loop関数が実行されず、setup関数が繰り返される。

前提・実現したいこと

マイコンのATmega1284Pを用いて様々なセンサーを使い得たデータをバイナリデータとして送信したいです。

発生している問題・エラーメッセージ

setup()関数の処理が終了したことを示す"Start"が出力された後、loop()関数で出力されるはずのバイナリデータが出力されずにまたsetup()関数に戻り“Start”が出力され、それが繰り返されています。たまにloop関数が作動してバイナリデータがシリアルモニタに出力されることもありますが、4,5回でまたsetup()関数に戻り“Start”が出力されます。
ATmega1284PはArduinoIDEでブートローダーを書き込み、arduino互換機として動作させています。

該当のソースコード

arduino
1#include <Wire.h>
2#include <MadgwickAHRS.h>
3#include <math.h>
4#include <SoftwareSerial.h>
5
6//ピン番号
7int r_pin = A0;
8int e_pin = A1;
9int h_pin = 0;
10int cad_pin = 1;
11int A_pin = 2;
12
13//ソフトウェアシリアル(rx, tx)
14SoftwareSerial GPSSerial(18, 19);
15SoftwareSerial W0Serial(20, 21);
16SoftwareSerial MissileSerial(22, 23);
17
18const byte HEAD_BYTE = 0x7E;
19const byte ESCAPE_BYTE = 0x7D;
20const byte ESCAPE_MASK = 0x20;
21float data[18];
22byte buf[48] = {HEAD_BYTE, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
23byte Sequence = 0;
24
25void setup() {
26  Serial.begin(115200);
27  Serial1.begin(19200);
28  pinMode(cad_pin,INPUT);
29  pinMode(r_pin,INPUT);
30  pinMode(e_pin,INPUT);
31  pinMode(h_pin,INPUT);
32  attachInterrupt(2, PulseCount, RISING);
33
34  GPS_Init();
35  W0Serial.begin(9600);
36  MissileSerial.begin(9600);
37
38  Wire.begin();
39  BMX055_Init();
40  LPS25HB_Init();
41  Serial.println("Start");
42}
43
44void loop() {
45  dataAquisition();
46  Recordbuf(data);
47  for(int i=0; i<48; i++){
48    Serial.print(buf[i],HEX);
49    Serial.print(" ");
50  }
51  Serial.println("");
52}
53
54//データ取得
55void dataAquisition() {
56  int rud = analogRead(r_pin);
57  int elv = analogRead(e_pin);
58
59  data[0] = rud;
60  data[1] = elv;
61  getrpm();
62  getHeight();
63  getAttitude();
64  getGPS();
65  getBaro();
66  getASpeed();
67  data[13] = -13.32;
68  data[14] = 1.26;
69  data[15] = -2.1;
70  data[16] = 1.23;
71  data[17] = 7.86;
72}
73
74//データ変換
75void Recordbuf(float d[]) {
76  Sequence++;
77  unsigned long integerData[18];  //小数点があると嫌
78  for (int i = 0; i < 18; i++) {
79    switch (i) {
80      case 0:
81      case 1:
82        integerData[i] = d[i];
83        break;
84
85      case 2:
86      case 10:
87        integerData[i] = d[i] * 10;
88        break;
89
90      case 7:
91      case 8:
92        integerData[i] = d[i] * 10000000;
93        break;
94
95      default:
96        integerData[i] = d[i] * 100;
97    }
98  }
99  buf[1] = Sequence;
100  buf[8] = (integerData[0] >> 0) & 0xFF;
101  buf[9] = (integerData[0] >> 8) & 0xFF;
102  buf[10] = (integerData[1] >> 0) & 0xFF;
103  buf[11] = (integerData[1] >> 8) & 0xFF;
104  buf[12] = (integerData[2] >> 0) & 0xFF;
105  buf[13] = (integerData[2] >> 8) & 0xFF;
106  buf[14] = (integerData[3] >> 0) & 0xFF;
107  buf[15] = (integerData[3] >> 8) & 0xFF;
108  buf[16] = (integerData[4] >> 0) & 0xFF;
109  buf[17] = (integerData[4] >> 8) & 0xFF;
110  buf[18] = (integerData[5] >> 0) & 0xFF;
111  buf[19] = (integerData[5] >> 8) & 0xFF;
112  buf[20] = (integerData[6] >> 0) & 0xFF;
113  buf[21] = (integerData[6] >> 8) & 0xFF;
114  buf[22] = (integerData[7] >> 0) & 0xFF;
115  buf[23] = (integerData[7] >> 8) & 0xFF;
116  buf[24] = (integerData[7] >> 16) & 0xFF;
117  buf[25] = (integerData[7] >> 24) & 0xFF;
118  buf[26] = (integerData[8] >> 0) & 0xFF;
119  buf[27] = (integerData[8] >> 8) & 0xFF;
120  buf[28] = (integerData[8] >> 16) & 0xFF;
121  buf[29] = (integerData[8] >> 24) & 0xFF;
122  buf[30] = (integerData[9] >> 0) & 0xFF;
123  buf[31] = (integerData[9] >> 8) & 0xFF;
124  buf[32] = (integerData[10] >> 0) & 0xFF;
125  buf[33] = (integerData[10] >> 8) & 0xFF;
126  buf[34] = (integerData[11] >> 0) & 0xFF;
127  buf[35] = (integerData[11] >> 8) & 0xFF;
128  buf[36] = (integerData[12] >> 0) & 0xFF;
129  buf[37] = (integerData[12] >> 8) & 0xFF;
130  buf[38] = (integerData[13] >> 0) & 0xFF;
131  buf[39] = (integerData[13] >> 8) & 0xFF;
132  buf[40] = (integerData[14] >> 0) & 0xFF;
133  buf[41] = (integerData[14] >> 8) & 0xFF;
134  buf[42] = (integerData[15] >> 0) & 0xFF;
135  buf[43] = (integerData[15] >> 8) & 0xFF;
136  buf[44] = (integerData[16] >> 0) & 0xFF;
137  buf[45] = (integerData[16] >> 8) & 0xFF;
138  buf[46] = (integerData[17] >> 0) & 0xFF;
139  buf[47] = (integerData[17] >> 8) & 0xFF;
140}

