”

​

​

I/Oレジスタの値を設定する

＜main関数中に追加＞

　IO.PCR6 = 0x10;

　IO.PDR6.BIT.B4 = 0;

iodefine.h

構造およびマクロで設定されている箇所

16進数表記

4ビット目を1にする

16進数表記

0で電圧をLowにする

0x　　(青枠内の値) 　　　　(緑枠内の値)

7

6

5

4

3

2

1

0

ビット

上位

下位

※あとはビルドしてH8 WriterでROMに書き込む

デバッグ環境構築～デバッグ実施

デバッグとは

【デバッグ方法】

　・デバッグとは、意図通りにプログラムが動いているのかを確かめることを指す。

​

　・デバッグする方法には主に下記の2つが挙げられる。

　　①ソースコードに実行を一時停止するブレークポイントを張り、1行もしくは複数行を

　　手動で実行するステップ実行(ステップイン、ステップオーバー)する方法

　　②LEDやモーター等のモジュールが動くことで実行されたことを確認する方法

​

【デバッグの実施】

　・今回無料インストール版のHEWではデバッグの機能が制限されているため、

　上記のデバッグ方法①については次のページに記載された別の方法で実施。

　・下記の注意点を1点でも満たさない場合は、デバッグ方法②を実施。

・プッシュスイッチを使用しない

・ビルドしたプログラムはRAMの容量（2KB）を

超えていないこと。

※理由はp.20に記載

デバッグを行う際の注意点

注意点を満たさない場合は

LEDを光らせることで、特定の

処理が実行されたことを確認

デバッグの流れ

無料インストール版のHEWだけで実装・ビルド・デバッグが完結できれば良い・・・・が、

H8マイコンの動作は、無料版HEWではブレークポイント・ステップ実行等で確認することができない。

HEW・H8 Writer・Hterm・モニタプログラムを用いて、

H8マイコンのRAMに作成したプログラムを書き込んでデバッグしていく。

ROM

RAM

プログラムを作成しても正しく動いている保証もなければ、どこにバグが潜んでいるのかも一見しても不明。

意図通りのプログラムに修正するための「デバッグ」が必要。

モニタプログラム

作成したプログラム

①HEWでプログラム作成

②H8 Writer でROMに書込み

③Hterm(デバッグ環境)が

動作できるようになる

④Htermで作成したプログラムを

RAMに書込むとデバッグできる

デバッグについての補足

・プッシュスイッチを使用しない

・ビルドしたプログラムはRAMの容量（2KB）を

超えていないこと　　　　　　　　　　　　　　　　

​

デバッグの注意点

プッシュスイッチはモニタ(Hterm)が「強制実行停止」処理を

行う仕様になっているため、デバッグできない。

​

また、RAMに入れられるサイズは2MBなので、

2MBを超えるプログラムをデバッグすることはできない。

理由

デバッグ環境構築の準備

​

・Hterm

　モニタプログラム専用の通信ソフトウェア(ROMにモニタプログラムが書き込まれて初めて動作する)。

　 RAMに書き込んでデバッグしたいプログラムをステップ実行したり、レジスタの内容を表示できる。

​

​

・モニタプログラム　

⇒Htermを動かすためのプログラム(MONITOR.mot) 。

＜デバッグ環境構築に必要なもの＞

デバッグ環境構築の手順

試したデバッグ環境構築

​

①Htermを入手する

​

​

​

​

②モニタプログラム「monitor.hew」をHEWで開く

​

​

​

​

デバッグ環境構築の手順

③2ファイルを修正する

ｃ

monitor.c

「#incude “3554.h”」を「#include “36064s.h”」に変更「WDT.TCSRWD.BYTE=0x92;」をmonitor();の前に2つ追記※

monitor.sub

・8行目の数値を「36064」に変更

⇒ローバー用のマイコンに設定

・10行目の数値を「13」に変更

⇒ビットレートを19200[bit/s]に設定

※H8/36064にはウォッチドッグタイマ(WDT)というマイコンの暴走を検知する機能が備わっている。

モニタプログラムにとってWDTはモニタ動作を邪魔になるので停止させる

デバッグ環境構築の手順

④モニタプログラムをビルドする

＜補足＞

モニタプログラムとは、H8マイコンをシリアル

ポート経由でPC(Hterm)からH8マイコンの状態を

監視したり制御するプログラムのこと。

​

​

ROMにモニタプログラムを書き込んでおくことで

デバッグを行える状態にする。

​

デバッグしたいプログラムはRAMを用いて

確認していく。

プログラムは書籍「はじめてのH8マイコン」p.35～p.44の通りに作成・ビルド

デバッグ環境構築の手順

⑤次に作りたいプログラムを実装する

例)　LEDをチカチカ光らせるプログラムを下記の通りに作成する

sample.c

v

v

v

v

resetprg.c

簡易に扱うためのIOレジスタの定義

仮想ベクタを設定するため

(vect=0)をコメントアウト

デバッグを止めないためにも

ウォッチドックタイマを停止させる

仮想ベクタを設定。

#pragmaでセクションV0(CV0としての後に設定)に指定する。

一番最初に読まれると、PowerON_Reset関数に飛ぶ。

デバッグ環境構築の手順

＜HEWが自動生成するファイルについて＞

実際にいじるのは下記のファイル。

・sample.c(プロジェクト名.c)

