RL78 FreeRTOS APIを特別なおまじない記述無しで割り込みルーチンから呼び出せるようにしてみた(CC-RL/GNURL78)

こんにちは。NoMaYです。

別スレッド『Amazon AWSのFreeRTOS Kernel Developer GuideのサンプルコードをRenesas RX SimulatorのDebug Consoleで試せるようにしてみた』で気付いたことですが、FreeRTOSでは、ポートレイヤーの実装に内蔵周辺のソフトウェア割り込み機能(これはCPUのソフトウェア割り込み命令のことでは無いです)を使用することで、素朴に簡単に割り込みルーチンからFreeRTOS APIを呼び出せるようになることに気付きました。そこで、FreeRTOS v10.2.1 RL78ポートレイヤーをそのように改変してみました。

以下、プロジェクトのファイル一式です。(CC-RL版はCS+ V8.01/e2 stuiod v7.40+CC-RL V1.02でビルド(e2 studio用.project/.cproject等を同梱))(GNURL78版はe2 studio v7.40+GNURL78 2019q2(4.9.2.201902)でビルド)(共にzipファイルをe2 studioに直接インポート可能) プロジェクト構造は極力RX版と同じにしてあります。([追記] すみません。以下に含まれるMAPファイルが別のものでした。タスク側のクリティカルセクションが以前のままのものでした。この投稿の末尾に追加したMOTファイルのzipファイルには訂正版を入れてあります。)

sim_rl78_freertos_full_demo_ccrl_c_csplus_20190705.zip    628KB
sim_rl78_freertos_full_demo_gnurl78_c_e2v740_20190705.zip    582KB

そのスレッドに投稿していたRL78ポートレイヤー(これもFreeRTOS v10.2.1 RL78ポートレイヤーを改変したものです)では、割り込みルーチンからFreeRTOS APIを呼び出すには以下のような特別なおまじないを記述する必要がありました。(以下はCC-RLの場合のものですがGNURL78でも同様です。)

#pragma interrupt r_intc3_interrupt(vect=INTP3)
/* Start user code for pragma. Do not edit comment generated here */
R_PRAGMA_FREERTOS_INTERRUPT(r_intc3_interrupt)
#define r_intc3_interrupt _r_intc3_interrupt
/* End user code. Do not edit comment generated here */

そのスレッドにはRXポートレイヤーの改変についても投稿していたのですが、その時、最初に書いたことに気付きました。RL78の内蔵周辺には専用のソフトウェア割り込み機能はありませんが、以下のハードウェアマニュアルに記載されている通り、プログラムで割り込み要求フラグをセットすると割り込みを発生させることが出来ますので、実質的に任意の空き割り込みをソフトウェア割り込み機能として使うことが出来ます。(今回は、とりあえず、ウォッチドッグタイマのオーバフロー時間の75%到達のインターバル割り込みを使用してみました。)

RL78/G13 ユーザーズマニュアル ハードウェア編からの抜粋
www.renesas.com/ja-jp/doc/products/mpumcu/doc/rl78/r01uh0146jj0340_rl78g13.pdf



なお、今回のRL78ポートレイヤーの改変で、先ほどの特別なおまじないを記述する必要は無くなりますが、割り込みルーチンからFreeRTOS APIを呼び出してブロック解除待ちタスクをブロック解除する場合のタスク切り替えの遅延時間が以下のRenesas RL78 SimulatorのSimulator GUIの画面コピーのように数十クロックほど(32MHz動作では600nsほど)延びます。(以下はCC-RLの場合のものですがGNURL78でも同様(ただし数百nsほど長い)です。) ちなみに、タスク側のクリティカルセクション(その区間では割り込み禁止となる)への出入りによるタイミングへの影響を避ける為、今回はクリティカルセクションとして扱うことしていませんので、以下の画面コピーでは別スレッドの画面コピーよりもポート出力トグルの速さが速くなっています。

今回の改変前:


今回の改変後:


以下、今回のRL78ポートレイヤの改変内容です。コメントの訂正や不要になったルーチンの削除は省略しています。(以下はCC-RLの場合のものですがGNURL78でも同様です。)

src/FreeRTOS/Source/portable/Renesas/RL78/portmacro.h
今回の改変前:

/* Task utilities. */
#define portYIELD() __brk()
#define portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken ) if( xHigherPriorityTaskWoken ) vTaskSwitchContext()
#define portNOP()   __nop()

今回の改変後: 赤文字行を追加/変更

#include "iodefine.h"
/* Task utilities. */
#define portYIELD() do{ WDTIIF = 1; } while (0)
#define portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken )  if( xHigherPriorityTaskWoken ) portYIELD()
#define portNOP()   __nop()

src/FreeRTOS/Source/portable/Renesas/RL78/port.c
今回の改変後: 赤文字行を追加

BaseType_t xPortStartScheduler( void )
{
    /* Setup the hardware to generate the tick.  Interrupts are disabled when
    this function is called. */
    configSETUP_TICK_INTERRUPT();

    /* Setup the hardware to generate the yield interrupt. */
    WDTIPR1 = 1;
    WDTIPR0 = 1;
    WDTIMK = 0;

    /* Restore the context of the first task that is going to run. */
    vPortStartFirstTask();

    /* Execution should not reach here as the tasks are now running! */
    return pdTRUE;
}

src/FreeRTOS/Source/portable/Renesas/RL78/portasm.asm
今回の改変前:

_vPortYield:
    portSAVE_CONTEXT                ; Save the context of the current task.
    call@      _vTaskSwitchContext  ; Call the scheduler to select the next task.
    portRESTORE_CONTEXT             ; Restore the context of the next task to run.
    retb
    _vPortYield      .VECTOR    0x7E

今回の改変後: 赤文字行を変更

_vPortYield:
    portSAVE_CONTEXT                ; Save the context of the current task.
    call@      _vTaskSwitchContext  ; Call the scheduler to select the next task.
    portRESTORE_CONTEXT             ; Restore the context of the next task to run.
    reti
    _vPortYield      .VECTOR    0x04

以下、今回のタスク側のプログラムです。先ほど書いた通り、今回は各タスクのポート出力をトグルさせる部分をクリティカルセクションとして扱うことしていません。(なお、src/frtos_config/FreeRTOSConfig.hの#define FREERTOS_USER_MAIN 0の行で0→1の変更を行うことで以下が実行されるようになります。)

src/user_main.c

void main_task(void *pvParameters)
{
    (void) pvParameters;

    while (1)
    {
        P1_bit.no6 = !P1_bit.no6;
    }
}

void second_task(void *pvParameters)
{
    (void) pvParameters;

    while (1)
    {
        P1_bit.no5 = !P1_bit.no5;
    }
}

void third_task(void *pvParameters)
{
    (void) pvParameters;

    while (1)
    {
        P1_bit.no4 = !P1_bit.no4;
    }
}

void intp3_task(void *pvParameters)
{
    (void) pvParameters;

    R_INTC3_Start();

    LED_INIT();
    while (1)
    {
        xSemaphoreTake( xSemaphoreINTP3, portMAX_DELAY );
        LED_BIT = !LED_BIT;
    }
}


[追記]

MOTファイル

sim_rl78_freertos_full_demo_ccrl_c_csplus_20190705_mot.zip    2019/07/12追加
sim_rl78_freertos_full_demo_gnurl78_c_e2v740_20190705_mot.zip    2019/07/24追加

Parents
  • こんにちは。NoMaYです。

    ここまでのCall Walker (CC-RL+CS+)対応作業(+α)を纏めてzipファイルに固めました。なお、スタックサイズ設定は以下のようにfreertos_start.hに記述することにしました。(他方、今回のGNURL78での値はざっくり決め打ちの値です。GNURL78でのスタック使用量の妥当な見積もり方法に関しては後日考えます。)