Serial.printで送信している箇所(loop内のfor文以降)はデバッグのためにprintを使っていますので、printで正常な動作が見られたら以下のように置き換えるつもりです。

  Serial.write(buf[0]);
  for (int i = 1; i < 48; i++) {
    if (buf[i] == HEAD_BYTE | buf[i] == ESCAPE_BYTE) {
      Serial.write(ESCAPE_BYTE);
      Serial.write(buf[i] ^ ESCAPE_MASK);
    } else {
      Serial.write(buf[i]);
    }
  }

試したこと

dataAquisition()関数の中に以下のようにシリアルプリントを挿入したらうまくいきました。

arudino
1void dataAquisition() {
2  int rud = analogRead(r_pin);
3  int elv = analogRead(e_pin);
4
5  data[0] = rud;
6  data[1] = elv;
7  getrpm();
8  Serial.println("get rpm");
9  getHeight();
10  Serial.println("get Height");
11  getAttitude();
12  Serial.println("get Attitude");
13  getGPS();
14  Serial.println("get GPS");
15  getBaro();
16  Serial.println("get Baro");
17  getASpeed();
18  Serial.println("get AirSpeed");
19  data[13] = -13.32;
20  data[14] = 1.26;
21  data[15] = -2.1;
22  data[16] = 1.23;
23  data[17] = 7.86;
24}

ただ、最終的には余計なデータ送信をしたくないのでこれらのデバッグ用のシリアル送信は削除したいと思っています。Serial.printlnの有無で挙動が変わるというのも不可解です。

####追記
プログラムが止まるタイミングからgetGPS()関数が怪しいと思いコメントアウトしてみたところ、デバッグ用のシリアル通信を削除した上でバイナリデータの送信が成功しました。getGPS()関数は以下になります。

void getGPS() {
  String line;
  String s;
  double LAT;  //緯度
  double LNG;  //経度
  double GS;   //対地速度