⇒main関数

・resetprg.c

⇒仮想ベクタの設定、ウォッチドッグタイマの追記等

・intprg.c(必要なときのみ)

⇒割り込みハンドラの設定

※割り込みを使用する場合、別のファイルを用いても差し支えはない

​

上記以外のファイルは参考にする程度。

​

必要ならばモジュール分割(別のファイルに関数を

記載)してもOK。

デバッグ環境構築の手順

⑥RAMへ書き込むための設定を行っていく

ビルドのする前にRAMで動かすためのアドレス設定を行う。

メニューバー「ビルド>H8S,H8/300 Standard toolchain」を選択

タブ「最適化リンカ」のカテゴリ「セクション」を選択

セクションとは、メモリ(ROMとRAM)に

おけるプログラム、変数、定数等の配置を決めている割り当てのこと

実装完了

デバッグ環境構築の手順

＜セクション設定で行うことについて＞

​

　各アドレス(領域)には、ROMもしくはRAMにおいて変数・定数・

　プログラム等を書き込む場所が割り当てられている。

​

​

　「セクション」という単位で各アドレスに配置していくことで、

　任意でROMまたはRAMにデータを書き込むことができる

​

​

　今回はRAMに作成したプログラムを配置させたいので

　右図のH8マイコン(H8/36064)に基づくと

​

　　　アドレス　H’F840　～　H’FFFF　の2KBの範囲内に

​

　セクションを配置させれば良い。

　※実際に割り当てるのはH’F840　～　H’B80がほとんど

​

ROM

RAM

H’0000

H’0042

H’7FFF

H’F700

H’F780

H’F840

H’F890

H’FB80

H’FE80

H’FF80

H’FFFF

アドレス

ここにプログラム等を配置。

セクションにはPRsetPRG、P、C、C$DSEC、C$BSEC、D等の名前がふられている。

H8/36064のメモリの配置

(ROMにモニタプログラムを書込み済み)