    CC-RL版での定義例

    freertos_sampleprog2_ccrl_c/src/frtos_startup/freertos_start.h

    #define IdleTask_STACK_BUFF_DEPTH   pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES(  10, 76, 32 ) )
    #define main_task_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES(   6, 76, 32 ) )
    #define task_LED0_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES(  66, 76, 32 ) )
    #define task_LED1_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES(  76, 76, 32 ) )
    #define task_CONIO_STACK_BUFF_DEPTH pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES( 124, 76, 32 ) )

    GNURL78版での定義例(sampleprog1,2,3で同一(ざっくり決め打ちの値です))

    freertos_sampleprog2_gnurl78_c/src/frtos_startup/freertos_start.h

    #define IdleTask_STACK_BUFF_DEPTH   pdBYTES_TO_STACK_DEPTH(  256 )
    #define main_task_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( 1024 )
    #define task_LED0_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( 1024 )
    #define task_LED1_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( 1024 )
    #define task_CONIO_STACK_BUFF_DEPTH pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( 1024 )

    参照側(CC-RL版とGNURL78版で同一)

    src/frtos_startup/freertos_object_init.c

    void Kernel_Object_init (void)
    {
        ...略...

        xTaskCreateStatic_R_Helper( main_task, "MAIN_TASK", main_task_STACK_BUFF_DEPTH, NULL, 1, NULL );

        xTaskCreateStatic_R_Helper( task_LED0, "task_LED0", task_LED0_STACK_BUFF_DEPTH, NULL, 2, NULL );

        xTaskCreateStatic_R_Helper( task_LED1, "task_LED1", task_LED1_STACK_BUFF_DEPTH, NULL, 2, NULL );

        xTaskCreateStatic_R_Helper( task_CONIO, "task_CONIO", task_CONIO_STACK_BUFF_DEPTH, NULL, 3, NULL);

        ...略...

    } /* End of function Kernel_Object_init()*/

    src/frtos_startup/freertos_start.c

    #if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION != 0 )
    void vApplicationGetIdleTaskMemory( StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer, StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer, uint32_t *pulIdleTaskStackSize )
    {
        static StaticTask_t xIdleTaskTCBBuffer;
        static StackType_t  xIdleTaskStackBuffer[IdleTask_STACK_BUFF_DEPTH];

        *ppxIdleTaskTCBBuffer = &xIdleTaskTCBBuffer;
        *ppxIdleTaskStackBuffer = xIdleTaskStackBuffer;
        *pulIdleTaskStackSize = IdleTask_STACK_BUFF_DEPTH;

    } /* End of vApplicationGetIdleTaskMemory() */
    #endif /* configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION != 0 */

    以下、プロジェクトのファイル一式です。(CC-RL版はCS+ V8.03/e2 studio v7.8.0+CC-RL V1.02でビルド(e2 studio用.project/.cproject等を同梱)(当方特有の事情でCC-RL V1.02を使用))(GNURL78版はe2 studio v7.8.0+GNURL78 2019q4(4.9.2.201904)でビルド)(共にzipファイルをe2 studioに直接インポート可能) プロジェクト構造は極力RX-TBの自作のFreeRTOSプロジェクトもどきSample Programに似せてあります。

    rl78g14fpb_freertos_sampleprog1_ccrl_c_csplus_20200503.zip (*1,*2,*3)    476KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog2_ccrl_c_csplus_20200503.zip (*1,*2,*3)    465KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog3_ccrl_c_csplus_20200503.zip (*1,*2,*3)    527KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog1_gnurl78_c_e2v780_20200503.zip (*1,*2,*4)   418KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog2_gnurl78_c_e2v780_20200503.zip (*1,*2,*4)   408KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog3_gnurl78_c_e2v780_20200503.zip (*1,*2,*4)   469KB

    sampleprog1: UART送受信をDTCで行う版
    sampleprog2: UART送受信を割り込みのみで行う版
    sampleprog3: UART受信をリングバッファで行いUART送信を割り込みのみで行う版

    *1:実機用のデバッガプロパティ設定(CS+)や.launchファイル設定(e2 studio)は当方特有の事情でオンボードエミュレータが使えない為に未確認です。(ひと通りは設定してあります。)