  GPSSerial.listen();
  while (!GPSSerial.isListening());
  //1つのセンテンスを読み込む
  do {
    String line = GPSSerial.readStringUntil('\n');
    if (line != "") {
      int i, index = 0, len = line.length();
      String str = "";

      //Stringlist生成
      String list[30];
      for (i = 0; i < 30; i++) {
        list[i] = "";
      }

      //「,」を区切り文字として文字列を配列にする
      for (i = 0; i < len; i++) {
        if (line[i] == ',') {
          list[index++] = str;
          str = "";
          continue;
        }
        str += line[i];
      }

      //$GPRMCセンテンスを読み込んで、緯度、経度、対地速を表示する
      if (list[0] == "$GPRMC") { //素子に応じて$以下の部分を変える
        if (list[2] == "A") { //GPSが測位不可でない時
          //緯度
          LAT = NMEA2DD(list[3].toFloat()), 6;
          //経度
          LNG = NMEA2DD(list[5].toFloat()), 6;
          //対地速(km/h)
          GS = list[7].toFloat() * 1.852; //1ノット=1.852km/h
        }
        s += String(LAT, 6);
        s += String(LNG, 6);
        s += (String)GS;
        data[7] = LAT;
        data[8] = LNG;
        data[9] = GS;
      }
    }
  } while (s == ""); //ちゃんと読めるまで
}

//NMEAの緯度経度を「度」(DD)の表記に変換
float NMEA2DD(float val) {
  float u;
  int d = val / 100;
  int m = (((val / 100.0) - d) * 100.0) / 60;
  float s = (((((val / 100.0) - d) * 100.0) - m) * 60) / (60 * 60);
  u = d + m + s;
  return u;
}

秋月電子通商で販売されているGPSモジュールを使用しています。通信にはソフトウェアシリアルを使用しています。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

dataAquisition()関数内のget○○の関数すべてが正常に動作することは確認されています。また、バイナリデータへ変換するRecordbuf()も正常に動作することが確認できています。
ただ、これらを組み合わせたときに上記の問題が発生しました。

ozwk

2020/04/12 03:29

シリアルの代わりに、getGPS()の前後にsleep適当に入れるとどうなります？

行動規範の内容に同意します

回答3件

ベストアンサー

Serial.printlnの有無で挙動が変わるというのも不可解です。

そういうときは、どこか最後のひと押しをくれた場所で止まる、ということもあって、「止まった場所」が直接悪くはなかったりしますけどね。まだなんとも言えません。

getGPS()関数は以下になります。

リセットの原因ではなさそうですけど、よろしくないところは見つけました。先に直しておいては。

C++
1void getGPS() {
2  String line; ///// do～whileループ内のline変数と名前が重なっています。結果としてこちらは使われていません。
3  String s; ///// 明示的な代入が為されないままdo～whileの最後の(s=="")に到達する可能性があります。Stringのデフォルトコンストラクタは""で初期化してくれるのかしら? それを信用せず途中ではline[]の各要素に""を代入してるのなら、ここも""で初期化すべきでしょう。
4  double LAT;  //緯度 /////明示的な代入が為されないままs += String(LAT, 6);で参照される可能性があります
5  double LNG;  //経度 /////同上
6  double GS;   //対地速度 /////同上
7<略>
8  while (!GPSSerial.isListening());/////ソフトシリアルを信用しなければ無限ループの可能性は考えられるけれど、実験レベルであればタイムアウトとか考えなくてもいいかな...
9<略>
10    String line = GPSSerial.readStringUntil('\n');///// 前述のline変数重なり
11<略>
12      //Stringlist生成
13      String list[30];
14<略>
15      //「,」を区切り文字として文字列を配列にする
16      for (i = 0; i < len; i++) {
17        if (line[i] == ',') {
18          list[index++] = str;/////このindexが30未満である保証はない。
19          str = "";
20          continue;
21        }
22        str += line[i];
23      }
24<略>
25          //緯度
26          LAT = NMEA2DD(list[3].toFloat()), 6;  ///// , 6は何?
27          //経度
28          LNG = NMEA2DD(list[5].toFloat()), 6;  /////同上
29<略>
30        s += String(LAT, 6);/////測位されてなくてもSに値が設定されて関数を抜けることになりますがそれでもいいのですか?
31

