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Smart I/O でワンショットパルスを作る [PSoC]このエントリーを含むはてなブックマーク#

回路図

貧弱な PSoC 4000S でワンショットパルスを出したい。 こういう要望があったので、 Smart I/O で実現してみました。 与えたクロック数発分のパルスをソフトウェアでトリガします。

このプロジェクトは、 CY8CKIT-145-40XX PSoC 4000S Prototyping Kit で動作させています。

大まかな動作原理

Smart I/O の設定

Smart I/O の内部は、このように構成してみました。 ソフトウェアのトリガは、 data4 から LUT5 に入り、立ち上がりが検出されます。 立ち上がりが検出されると LUT4 のステートマシンが動作を始めます。 LUT4 は、 LUT6 を介して、 Data Unit (DU) のダウンカウンタを起動します。 カウンタがゼロになったら、 LUT4 に通知し、カウンタもリセットされます。

コントロールレジスタは無いけれど

ソフトウェアでトリガをかけるためには、 PSoC 5LP でいうところの Control Register のようなものが必要です。 ところが、貧弱な PSoC 4000S には UDB が搭載されていません。 そこで、 Control Register にかわる代替案を持ってきました。

トップレベル回路図を見るとわかりますが、 data4 という入力端子が浮いたままになっています。 ここには、 TCPWM などのペリフェラルを接続するのが通常の使い方なのですが、 data4 の入力設定はあえて "Undefined" にしてあります。 こうすると、 data4 には、ある信号が入ってきます。 それは、 gpio4 に接続されている Pin_3_4 端子のデータレジスタです。

Pin_3_4 端子の出力は、 Smart I/O に接続されているので、データレジスタは用がありません。 この用のないデータレジスタが、故意なのか偶然なのか data4 入力に自動的に接続されてしまうのです。 そのため、 data4 を操作したかったら、 Pin_3_4_Write() 関数で論理を指定できます。 これは、便利。

立ち上がり検出

立ち上がり検出

data4 から入ってきた信号は、 LUT5 を使って立ち上がりを検出します。 これには、エッジ検出に使ってくれと言わんばかりの "Registered input" というモードを使います。 input2 にだけフリップフロップが付いているので、クロックの前後で信号が変化した事を検出することができます。

メインのステートマシン

メインのステートマシン

LUT4 は、パルスを出力するステートマシンです。 まあ、ステートマシンと言っても、たったの2状態ですが。 ステートマシンの攻勢は単純です。 出力が 0 の時に LUT5 にパルスが入ったら、出力を 1 に変化させます。 また、出力が 1 の時に DU にパルスが入ったら、出力を 0 に変化させます。

LUT5 は、立ち上がり検出で作られたパルス出力の開始を示す信号です。 また、 DU は、 Data Unit が出力するカウンタがゼロになった事を示す信号です。 これら2つの信号により、カウント開始からカウンタがゼロになるまでの時間、出力を 1 にしてパルスを作成します。

リセット論理

リセット論理

LUT6 は、 Data Unit のカウンタをリセットするための信号を作る組み合わせ論理です。 カウンタは、 LUT4 の出力が 0 の間はリセットされます。 また、カウンタがゼロになって DU が出力された次のサイクルでもリセットされます。 これら2つのリセット条件を持たせているのが LUT6 です。

この LUT は、組み合わせ論理回路になっていますが、これは、カウンタのリセット入力が同期リセットであるためです。

ダウンカウンタ

ダウンカウンタ

ダウンカウンタは、 DU_reg で決められた値からゼロまでカウントを行います。 このため、 LUT4 が出力パルスの幅は、 DU_reg に設定した数よりもひとつ多くなります。 ここでは、 0x05 を設定しているので、6クロックのパルスが生成されることになります。

トップレベル回路図

トップレベル回路図

この Smart I/O ブロックには、 data0 からクロックを与えているのですが、そのクロック源は PWM による 1Hz のクロックです。 1Hz で動作してくれるので、目でデバッグできます。