    *2:FreeRTOS kernel内で動的メモリ確保を行わないようにFreeRTOSConfig.hを設定してあります。それに伴い、FreeRTOS kernelのheap*.cを全てビルド対象外にしています。また、コンパイラ/リンカの最適化オプションで未使用の変数/関数を削除する最適化を実施するように指定してあります。

    *3:Call Walker (CC-RL+CS+)との相性改善の為にスタートアップルーチンのソースを構成し直していますが、処理としてはプロジェクト生成時のソースの処理と同じままです。

    *4:リンカスクリプトには別スレッド『GNURL78でconst領域/Mirror領域をちょっと安全に使えるようにlinker scriptのASSERT()で小技(TIPS)を考えてみた』に投稿した内容を反映してあります。

    以下、Call Walker (CC-RL+CS+)とe2 studio v7.8.0のスタック解析ビュー(CC-RL, GNURL78)の画面コピーです。

    Call Walker (CC-RL+CS+)での例

    デバッグ優先最適化(-Onothing)の場合: 未編集の状態


    デバッグ優先最適化(-Onothing)の場合: 手作業でグループ化した後


    デフォルト最適化の場合: 未編集の状態


    デフォルト最適化の場合: 手作業でグループ化した後


    e2 studio (CC-RL)のスタック解析ビューでの例

    デバッグ優先最適化(-Onothing)の場合:


    デフォルト最適化の場合:


    e2 studio (GNURL78)のスタック解析ビューでの例

    デバッグ優先最適化(-Og)の場合:


    サイズ優先最適化(-Os)の場合:

     

Reply
  • こんにちは。NoMaYです。

    ここまでのCall Walker (CC-RL+CS+)対応作業(+α)を纏めてzipファイルに固めました。なお、スタックサイズ設定は以下のようにfreertos_start.hに記述することにしました。(他方、今回のGNURL78での値はざっくり決め打ちの値です。GNURL78でのスタック使用量の妥当な見積もり方法に関しては後日考えます。)

    CC-RL版での定義例

    freertos_sampleprog2_ccrl_c/src/frtos_startup/freertos_start.h

    #define IdleTask_STACK_BUFF_DEPTH   pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES(  10, 76, 32 ) )
    #define main_task_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES(   6, 76, 32 ) )
    #define task_LED0_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES(  66, 76, 32 ) )
    #define task_LED1_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES(  76, 76, 32 ) )
    #define task_CONIO_STACK_BUFF_DEPTH pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( STACK_BUFF_BYTES( 124, 76, 32 ) )

    GNURL78版での定義例(sampleprog1,2,3で同一(ざっくり決め打ちの値です))

    freertos_sampleprog2_gnurl78_c/src/frtos_startup/freertos_start.h

    #define IdleTask_STACK_BUFF_DEPTH   pdBYTES_TO_STACK_DEPTH(  256 )
    #define main_task_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( 1024 )
    #define task_LED0_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( 1024 )
    #define task_LED1_STACK_BUFF_DEPTH  pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( 1024 )
    #define task_CONIO_STACK_BUFF_DEPTH pdBYTES_TO_STACK_DEPTH( 1024 )

    参照側(CC-RL版とGNURL78版で同一)

    src/frtos_startup/freertos_object_init.c

    void Kernel_Object_init (void)
    {
        ...略...

        xTaskCreateStatic_R_Helper( main_task, "MAIN_TASK", main_task_STACK_BUFF_DEPTH, NULL, 1, NULL );

        xTaskCreateStatic_R_Helper( task_LED0, "task_LED0", task_LED0_STACK_BUFF_DEPTH, NULL, 2, NULL );

        xTaskCreateStatic_R_Helper( task_LED1, "task_LED1", task_LED1_STACK_BUFF_DEPTH, NULL, 2, NULL );

        xTaskCreateStatic_R_Helper( task_CONIO, "task_CONIO", task_CONIO_STACK_BUFF_DEPTH, NULL, 3, NULL);

        ...略...

