ベアメタルで高速I/Oに挑戦、LPC1114の実力に迫る：「mbed」で始めるARMマイコン開発入門（12）（3/4 ページ）
mbedでベアメタルプログラミングを行うメリットは、バイナリサイズの縮小だけではなく、直接制御によって高速なI/Oを実現可能です。Lチカを例に、ベアメタルプログラミングによる高速I/O制御を試します。
マシンサイクル検証
6.87MHzですから一周期が約146nsとなります。LPC1114のクロックが48MHZとすると7サイクルになります。よってこのループを1回実行するのに7サイクル必要だったことになります。
マシンサイクルの「7」を手掛かりに、上記のCソースからアセンブラのコードを推測してみましょう。下のコードが推測したアセンブラーソースです。
各レジスターには以下の値が入っているものとします。
;RO = GPIO0DATA ;R3 = 0x80 ;R4 = 0x00 .loop: str r3, [r0, #0] ;0x80をGPIO2DATAに書き込みますのでPIO0_7がHighになります。 str r4, [r0, #0] ;0x00をGPIO2DATAに書き込みますのでPIO0_7がLowになります。 b .loop ;loopに戻る
ここで登場するR0、R3、R4はCPU内のレジスタです。C言語でいえば32bit長の変数のようなものです。GPIODATAはGPIO0のDATAレジスタのアドレスを示します。これはポインター変数だと思ってください。
GPIO0のDATAレジスターの各BitはGPIO0のそれぞれのPINに対応しています。例えばbit7はLPC1114FN28/102の28番ピンに対応しています。GPIO0のDATAレジスタの7bit目を1にすれば28番ピンの出力はHighになります。よってこのレジスタに0x80を書き込めば28番ピンの出力はHighになり、0x00を書き込めば出力はLowになります。
R0にGPIO0のDATAレジスターのアドレスが入っているものとします。また、R4には0x80、R3には0が入っているものとします。ただしCPU内部のレジスターの割り当てが必ずしもこのようになっているとは限りません。
.loop:はループの先頭番地のラベルです。str r4, [r0, #0] はR4の内容を[R0,#3]に書き込んでいます。R4には0x80が入っていますので、それを[R0,#3]に書き込むということなのですが、問題は[R0,#0]の解釈です。
この[]はC言語でいうとポインタのようなのもで、その中身が示すアドレスが指し示す場所を表しています。それではカッコの中身を見てみましょう。”R0,#0”となっています。ROにはGPIO0DATAのアドレスが入っています。それに#0が付いています。#0は配列の添え字のようなものと考えて結構です。
この場合は0ですので、”R0,#0”はGPIO0DATAのアドレスになります。そしてこれに[]が付きますので、GPIO0DATAのアドレスにマッピングされたレジスタを指します。そしてstr命令は左の項を右の項に転送するという命令ですから、R4すなわち0x80をGPIO0DATAにマッピングされたレジスタへ書き込むことになります。結果として、先に説明したようにGPIO0のDATAレジスターのbit7が1になりますので、LPC1114の28番ピンの出力はHighとなります。
str r3, [r0, #0] は同様にR3に入っている0をGPIO0のDATAレジスターに書き込みますので、LPC1114の２８番ピンの出力はLowになります。b .loopは先ほどのループの先頭番地付けたラベルにジャンプします。よって、以下の3つの命令が繰り返されることになります。
str r4, [r0, #0] str r3, [r0, #0] b .L1
ここで各命令を実行する際のクロック数を見ていきます。上の2つのstr命令はそれぞれ2サイクル、bは3サイクルとなります。よってこのループ1回分のクロック数は7クロックとなり、48MHzのクロック動作時には、約146ns周期のループとなるのです。
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