実際に使用する際には、適宜クロックを与えます。 また、 gpio5 と gpio6 は、デバッグのために出力させているため、必須ではありません。

ソフトウェア

ソフトウェア

テストソフトウェアは、 Pin_3_4_Write() 関数で data4 をトリガしているだけです。 LUT5 を使って立ち上がり検出をしているので、トリガパルスは、クロック周期よりも長くする必要があります。 そのため、 Pin_3_4_Write(1) と Pin_3_4_Write(0) の間にソフトウェアディレイを入れてあります。 クロックの周波数がもっと速ければ、ディレイは必要ないでしょう。

int main(void)
{
    CyGlobalIntEnable; /* Enable global interrupts. */

    /* Place your initialization/startup code here (e.g. MyInst_Start()) */
    PWM_1Hz_Start();
    SmartIO_P3_Start();

    for(;;)
    {
        /* Place your application code here. */
        Pin_3_4_Write(1u);
        CyDelay(1500);
        Pin_3_4_Write(0u);
        CyDelay(10000);
    }
}

プロジェクトアーカイブ

この記事で作成したプロジェクトは、このファイルの拡張子を "zip" に変更すると再現できます。


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汎用レジスタの作成 [PSoC]このエントリーを含むはてなブックマーク#

インスタンス

「ペリフェラル領域に記憶域が欲しい」という要望を受けました。 レジスタが自由に使えるコンポーネントは無いかと探しましたが、面倒なので作ってしまいました。

シンボル

シンボルを作る

まずは、シンボルから。 シンボルには、クロック入力 clock だけを付けました。 データパスを使うときには、クロックは必須なんだそうです。

その他には、 Property の中で APIPrefix と CatalogPlacement を設定しました。 APIPrefix は、 API を作るときには有ったほうが良いよね。

Verilogファイル

シンボルから "Generate Verilog" で Verilog ファイルを作ります。 Datapath Config Tool を使って、 8-bit データパスを配置し、 clock だけ設定したら終了です。 データパスを配置したけれど、単なるレジスタファイルとして使うので、何も動かす必要はありません。

//`#start header` -- edit after this line, do not edit this line
// ========================================
//
// Copyright YOUR COMPANY, THE YEAR
// All Rights Reserved
// UNPUBLISHED, LICENSED SOFTWARE.
//
// CONFIDENTIAL AND PROPRIETARY INFORMATION
// WHICH IS THE PROPERTY OF your company.
//
// ========================================
`include "cypress.v"
//`#end` -- edit above this line, do not edit this line
// Generated on 07/08/2019 at 22:59
// Component: NtanRegister_v1_0
module NtanRegister_v1_0 (
	input   clock
);