    } /* End of function Kernel_Object_init()*/

    src/frtos_startup/freertos_start.c

    #if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION != 0 )
    void vApplicationGetIdleTaskMemory( StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer, StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer, uint32_t *pulIdleTaskStackSize )
    {
        static StaticTask_t xIdleTaskTCBBuffer;
        static StackType_t  xIdleTaskStackBuffer[IdleTask_STACK_BUFF_DEPTH];

        *ppxIdleTaskTCBBuffer = &xIdleTaskTCBBuffer;
        *ppxIdleTaskStackBuffer = xIdleTaskStackBuffer;
        *pulIdleTaskStackSize = IdleTask_STACK_BUFF_DEPTH;

    } /* End of vApplicationGetIdleTaskMemory() */
    #endif /* configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION != 0 */

    以下、プロジェクトのファイル一式です。(CC-RL版はCS+ V8.03/e2 studio v7.8.0+CC-RL V1.02でビルド(e2 studio用.project/.cproject等を同梱)(当方特有の事情でCC-RL V1.02を使用))(GNURL78版はe2 studio v7.8.0+GNURL78 2019q4(4.9.2.201904)でビルド)(共にzipファイルをe2 studioに直接インポート可能) プロジェクト構造は極力RX-TBの自作のFreeRTOSプロジェクトもどきSample Programに似せてあります。

    rl78g14fpb_freertos_sampleprog1_ccrl_c_csplus_20200503.zip (*1,*2,*3)    476KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog2_ccrl_c_csplus_20200503.zip (*1,*2,*3)    465KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog3_ccrl_c_csplus_20200503.zip (*1,*2,*3)    527KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog1_gnurl78_c_e2v780_20200503.zip (*1,*2,*4)   418KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog2_gnurl78_c_e2v780_20200503.zip (*1,*2,*4)   408KB
    rl78g14fpb_freertos_sampleprog3_gnurl78_c_e2v780_20200503.zip (*1,*2,*4)   469KB

    sampleprog1: UART送受信をDTCで行う版
    sampleprog2: UART送受信を割り込みのみで行う版
    sampleprog3: UART受信をリングバッファで行いUART送信を割り込みのみで行う版

    *1:実機用のデバッガプロパティ設定(CS+)や.launchファイル設定(e2 studio)は当方特有の事情でオンボードエミュレータが使えない為に未確認です。(ひと通りは設定してあります。)

    *2:FreeRTOS kernel内で動的メモリ確保を行わないようにFreeRTOSConfig.hを設定してあります。それに伴い、FreeRTOS kernelのheap*.cを全てビルド対象外にしています。また、コンパイラ/リンカの最適化オプションで未使用の変数/関数を削除する最適化を実施するように指定してあります。

    *3:Call Walker (CC-RL+CS+)との相性改善の為にスタートアップルーチンのソースを構成し直していますが、処理としてはプロジェクト生成時のソースの処理と同じままです。

    *4:リンカスクリプトには別スレッド『GNURL78でconst領域/Mirror領域をちょっと安全に使えるようにlinker scriptのASSERT()で小技(TIPS)を考えてみた』に投稿した内容を反映してあります。

    以下、Call Walker (CC-RL+CS+)とe2 studio v7.8.0のスタック解析ビュー(CC-RL, GNURL78)の画面コピーです。

    Call Walker (CC-RL+CS+)での例

    デバッグ優先最適化(-Onothing)の場合: 未編集の状態


    デバッグ優先最適化(-Onothing)の場合: 手作業でグループ化した後


    デフォルト最適化の場合: 未編集の状態


    デフォルト最適化の場合: 手作業でグループ化した後


    e2 studio (CC-RL)のスタック解析ビューでの例

    デバッグ優先最適化(-Onothing)の場合:


    デフォルト最適化の場合:


    e2 studio (GNURL78)のスタック解析ビューでの例

    デバッグ優先最適化(-Og)の場合:


    サイズ優先最適化(-Os)の場合:

     

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