デバッグ環境構築の手順

具体的に設定していくと。。。

各行のSection名を

ダブルクリックして、

AdressとSectionを

修正する

「編集」で

配置も確認可

ROMに配置に

設定されている。

​

「PIntPRG」セクションは

割り込み関数等を

使用するときに設定する

RAMに配置に設定する。

​

「CV0」セクションは

割り込み関数等を

使用するときに設定する。

​

「PResetPRG」セクションは

電源が入って初めに実行される関数を格納。

​

デバッグ環境構築の手順

⑦作成したいプログラムのビルド後、H8 Writerを開いてROMにモニタプログラム(.mot)を書き込む

ｃ

モニタプログラムの

motファイルを選択する

ｃ

「書き込み」で実行

ROMへモニタプログラムが書き込こまれる

H8 Writerを開く

※通信方法はH8マイコンによって変わるので

「自動取得」でつながらなければ「USB HID」を選択

デバッグ環境構築の手順

⑧Htermを開き、デバッグしたいプログラムを準備する

(1)メニューバーの[通信]＞[切断]を選択し

下記の画面の状態にする

(2)メニューバーの[ファイル]＞[プロパティ]を選択し、

通信ポート(繋げているポート)とビットレート(19200)を

確認して[OK]を押す

デバッグ環境構築の手順

⑧Htermを開き、デバッグしたいプログラムを準備する

(3)「コマンド>Load」から既にビルド済のプログラム(.abs)を選択し開く

(4)ソースコードが展開される

※通信が途切れたりするときは、一度コネクタを

差し直すと成功するときがある。

デバッグ環境構築の手順

⑨Consoleでデバッグする

(1)ブレークポイントを張る

処理を止めたい箇所をダブルクリック

(2)Consoleで「G」と入力もしくは「F5」キーを押して

　　ブレークポイントまで処理を進める

「F8」キーは1行ずつ進んでいく。

関数の中に入っていくステップイン実行なので、

意図通り動いているかを1行ずつ確認/修正していく。

タイマの設定の仕方

タイマとは何か

タイマは名前の通り「時間をつくる」役割がある。

「時間をつくる」のは簡単なことではなく、手順が存在する。

例えば人ならば秒針を見て1分間を「1、2、3、4、・・・60」と秒数を数えるように、

タイマもクロック(周波数)を参考に数をカウントしていく。

具体的にどのようにカウントしていくのか？

大きな括りで言うと、関与しているのは次の4つ。

・システムクロック(CPUクロック)※

・内部クロック（タイマクロック）

・プリスケーラ

・カウンタ

※Φ(ファイ)と表記

クロック（周波数）が決まると、

「一定時間」の基準ができるため、

カウンタは数をカウントできる

周波数を決定

数をカウント

「1秒」を知るだけでも

そもそも時間間隔もこの時点では

決定されていなければ、どのように

カウントすればよいかさえ未決定

システムクロックとは？

水晶発振器からマイコンへ供給している「クロック周波数(Hz)」のこと。

水晶振動子

ビュートローバーでは12MHz(12 x 10^6 Hz)のクロック周波数が水晶振動子(OSC)から供給

プリスケーラ・内部クロック・タイマカウンタとは？

プリスケーラとは、入力されたシステムクロックの周波数を調整(遅く)するための回路のこと。

内部クロックとは、プリスケータで調整された周波数のことで、6種類存在する。

タイマカウンタとは、内部クロックをもとにカウントする機能のこと。

水晶振動子

プリスケーラ

タイマカウンタ

内部クロック

6種類の内部クロック：φ/128、φ/64、φ/32、φ/16、φ/8、φ/4

※φはシステムクロックの周波数のこと

　内部クロック(周波数)

φ/128 φ/4

​

低 　高

タイマの種類　

H8/36064マイコンには5種類のタイマモジュールが存在する

※ただしウォッチドッグタイマは下記に記載なし

圧電ブザーの駆動に使用

タイマのブロック図(全体像)

矢印の方向へデータが送られたり出力処理が行われたりする

入出力端子

レジスタ

例)タイマV

タイマカウンタのしくみ

タイマカウンタは、内部クロックをもとにTCNTVレジスタでカウントアップを始める。

※TCNTVはレジスタの0x00から

カウントアップを始める

コンペアマッチAおよびBによって、タイマの出力値となるTMOVの値が0(Low)もしくは1(High)に決まる。

そしてこの出力値によって1周期がわかるので、

内部クロックの周波数f分の周期が繰り返されることで「1秒」を表現することができる

TCNTVの値がTCORAの設定値と一致したとき（コンペアマッチA）、TMOVの値を”1”に出力

TCNTVの値がTCORBの設定値と一致したとき（コンペアマッチB）、TMOVの値を”0”に出力

周期T = (1 / f)

カウントアップし続けるとオーバーフローしてしまうので、

コンペアマッチAのときにカウンタを0x00にクリアする

例)タイマVのコンペアマッチ

タイマカウンタのしくみ（補足）

システムクロック・内部クロック・TCNTVクロック入力の動き

システムクロック

例)タイマVのコンペアマッチ

タイマの設定の仕方

例)タイマVのコンペアマッチAを用いて、低音「ド」の音程でブザーを鳴らす

ブザーの音程を「ド」に設定する　⇒　音程の設定はTCORA、　低音「ド」は179を値として設定

TV.TCORA = 179;

​

​

コンペアマッチAでTCNTVレジスタをクリアする

TV.TCRV0.BIT.CCLR = 1;

​

​

コンペアマッチAでトグル出力(音の出力)

TV.TCSRV.BIT.OS = 3;

​

​

TCNTVクロックとカウント条件（立ち下りエッジ：High→Lowのときにカウントする）の設定

TV.TCRV1.BIT.ICKS = 1;

​

​

内部クロックφ/128で動作開始

TV.TCRV0.BIT.CKS = 3;

※圧電ブザーは圧電素子に正(High)と負(Low)の電圧を

それぞれ繰り返しかけることで音が鳴る。

タイマで一定のタイミングで電圧を変化させることで鳴らす。

割り込みの設定の仕方

割り込み関数について

割り込み関数とは、ある条件になったときに優先的に処理を行う関数のこと。

処理が終わると、元々行っていた処理の割り込んだ位置に戻り、通常の処理に戻る.

Main関数

割り込み関数

割り込みの書き方

割り込みには「whileループで常に監視している」ケースと「割り込みのフラグが立ったきにとき割り込み関数に飛ぶ」ケースの2種類存在する。

「Whileループで常に監視している」ケース

例）プッシュスイッチが押されたらLEDが光る

Whie(1){

　　　if(IO.PDR5.BIT.B5 == 0){

IO.PDR6.BIT.B0 = 0x00;

　　　}else{

IO.PDR6.BIT.B0 = 0x01;

　　　}

}

「割り込みフラグが」ケース

例）プッシュスイッチが押されたら処理を始める

割り込みフラグが立つ

割り込み関数へ