//`#start body` -- edit after this line, do not edit this line

//        Your code goes here

cy_psoc3_dp #(.cy_dpconfig(
{
    `CS_ALU_OP_PASS, `CS_SRCA_A0, `CS_SRCB_D0,
    `CS_SHFT_OP_PASS, `CS_A0_SRC_NONE, `CS_A1_SRC_NONE,
    `CS_FEEDBACK_DSBL, `CS_CI_SEL_CFGA, `CS_SI_SEL_CFGA,
    `CS_CMP_SEL_CFGA, /*CFGRAM0: */
    `CS_ALU_OP_PASS, `CS_SRCA_A0, `CS_SRCB_D0,
    `CS_SHFT_OP_PASS, `CS_A0_SRC_NONE, `CS_A1_SRC_NONE,
    `CS_FEEDBACK_DSBL, `CS_CI_SEL_CFGA, `CS_SI_SEL_CFGA,
    `CS_CMP_SEL_CFGA, /*CFGRAM1: */
    `CS_ALU_OP_PASS, `CS_SRCA_A0, `CS_SRCB_D0,
    `CS_SHFT_OP_PASS, `CS_A0_SRC_NONE, `CS_A1_SRC_NONE,
    `CS_FEEDBACK_DSBL, `CS_CI_SEL_CFGA, `CS_SI_SEL_CFGA,
    `CS_CMP_SEL_CFGA, /*CFGRAM2: */
    `CS_ALU_OP_PASS, `CS_SRCA_A0, `CS_SRCB_D0,
    `CS_SHFT_OP_PASS, `CS_A0_SRC_NONE, `CS_A1_SRC_NONE,
    `CS_FEEDBACK_DSBL, `CS_CI_SEL_CFGA, `CS_SI_SEL_CFGA,
    `CS_CMP_SEL_CFGA, /*CFGRAM3: */
    `CS_ALU_OP_PASS, `CS_SRCA_A0, `CS_SRCB_D0,
    `CS_SHFT_OP_PASS, `CS_A0_SRC_NONE, `CS_A1_SRC_NONE,
    `CS_FEEDBACK_DSBL, `CS_CI_SEL_CFGA, `CS_SI_SEL_CFGA,
    `CS_CMP_SEL_CFGA, /*CFGRAM4: */
    `CS_ALU_OP_PASS, `CS_SRCA_A0, `CS_SRCB_D0,
    `CS_SHFT_OP_PASS, `CS_A0_SRC_NONE, `CS_A1_SRC_NONE,
    `CS_FEEDBACK_DSBL, `CS_CI_SEL_CFGA, `CS_SI_SEL_CFGA,
    `CS_CMP_SEL_CFGA, /*CFGRAM5: */
    `CS_ALU_OP_PASS, `CS_SRCA_A0, `CS_SRCB_D0,
    `CS_SHFT_OP_PASS, `CS_A0_SRC_NONE, `CS_A1_SRC_NONE,
    `CS_FEEDBACK_DSBL, `CS_CI_SEL_CFGA, `CS_SI_SEL_CFGA,
    `CS_CMP_SEL_CFGA, /*CFGRAM6: */
    `CS_ALU_OP_PASS, `CS_SRCA_A0, `CS_SRCB_D0,
    `CS_SHFT_OP_PASS, `CS_A0_SRC_NONE, `CS_A1_SRC_NONE,
    `CS_FEEDBACK_DSBL, `CS_CI_SEL_CFGA, `CS_SI_SEL_CFGA,
    `CS_CMP_SEL_CFGA, /*CFGRAM7: */
    8'hFF, 8'h00,  /*CFG9: */
    8'hFF, 8'hFF,  /*CFG11-10: */
    `SC_CMPB_A1_D1, `SC_CMPA_A1_D1, `SC_CI_B_ARITH,
    `SC_CI_A_ARITH, `SC_C1_MASK_DSBL, `SC_C0_MASK_DSBL,
    `SC_A_MASK_DSBL, `SC_DEF_SI_0, `SC_SI_B_DEFSI,
    `SC_SI_A_DEFSI, /*CFG13-12: */
    `SC_A0_SRC_ACC, `SC_SHIFT_SL, 1'h0,
    1'h0, `SC_FIFO1_BUS, `SC_FIFO0_BUS,
    `SC_MSB_DSBL, `SC_MSB_BIT0, `SC_MSB_NOCHN,
    `SC_FB_NOCHN, `SC_CMP1_NOCHN,
    `SC_CMP0_NOCHN, /*CFG15-14: */
    10'h00, `SC_FIFO_CLK__DP,`SC_FIFO_CAP_AX,
    `SC_FIFO_LEVEL,`SC_FIFO__SYNC,`SC_EXTCRC_DSBL,
    `SC_WRK16CAT_DSBL /*CFG17-16: */
}
)) dp(
        /*  input                   */  .reset(1'b0),
        /*  input                   */  .clk(clock),
        /*  input   [02:00]         */  .cs_addr(3'b0),
        /*  input                   */  .route_si(1'b0),
        /*  input                   */  .route_ci(1'b0),
        /*  input                   */  .f0_load(1'b0),
        /*  input                   */  .f1_load(1'b0),
        /*  input                   */  .d0_load(1'b0),
        /*  input                   */  .d1_load(1'b0),
        /*  output                  */  .ce0(),
        /*  output                  */  .cl0(),
        /*  output                  */  .z0(),
        /*  output                  */  .ff0(),
        /*  output                  */  .ce1(),
        /*  output                  */  .cl1(),
        /*  output                  */  .z1(),
        /*  output                  */  .ff1(),
        /*  output                  */  .ov_msb(),
        /*  output                  */  .co_msb(),
        /*  output                  */  .cmsb(),
        /*  output                  */  .so(),
        /*  output                  */  .f0_bus_stat(),
        /*  output                  */  .f0_blk_stat(),
        /*  output                  */  .f1_bus_stat(),
        /*  output                  */  .f1_blk_stat(),
        
