マイコンでのシーケンス作成方法について

Question

現在、マイコンを使用して装置を制御したいと考えています。制御内容は各センサーをモニターして、アクチュエータ等を1~2ms間隔で制御が必要です。しかし、途中でUART、I2Cを使用した他との通信が生じた場合、十数ms間,通信に占有されてしまうので、センサー等のモニターが途絶えてしまうと思われます。割込みを使用しても、同じことが発生すると考えています。
このような場合、どのように対処しているかいい方法、考え方があれば、教えて下さい。

Answer 1

マイコンやセンサー種類が書かれてないので、そちらの環境とはだいぶ違うとは思いますが。。

使用した環境は、CPUが約200MHz、ペリフェラルはCPUの半分(約100MHz)で駆動、直接読み出せるADC(複数のっている)と、DMA対応SPI(10Mbps)で、電圧、電流、温度、物体の位置センサーなどを読みだして、その情報から、PWM信号などを生成するというような制御でした。
制御処理は、10KHzでしたが、これは、基本的には、ポーリングのような形でやってました。

CPUは20KHz毎にタイマ割り込み(のようなもの)で定期的に起こして、処理は半分ずらして、うまくわけて(偶数、奇数フェーズ??)、やりました。
たとえば、
偶数フェーズでは、SPIの設定、計算されたPWM値の変更、
奇数フェーズでは、SPIで転送されたデータやADCの読み出し、それによるつぎに設定するPWM値の計算

という感じで、それぞれ、タイミングなど許容できるようなかたちで、スケジュールを組みました。

システム自体は、RTOSを使用していて、低速の通信・その他の処理は、普通のOSのタスクから行ってました。

1~2ms間隔で制御が必要

500Hz~1KHzくらいの処理だと、どうでしょうかね?

Comments

[yukenai]

回答ありがとうございます。
私の想定しているマイコンは処理が10MHz程度でそれほど速くはありません。いずれにしても、やはり、かなり詳細に時間の割り振りを検討して制御する必要があるということですね？わかりました。厳しい！！！

Answer 2

マイコン内蔵のUARTやIICのデバイスは割り込みで駆動できるようになってます
これらすべての動作を割り込み駆動できるようにすれば、バックグラウンドで動作できるようになります。

そういう環境を構築した上で、メインルーチンで処理を行います

Comments

[yukenai]

回答ありがとうございます。私の認識では、割込み処理をしても、割込みが発生した場合は、割込みの内容を優先して処理するだけで、その間はメインの処理は待ち状態にあると思っていましたが、割込み状態でも、メインの処理は平行して、処理されるのでしょうか？教えて下さい。

[y_waiwai]

待ち状態になりますが、その待ち時間はせいぜい数十μsec程度なので問題は出ません。
もちろん、割り込み処理で過大な待ちが発生しないように考慮してコードを組む必要があります

[yukenai]

送信するのに十数バイトで十数msを有する場合でも、CPUの占有時間は数十usecでそれ以降はメインルーチンに戻るのでしょうか？そうした場合、数十usecは具体的には何をしている時間なのでしょうか？
1バイトづつを個別で割込みで送信するということですか？
初心者のため、詳しく教えて下さい。

[y_waiwai]

具体的にいうと、送信バッファよりデータを読み出し、関連するポインタ変数を操作、UART（と想定しますが）の送信レジスタにデータをセットする、というこれだけの時間ですねー

[y_waiwai]

この程度なら数μsec程度で済みますわな

[yukenai]

実際におくる時間はハードに任せて、送信レジスタへのセットだけを割込みで行うということですね？
なんとなく、理解しました。この辺がわかるサイト等あれば、教えていただきたいのですが、よろしく御願いします。

[y_waiwai]

ここらへんは、CPUごとの特有の実装となりますんで、これを本やサイトで学ぶというのは難しいかも知れません。

最近は arduino などの初心者でもとっつきやすい環境があるので、そゆので電子工作していく、ということを考えたほうがいいかと思います。
そこらへんぐぐるとかしてみるといいかとおもいます

[yukenai]

ありがとうございます。頑張ってトライしてみます。

[gm300]

その部分はドライバに依存しています。勉強する順番は、
1. マイコンのハードのドキュメントの中で特にUARTの部分を読みます。
2. UARTのドライバのドキュメントを読みます。
ドキュメントは、各社各様ではないかと思います。
ハードには普通FIFOがついています。マイコンのプロセッサ側から見ると、FIFOにデータを押しこんだ時点で、プロセッサは次の動作に移れます。UARTのハードがFIFOからデータを取り出し、送信して、終わったら次のデータをFIFOから取り込みます。

ドライバは、
1. FIFOがいっぱいなら、空きができるまでしかたがなく待つ。
2. FIFOに余裕があれば、送信データを押し込む。
3. 終わり。
という構成になります。意外に思うかもしれないのは、ハードが送信エラーを検出しても、ドライバはそれを直ちにはプロセッサに通知しない/できない点でしょう。そういったものです。後から割り込みで通知されても、どの時点の送信に対してエラーになったかはなかなかわかりません。
それで問題がある場合は、あきらめて１バイトづつ送信します。
その代わりに、ソフト側を、割り込み駆動にする方法もあります。

[yukenai]

回答ありがとうございます。うんうん、よりイメージがつかめてきました^0^。ところで１バイトづつ割込みをかけて、送信した場合、相手側がタイムアウトで落ちないように配慮が必要ですよね。難しい！！！

Answer 3

お使いになっているマイコンシステムが判らないので一般的な話としますが、私の知る限りでは通信でCPUが長期間占有される(割り込みすら不可能な状態が続く)ということはありません(よほどしょぼいシステムでない限り)。コントローラー内蔵のFIFOバッファと割り込みの仕組みにより、CPUへの負荷は微々たるものです(1msecという時間単位で見れば)。

なので、タイマーで一定周期の割り込みを発生させて、センサーやアクチュエーターの制御はその中でやらせれば、通信中でも途切れることはないと思います。