PIC12/16F Software delay その3

PIC12/16Fでのタイマをつかわないソフトウェアでの一定時間の時間稼ぎプログラムの時間計算方法について。
20MHz動作でも10秒以上を設定できる3段階のネストまで拡張。


○ネストが3段階のとき
3段階までのネストで、システムクロックfOSC=20MHzの場合でも、10秒以上のdelayを作成することができます。これ以上の時間を消費させるアプリケーションでは、sleep等も検討すべきでしょう。

さしあたって、汎用レジスタの確保。
        udata   H'20'
TMP     res     D'3'


コード本体
        movlw   x
        movwf   TMP
        movlw   y
        movwf   TMP+D'1'
        movlw   z
        movwf   TMP+D'2'
LOOP
        ;xのネスト
        decfsz  TMP,F
        goto    LOOP
        ;yのネスト
        decfsz  TMP+D'1',F
        goto    LOOP
        ;zのネスト
        decfsz  TMP+D'2',F
        goto    LOOP


(a) zとyのネストについて
ネストが2段階のときまでの考察より、それぞれ(3z-1)サイクルと{(3y-1)+767(z-1)}サイクルとなります。

(b) xのネストについて
最初の1順は、(3x-1)サイクル、それ以降は1順あたり(3*256-1)サイクルかかります。
yのネストは、z回実行され、そのうちの(z-1)回はxのネストを256回必要とします。残りの1回は、xのネストをy回必要とします。

よって、xのネストの実行回数は(z-1)*256回。前述のとおり、xのネストは最初の1回のみ(3x-1)サイクル、それ以降は(3*256-1)サイクルとなるので、xのネストの実行サイクルは

(3x-1)+(3*256-1)*{(z-1)*256+y-1}

x,y,zのネストと代入の6サイクルをあわせて

197122z+770y+3x-197883サイクル

となります。
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PIC12/16F Software delay その2

PIC12/16Fでのタイマをつかわないソフトウェアでの一定時間の時間稼ぎプログラムの時間計算方法について。
少し長い時間を設定できるネストを2段階まで拡張。


○ネストが2段階のとき
769cycleよりも長いディレイが必要な場合は、ソースのネストを深くして対応します。ネストひとつにつきひとつの汎用レジスタを消費します。

さしあたって、汎用レジスタの確保。
        udata   H'20'
TMP     res     D'2'


コード本体
        movlw   x
        movwf   TMP
        movlw   y
        movwf   TMP+D'1'
LOOP
        ;xのネスト
        decfsz  TMP,F
        goto    LOOP
        ;yのネスト
        decfsz  TMP+D'1',F
        goto    LOOP


ここで、LOOPに続く1回目のdecfszとgotoのペアを「xのネスト」と名づけます。同様にその次のdecfszとgotoのペアを「yのネスト」と呼ぶことにします。(ネストという言葉の使い方が一般的なものと少しずれていますが、気にしない方向で。)

(a) yのネストについて
PICの命令実行順序のとおりに考えると分かりにくいですが、yのネストに存在する2つの命令が実行される回数は、(xの値にかかわらず)yの値だけで決まります。yのネストの実行サイクル数は

(a-i) decfszは必ず1回だけスキップを実行 : 2 cycle
(a-ii) decfszは(a-i)以外は1cycle : y-1 cycle
(a-iii) gotoは(a-ii)と同じ回数×2cycle実行 : 2(y-1) cycle
(a-i)～(a-iii)を合計して : 3y-1 cycle

(b) xのネストについて
xのネストは最初の1順のみTMPにxが代入された状態から1周し、その後はTMPにD'0'が入った状態、すなわちx=256の状態からの実行となります。

(b-i) 最初の1順は、ネストが1段階のときの考察から : 3x-1 cycle
(b-ii) 2順目以降は(3*256-1)cycle、(y-1)繰り返すため : 767(y-1) cycle
(b-i)(b-ii)を合計して : 3x+767y-768 cycle

(a)(b)および代入部分の4cycleを合計して : 3x+770y-765 cycle

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PIC12/16F Software delay その1

PIC12/16Fでのタイマをつかわないソフトウェアでの一定時間の時間稼ぎプログラムの時間計算方法について。
考え方の基本となる、ネストが1段階の場合まで。


○ネストが1段階のとき

さしあたって、汎用レジスタの確保。
        udata   H'20'
TMP     res     D'1'


コード本体
LOOP
        decfsz  TMP,F
        goto    LOOP


汎用レジスタTMPは8bitなので、符号なし整数でD'0'～D'255'まで扱えますが、ディレイが最大になるのは、最初にTMPにD'0'を代入したときです。それ以外では、D'255',D'254',・・・,D'1'の順にディレイが短くなります。D'0'のときはD'256'と考えると

TMPの初期値がxであるとき、LOOPの実行サイクル数は

(i) decfszは必ず1回だけスキップを実行 : 2 cycle
(ii) decfszは(i)以外は1cycle : x-1 cycle
(iii) gotoは(ii)と同じ回数×2cycle実行 : 2(x-1) cycle
(i)～(iii)を合計して : 3x-1 cycle

        movlw   x                       ;1 cycle
        movwf   TMP                     ;1 cycle
LOOP
        decfsz  TMP,f
        goto    LOOP                    ;3x-1 cycle