        /* input                    */  .ci(1'b0),     // Carry in from previous stage
        /* output                   */  .co(),         // Carry out to next stage
        /* input                    */  .sir(1'b0),    // Shift in from right side
        /* output                   */  .sor(),        // Shift out to right side
        /* input                    */  .sil(1'b0),    // Shift in from left side
        /* output                   */  .sol(),        // Shift out to left side
        /* input                    */  .msbi(1'b0),   // MSB chain in
        /* output                   */  .msbo(),       // MSB chain out
        /* input [01:00]            */  .cei(2'b0),    // Compare equal in from prev stage
        /* output [01:00]           */  .ceo(),        // Compare equal out to next stage
        /* input [01:00]            */  .cli(2'b0),    // Compare less than in from prv stage
        /* output [01:00]           */  .clo(),        // Compare less than out to next stage
        /* input [01:00]            */  .zi(2'b0),     // Zero detect in from previous stage
        /* output [01:00]           */  .zo(),         // Zero detect out to next stage
        /* input [01:00]            */  .fi(2'b0),     // 0xFF detect in from previous stage
        /* output [01:00]           */  .fo(),         // 0xFF detect out to next stage
        /* input [01:00]            */  .capi(2'b0),   // Software capture from previous stage
        /* output [01:00]           */  .capo(),       // Software capture to next stage
        /* input                    */  .cfbi(1'b0),   // CRC Feedback in from previous stage
        /* output                   */  .cfbo(),       // CRC Feedback out to next stage
        /* input [07:00]            */  .pi(8'b0),     // Parallel data port
        /* output [07:00]           */  .po()          // Parallel data port
);
//`#end` -- edit above this line, do not edit this line
endmodule
//`#start footer` -- edit after this line, do not edit this line
//`#end` -- edit above this line, do not edit this line

コメントも何も書いてない。

APIヘッダ

ヘッダファイルには、レジスタアドレスの読み替えマクロと、関数宣言が入っています。 ここでは、 A0 と A1 の二つのレジスタしか定義していないので、 D0 と D1 が欲しい方は追加してください。

/* ========================================
 *
 * Copyright YOUR COMPANY, THE YEAR
 * All Rights Reserved
 * UNPUBLISHED, LICENSED SOFTWARE.
 *
 * CONFIDENTIAL AND PROPRIETARY INFORMATION
 * WHICH IS THE PROPERTY OF your company.
 *
 * ========================================
*/

#if !defined(`$INSTANCE_NAME`_H)
#define `$INSTANCE_NAME`_H
    
#include <cytypes.h>

#define `$INSTANCE_NAME`_A0_PTR ((reg8 *)`$INSTANCE_NAME`_dp__A0_REG)
#define `$INSTANCE_NAME`_A1_PTR ((reg8 *)`$INSTANCE_NAME`_dp__A1_REG)

extern uint8 `$INSTANCE_NAME`_ReadA0(void);
extern void `$INSTANCE_NAME`_WriteA0(uint8 value);
extern uint8 `$INSTANCE_NAME`_ReadA1(void);
extern void `$INSTANCE_NAME`_WriteA1(uint8 value);

#endif // `$INSTANCE_NAME`_H

/* [] END OF FILE */

API本体

API の本体は、関数定義を書いておしまいです。 何のことはない、 8-bit の値をデータパスのレジスタと読み書きするだけです。

/* ========================================
 *
 * Copyright YOUR COMPANY, THE YEAR
 * All Rights Reserved
 * UNPUBLISHED, LICENSED SOFTWARE.
 *
 * CONFIDENTIAL AND PROPRIETARY INFORMATION
 * WHICH IS THE PROPERTY OF your company.
 *
 * ========================================
*/
#include "`$INSTANCE_NAME`.h"

uint8 `$INSTANCE_NAME`_ReadA0(void) {
    return CY_GET_REG8(`$INSTANCE_NAME`_A0_PTR);
}
void `$INSTANCE_NAME`_WriteA0(uint8 value) {
    CY_SET_REG8(`$INSTANCE_NAME`_A0_PTR, value);
}

uint8 `$INSTANCE_NAME`_ReadA1(void) {
    return CY_GET_REG8(`$INSTANCE_NAME`_A1_PTR);
}
void `$INSTANCE_NAME`_WriteA1(uint8 value) {
    CY_SET_REG8(`$INSTANCE_NAME`_A1_PTR, value);
}

/* [] END OF FILE */

DMA Capabilityファイル

このファイルは、 DMA Wizard から参照してもらい、 DMA 制御プログラムの断片を作ります。 作りはしたけど、まだ使ってないから、誰か試してくださいな。

<?xml version="1.0" encoding="us-ascii"?>


<!--
      DMACapability needs to contain 1 or more Category tags. Category needs to contain 1 or more Location tags.
      
