本コラムでは、TOPPERS/ATK2(以下、ATK2)のマイコン依存部処理であるハードウェアカウンタの制御処理を、ルネサス製Gptに置き換える事例を紹介します。
ルネサス製MCALに関する基本情報や開発環境については「ルネサスエレクトロニクス社製MCALの使用方法」をご参照ください。

※本コラムは、ルネサスエレクトロニクス社の許可を得て公開しています。

ハードウェアカウンタ

AUTOSAR OSでは、タスク起動等の契機となるタイミングを管理するオブジェクトであるカウンタが規定されており、カウンタには、ソフトウェアカウンタとハードウェアカウンタがあります。ソフトウェアカウンタは、API呼出しによりカウンタが管理する現在値をインクリメントするもので、ソフトウェアによって制御されます。一方、ハードウェアカウンタは、タイマ等のハードウェアによって現在値が更新されます。ですので、ハードウェアカウンタを使用するには、対象マイコンのタイマ等を制御する必要があります。AUTOSAR仕様には、ハードウェアカウンタの実現方法としてOS内部で実装するか、Gptを使用するかの2つの方法があると記載されているが、どちらについても詳細な実現方法については言及されていません。ATK2では、OS内部のハードウェアカウンタのみサポートすることとし、独自のコンフィギュレーションパラメータを設けることで、ハードウェアカウンタとタイマ割込みの関連付け等を行う仕様となっています。ATK2のカウンタ仕様の詳細についてはATK2外部仕様書をご参照ください。

ATK2の実装

ATK2のHSBRH850F1K100向けコードでは、タイマアレイユニットJ(TAUJ)を使用したハードウェアカウンタが予めポーティングされており、ユーザはコンフィギュレーションするのみでハードウェアカウンタを使用可能となっています。ATK2のハードウェアカウンタは、以下のハードウェアを制御する関数をタイマ仕様に応じて実装することにより、ポーティングすることができます。

※ATK2外部仕様書 表2-9 ハードウェアカウンタ制御関数仕様から抜粋。

TAUJ向けの上記関数は、tauj_hw_counter.cに実装されています。実装を見れば分かるように、TAUJユニット0の、チャネル0を差分タイマ、チャネル1を現在値タイマとして使用しています。現在値タイマは、現在値を管理するだけの目的で、常に動作させ続けるタイマで、差分タイマはタスク起動等の要求に応じて指定したタイミングで割込みを発生させるためのタイマとなります。本コラムでは、上記の各関数の実装を、可能な限りGptのAPIを呼び出すことで実現してみます。

Gpt

コンフィギュレーション

GptのEcucDefsは、<インストールフォルダ>\X1X\F1x\modules\gpt\definition\4.2.2\F1K\R422_GPT_F1K.arxmlに定義されています。ルネサス製GptのEcucDefsでは、/Renesas/EcucDefs_Gpt/Gpt/GptChannelConfigSet/GptTaUnitというタイマ毎の設定を行うコンテナが追加されている以外は、ほとんどAUTOSAR仕様通りの構成となっています。TAUJユニット0の、チャネル0およびチャネル1を使用するためのコンフィギュレーションをYAML形式(※1)で記載すると以下のようになります。(該当パラメータの抜粋となります)

Gpt:
  GptChannelConfigSet:
    # 差分タイマ
    DiffTimer:
      DefinitionRef: GptChannelConfiguration
      GptChannelId: 0
      GptChannelMode: GPT_CH_MODE_ONESHOT     # 差分タイマのためONESHOT
      GptChannelClk: CK0                      # クロック供給：CK0
      GptTimerInputSelection: TAUJ0I0         # TAUJユニット0のチャネル0
    # 現在値タイマ
    CurTimer:
      DefinitionRef: GptChannelConfiguration
      GptChannelId: 1
      GptChannelMode: GPT_CH_MODE_CONTINUOUS  # 現在値タイマのためCONTINUOUS
      GptChannelClk: CK0                      # クロック供給：CK0
      GptTimerInputSelection: TAUJ0I1         # TAUJユニット0のチャネル1
    GptTaUnit:
      GptPrescalerCk0: PCLK_DIVBY_2_POWOF_00  # CK0を分周しない(16MHz)
      GptTaUnitSelection: TAUJ0               # TAUJユニット0

※1　YAML形式によるEcucValsの表記については「ABREXの使い方」をご参照ください。

TAUJへの供給クロック設定に関しては「ATK2のマイコン依存部処理をルネサス製MCALに置き換えてみた①(Mcu/Port)」をご参照ください。

ジェネレータ実行

Port同様、Gptのジェネレータ実行時も、入力情報として以下の4つが必要となります。
※入力情報の詳細な説明はPortの説明をご参照ください。

• [1] ECU Configuration Description File
  • Gpt向けのEcucValsを指定します。
  • 複数モジュール向けのEcucValsを1つのarxmlで定義しても問題ありません。
• [2] Translation XML File
  • ジェネレータを実行するフォルダからの相対パスが同じであれば、Portのジェネレータで使用したものと同じファイルを使用できます。
• [3] BSWMDT File
  • Gpt用のBSWMDT Fileは、以下に用意されています。
    • <インストールフォルダ>\X1X\F1x\modules\gpt\generator\R422_GPT_F1x_BSWMDT.arxml
• [4] Configuration XML File
  • Port同様、省略可能です。