合計すると'''3x+1 cycle'''となる。

1≦x≦256なので、
delay(max)= 3*256+1=769 cycle
delay(min)= 3*1+1=4 cycle

○cycle数と実時間の相互変換
PICの動作クロックをFOSC[Hz]とし、t[s]のソフトウェアディレイを作る場合の実行サイクル数nは以下のように求められる。

PICは、1cycleに4clockを要するので1cycleにかかる時間は

4/FOSC [s]

よって、t[s]のディレイに必要な実行サイクル数nは

n=t/(4/FOSC)=(t*FOSC)/4

4≦n≦769の条件を満たす場合、1段階のネストで実装できます。nからxをもとめるには、n=3x+1をxについてとけばよいので

x=(n-1)/3

端数はNOPで調整します。

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PICマイコンのNOPとGOTOの消費電力

PIC12/16Fの小技として、NOPが2回分の時間稼ぎの代わりにGOTO $を使うとプログラム領域を節約できるというものがあります。
私はソースの可読性の観点からと、PAGEの概念があるPICで不必要なGOTOを行うことに抵抗があるという理由から、こういう場面ではNOPを使ってきました。
そんな折、２ちゃんねるの【初心者】PICでBEEP音を作りたい！！２【親切に】スレッドで以下のようなやり取りを見ました。

520 名前：技術奴隷[sage] 投稿日：2008/09/04(木) 05:38:55 ID:ECgj3Ptz
>>519
>あとさ、NOP、NOPはGOTO $+1にすると、容量が半分で済みます。

容量が有り余ってる時は大して意味が無いな。
逆にNOPで時間稼ぎした方が低消費電力になるメリットがある。
馬鹿の一つ覚えで凝り固まらず状況によって使い分ければヨロシ

536 名前：774ワット発電中さん[sage] 投稿日：2008/09/14(日) 15:47:50 ID:7tJFO2EZ
本当かどうか試しに 12F683 内蔵8MHz 5V で実験

LOOP　GOTO $+1 ×32
　GOTO LOOPで 851uA

LOOP　NOP ×64
　GOTO LOOPで 777uA

確かに1割位電流少なかった。
ただ最初 動作確認の為にGPIOをON/OFFさせてたら2mA位食ってたから
この程度 NOP/GOTO $+1の差なんてどうでもいい差だと思うが
重箱の隅が気になる方はどうぞってかんじ

重箱の隅が気になったので、追試してみました。条件は以下のとおり。
・PIC16F88使用
・内部クロック8MHz
・電源電圧は5V、電源は手持ちの安物スイッチング電源
・回路は以下のもの




◎ GOTO版

1.841mA




MAIN
        FILL    (GOTO $+D'1'),D'100'
        GOTO    MAIN


◎ NOP版

1.728mA




MAIN
        FILL    (NOP),D'200'
        GOTO    MAIN


私の行った追試の結果は、1.841mA(GOTO)/1.728mA(NOP)=1.065と１割とまではいかないながらもNOP版のほうが低消費電力ということでした。
二つの間で実験条件はほぼ変わらないので、定性的にNOP版のほうが低消費電力といっていいと思います。また、PIC16F88のデータシートによると、私の試験条件(VDD=5V,T=室温,Fosc=8MHz)での消費電流IDDは1.7mA(typ)ということなので、妥当な結果だと思います。




分かっていたことですが、この二つの消費電流の差はプルアップ抵抗一本分ぐらいの差なのであまり気にしても仕方ないかもしれません。ボタン電池駆動などの極省電力を目指すなら、SLEEPとWDTを使うのが常套手段でしょうし。

さらに追試をしたい方がいるかもしれないので、コードの全文を載せておきます。

goto.asm

        LIST    P=PIC16F88
        INCLUDE "P16F88.INC"
        __CONFIG _CONFIG1, _CP_OFF & _MCLR_OFF & _PWRTE_ON & _WDT_OFF & _INTRC_IO &_LVP_OFF         __CONFIG _CONFIG2, _FCMEN_OFF & _IESO_OFF

         ORG     H'0000'
INITIALIZE
        BANKSEL(OSCCON)
        MOVLW   B'01110000'     ;8MHz
        IORWF   OSCCON,F
        BANKSEL(TRISA)
        CLRF    TRISA
        CLRF    TRISB
        BANKSEL(ANSEL)
          ;A/D Converter OFF
        CLRF    ANSEL
        BANKSEL(CMCON)
          ;Comparator OFF
        MOVLW   B'00000111'
        MOVWF   CMCON
        BANKSEL(PORTB)

MAIN
        FILL    (GOTO $+D'1'),D'100'
        GOTO    MAIN
        END


nop.asm

        LIST    P=PIC16F88
        INCLUDE "P16F88.INC"
        __CONFIG _CONFIG1, _CP_OFF & _MCLR_OFF & _PWRTE_ON & _WDT_OFF & _INTRC_IO &_LVP_OFF
         __CONFIG _CONFIG2, _FCMEN_OFF & _IESO_OFF

         ORG     H'0000'
INITIALIZE
        BANKSEL(OSCCON)
        MOVLW   B'01110000'     ;8MHz
        IORWF   OSCCON,F
        BANKSEL(TRISA)
        CLRF    TRISA
        CLRF    TRISB
        BANKSEL(ANSEL)          ;A/D Converter OFF
        CLRF    ANSEL
        BANKSEL(CMCON)          ;Comparator OFF
        MOVLW   B'00000111'
        MOVWF   CMCON
        BANKSEL(PORTB)

MAIN
        FILL    (NOP),D'200'
        GOTO    MAIN
        END

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