      Category Attributes
      ===================
  
        name:       The name of the cataegory to display to the user in the DMA Wizard. (If only one category is entered
                    it will not be displayed as a sub-category in the wizard. Instead it will just be used when the
                    user selects its associated instance.)
        
        enabled:    [OPTIONAL] "true" or "false". If not provided it defaults to true. If false, 
                    this category and its locations are not included in the DMA Wizard. Note: this value can be set 
                    to an expression referencing parameters by using `=` (e.g. `="Your Expression here"`).
        
        bytes_in_burst: Integer between 1 and 127. The number of bytes that can be sent/recieved in a single burst.
        
        bytes_in_burst_is_strict: "true" or "false". Determines whether the bytes_in_burst is a maximum value (false)
                                  or a specific value that must be used (true).
                            
        spoke_width:        Integer between 1 and 4. The spoke width in bytes. 
        
        inc_addr:           "true" or "false". Specifies whether or not the address is typically incremented.
     
        each_busrt_req_request: "true" or "false". Specifies whether or not a request is required for each burst.
     
      Location Attributes
      ===================
      
        name:      The name of the location to display to the user in the DMA Wizard.
       
        enabled:  [OPTIONAL] "true" or "false". If not provided it defaults to true. If false, this 
                  location is not included in the DMA Wizard. Note: this value can be set to an expression 
                  referencing parameters by using `=Your Expression here`.
       
        direction: "source", "destination", or "both".
  -->

<DMACapability>

  <Category name="" 
            enabled="true" 
            bytes_in_burst="1"
            bytes_in_burst_is_strict="true" 
            spoke_width="2" 
            inc_addr="false" 
            each_burst_req_request="true">
    <Location name="`$INSTANCE_NAME`_A0_PTR" enabled="true" direction="both"/>
    <Location name="`$INSTANCE_NAME`_A1_PTR" enabled="true" direction="both"/>
  </Category>
  
</DMACapability>

使い方

使い方

使い方は、簡単。 コンポーネントを回路図の上に置いて、クロックをつないだら、何も設定せずにすぐ使えます。

/* ========================================
 *
 * Copyright YOUR COMPANY, THE YEAR
 * All Rights Reserved
 * UNPUBLISHED, LICENSED SOFTWARE.
 *
 * CONFIDENTIAL AND PROPRIETARY INFORMATION
 * WHICH IS THE PROPERTY OF your company.
 *
 * ========================================
*/
#include "project.h"
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    uint8 i;
    char sbuf[128];
    
    CyGlobalIntEnable; /* Enable global interrupts. */

    /* Place your initialization/startup code here (e.g. MyInst_Start()) */
    UART_Start();
    UART_PutString("\r\nHELLO WORLD\r\n");
    sprintf(sbuf, "INIT A0=%d, A1=%d\r\n", PR1_ReadA0(), PR1_ReadA1());
    UART_PutString(sbuf);
    
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        sprintf(sbuf, "WRITE A0=%d, A1=%d\r\n", i, 9-i);
        UART_PutString(sbuf);
        PR1_WriteA0(i);
        PR1_WriteA1(9-i);
        sprintf(sbuf, "READ A0=%d, A1=%d\r\n", PR1_ReadA0(), PR1_ReadA1());
        UART_PutString(sbuf);
    }    

    for(;;)
    {
        /* Place your application code here. */
    }
}

/* [] END OF FILE */

API 関数を使って、レジスタの読み書きができます。 DMA とも連携するはずです。

コンポーネント

ここで作ったコンポーネントは、このリンクからダウンロードしたファイルの拡張子を cycomp に変えると Import できるようになります。


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