実装

まず、Gpt_Initにより初期化を行います。Gpt_Initの引数は、ハードウェアやMCAL実装に依存して定義される構造体型であるGpt_ConfigTypeへのポインタとなります。ルネサス製Gptでは、ジェネレータで生成したGpt_PBcfg.cに対象の構造体が生成されます。また、Gpt_Cfg.hに以下のマクロが定義されますので、こちらをGpt_Initの引数として使用することができます。

/* Configuration Set Handles */
    ：(略)
#define GptChannelConfigSet  (&Gpt_GstConfiguration[0])

Port同様、初期化処理にてGpt_Initを呼び出すことで初期化を行います。

#include "Gpt.h"
    ：
void
StartupHook(void) {
        ：
    Gpt_Init(GptChannelConfigSet);
        ：
}

ATK2では、"MAIN_HW_COUNTER"という名称(<counter id>)で、TAUJ0によるハードウェアカウンタがポーティングされています。実装済みの処理を、Gptの機能に置き換えるわけですが、いくつかの制御処理は、Gptが持つ機能では対応できないため、部分的に既存のATK2の処理を使用する必要があります。具体的に見ていきましょう。

void
init_hwcounter_MAIN_HW_COUNTER(TickType maxval, TimeType nspertick)
{
    MAIN_HW_COUNTER_maxval = maxval;
}

void
start_hwcounter_MAIN_HW_COUNTER(void)
{
    Gpt_StartTimer(GptConf_GptChannelConfiguration_CurTimer,
                                        MAIN_HW_COUNTER_maxval);
}

void
stop_hwcounter_MAIN_HW_COUNTER(void)
{
    /* 差分タイマの割込み禁止 */
    HwcounterDisableInterrupt(TAUFJ0I0_INTNO);

    Gpt_StopTimer(GptConf_GptChannelConfiguration_DiffTimer);
    Gpt_StopTimer(GptConf_GptChannelConfiguration_CurTimer);
}

void
set_hwcounter_MAIN_HW_COUNTER(TickType exprtick)
{
    TickType curr_time;
    TickType value;

    /* 差分タイマの割込み要求のクリア */
    HwcounterClearInterrupt(TAUFJ0I0_INTNO);

    /* 差分タイマの割込み許可 */
    HwcounterEnableInterrupt(TAUFJ0I0_INTNO);

    /* 現在時刻の取得 */
    curr_time = GetCurrentTimeTAUJ(HWC_CTIM_UNIT,
                                   HWC_CTIM_ID,
                                   MAIN_HW_COUNTER_maxval);

    /* タイマに設定する値を算出 */
    if (exprtick >= curr_time) {
        value = exprtick - curr_time;
    }
    else {
        value = (exprtick - curr_time) + (MAIN_HW_COUNTER_maxval + 1U);
    }

    /*
     *  タイマに0x00を設定し，割込み発生後，再度0を設定した場合，
     *  2回目の0x00設定後の割込みは発生しないので，0x00設定値を
     *  0x01に直して設定
     */
    if (value == 0x00U) {
        value = 0x01U;
    }

    /* 差分タイマの設定と開始 */
    Gpt_StartTimer(GptConf_GptChannelConfiguration_DiffTimer, value);
}

TickType
get_hwcounter_MAIN_HW_COUNTER(void)
{
    return((TickType) Gpt_GetTimeElapsed(GptConf_GptChannelConfiguration_CurTimer));
}

void
cancel_hwcounter_MAIN_HW_COUNTER(void)
{
    Gpt_StopTimer(GptConf_GptChannelConfiguration_DiffTimer);
}

void
trigger_hwcounter_MAIN_HW_COUNTER(void)
{
    Gpt_StopTimer(GptConf_GptChannelConfiguration_DiffTimer);

    /* 差分タイマの割込み要求のクリア */
    HwcounterClearInterrupt(TAUFJ0I0_INTNO);

    /* 差分タイマの割込み許可 */
    HwcounterEnableInterrupt(TAUFJ0I0_INTNO);

    /* 差分タイマをカウンタ値1で開始してすぐに割込みを発生させる */
    Gpt_StartTimer(GptConf_GptChannelConfiguration_DiffTimer, 1U);
}

void
int_clear_hwcounter_MAIN_HW_COUNTER(void)
{
    /* 差分タイマ停止 */
    Gpt_StopTimer(GptConf_GptChannelConfiguration_DiffTimer);

    /* 割込み要求クリア */
    HwcounterClearInterrupt(TAUFJ0I0_INTNO);
}

void
int_cancel_hwcounter_MAIN_HW_COUNTER(void)
{
    /* 割込み要求クリア */
    HwcounterClearInterrupt(TAUFJ0I0_INTNO);
}

動作確認

ルネサス製Gptを用いて、ATK2付属のサンプルプログラム(sample1)を使って動作確認を行いました。以下の通り、1秒周期でMAIN_HW_COUNTERに接続したアラームが起動すること、GetCounterValueによりMAIN_HW_COUNTERの現在値が取得できること、GetElapsedValueにより経過時間を取得できることを確認できました。