投稿2020/04/12 02:37

thkana

総合スコア7733

photan

2020/04/12 14:41

回答ありがとうございます。 LAT等の変数が未初期化である問題を解消したところ、本題の問題も解決しました。調べてみるとC言語で未初期化の変数を最小するとバグが発生し、print関数で挙動が変化することもあるそうです。他にご指摘いただいた点は直しておきました。

thkana

2020/04/12 22:05

こういうのって、行った修正とその効果の間にちゃんとスジの通った説明をみつけておかないと(せめてわかったつもりになれるくらいに突き詰めておかないと)ある日またちょっと違った状況でおかしな現象が出てきたりしますよ... > C言語で未初期化の変数を最小するとバグが発生し、print関数で挙動が変化することもあるそうです。むやみに初期化すると、本来のバグが隠蔽されるだけで本質はそのまま、ということもあります。初期化することで何が変わるのかはちゃんと検討しておいて下さい。

行動規範の内容に同意します

不定期にリセットが掛かっているらしき状況からして、
電源の容量が足りていないのではないでしょうか。

投稿2020/04/11 10:56

ikadzuchi

総合スコア3047

photan

2020/04/11 18:06

回答ありがとうございます。電源はPCからUSB経由で供給しているので問題ないと思います。また、同じ回路で同じセンサの値を取得し、シリアルモニタにprintするだけのプログラムでしたら問題なく動作しますので電源は足りていると思います。自分なりに対処してみて問題個所が分かったので追記しました。

ikadzuchi

2020/04/11 18:51

PCからUSB経由で供給していると問題ないという理屈が分かりません。電圧降下や電流を測ったり、各センサの仕様を見て必要な電力を算出したりしないと問題ないとは言えないと思うのですが。また、シリアルモニタにprintするだけで動作が変わる点も、プログラム自体の問題ではなく処理に伴う実行時間や消費電力など物理的な部分に影響されているように見えます。電力消費の大きそうなGPSを止めると正常動作することからも電源の問題に思えます。

photan

2020/04/12 14:39

確かにそうですね。今後の運用に際しても消費電力は気になっていたので検証してみようと思います。

行動規範の内容に同意します

Setup関数が実行される、のではなく、

暴走して再起動してしまっている
何らかの原因でリセットしている

のではないでしょうか。

ざっと見た限り、コードのバグで暴走というのはなさそうなんで、
まずは、

スタックがどこにあるか
WDT（ウオッチドッグタイマ）が有効になってないか

をチェックしてみてはどうでしょう

＃ブートローダって、そのCPUにきちんと対応されてるもんなんでしょうか

投稿2020/04/11 08:02

編集2020/04/11 08:03

y_waiwai

総合スコア88163

photan

2020/04/11 18:04

回答ありがとうございます。勉強不足で『スタックがどこにあるか』というのがあまりよくわからなかったのですが、メモリ領域に関してはグローバル変数を除きローカルで15kB使える状態なので問題ないかと考えています。的外れでしたら申し訳ございません。 WTDに関して、調べてみてwdt_disable();をsetup()関数内で実行させてみたのですが、改善には至りませんでした。ブートローダーに関しては、対応していると調べ、書き込んだ状態で他のプログラムの実行もできているので問題ないかと思います。自分なりに対処してみて問題個所が分かったので追記しました。

y_waiwai

2020/04/12 02:31

ざっと見て問題はなさそうですが、ローカル変数を大量に使用してるのが気になります。ローカル変数はスタックを消費しますんで、スタック領域がオーバーして暴走してるんではないかと思われます ATmega1284PはRAMが１６Kあるので、適切に領域を割り振ればオーバーってのはありえませんが、もしかしたらATmega164 とかの設定になってないでしょうか。（これだとRAMが１K）これならオーバーして暴走するのは納得できます

photan

2020/04/12 14:38

設定を確認しましたが、ATmega1284Pの設定でした。

行動規範の内容に同意します

あなたの回答