MSP430 4 線式 SPI マルチスレーブライブラリメッセージマネージャ編 version /3/10 PIC 山内一男この資料は複数 IOの管理方式 v1.0 4 線式 SPIマルチスレーブライブラリとデモシステムをベースにした続編にあたります本書はマスターとマル

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あきみうなだ
4 years ago
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1 MSP430 4 線式 SPI マルチスレーブライブラリメッセージマネージャ編 version /3/10 PIC 山内一男この資料は複数 IOの管理方式 v1.0 4 線式 SPIマルチスレーブライブラリとデモシステムをベースにした続編にあたります本書はマスターとマルチスレーブのSPI 接続を利用したメッセージ交換によるマルチCPU 連携処理システム向けのメッセージマネージャライブラリを説明するものです具体的な処理を理解できるようにデモexampleを添付しました目次 1 特徴ソフトウェア階層構成機能仕様メッセージフォーマット受信エラーチェックバッファ管理コマンド (_cmd/_ans) SPI 通信の留意点マスターの処理手順スレーブの処理手順 API メッセージ管理の構造体コマンド構造体データ構造体受信構造体 API 詳細 SPI IO 構造体の登録送信バッファの登録送信コマンドの書き込み送信コマンドデータの書き込み送信メッセージのピックアップ受信コマンドの読み出し受信データの読み出しコーリングシーケンスデモ example テストプロジェクト test_message メッセージ交換のプロジェクト G2xx_meseg_MstSPI4 G2xx_meseg_SlvSPI

1 特徴 1 マスターとスレーブの間で交換するメッセージを生成分解するサービスを提供します AP( アフリケーション ) が直接バッファ内容をアクセスする必要がありません SPIのみならず UARTやWLANなどのペリフェラルにも応用できます 2 メッセージは SPIパケットにヘッダー ( サイズスレーブ番号コマンド ) データとendマークをパックしたものです 3

2 1 特徴 1 マスターとスレーブの間で交換するメッセージを生成分解するサービスを提供します AP( アフリケーション ) が直接バッファ内容をアクセスする必要がありません SPIのみならず UARTやWLANなどのペリフェラルにも応用できます 2 メッセージは SPIパケットにヘッダー ( サイズスレーブ番号コマンド ) データとendマークをパックしたものです 3 サイズとendマークを使いバイトもれやビットズレなどの受信ミスを検出する機能があります 4 endマークのコードで次のパケットの有無が解ります 5 送信バッファとして最大 4 個までのバッファを管理できますこれは同時に複数イベントが発生したときすでに生成して未送信のメッセージが上書きされないように送信バッファを使い分けるためです 6 コマンド (_cmd/_ans) はマスターとスレーブの間で処理依頼や結果報告とイベントの通知などに使用しますマスターとスレーブの間で処理内容を取り決めて定義するものです APのロジックに直結しますユーザが定義して使用します 7 送信メッセージがない時に送信をすると自動的にダミーメッセージ (_NOP) を送ります 2 ソフトウェア階層構成ソフトウェアの階層構成は下記になります AP は赤矢印の制御を API で実行します 3 機能仕様 3-1 メッセージフォーマット 1 header:size(1byte) s-id(1byte) コマンド(2byte) size : パケット長 sizeを含めたバイト長 s-id : スレーブID コマンド : マスター :_cmd スレーブ :_ans 2 endマーク (1byte) 終了記号 ]: 次のパケットはない [: 次のパケットがある 2

3 3 フォーマット (uint8_t) size n, s-id, cmd*2, data1, data2,..., data(n-5), end マーク 3-2 受信エラーチェック size で指定された最後の byte が end マークか判定されますこれで byte 落ちや bit ズレの有無をチェックします 3-3 バッファ管理使用する送信バッファを登録した順で優先度をつけて管理します最大 4 個まで登録できます最後の優先度が低いバッファはダミーメッセージ用にも使われますので内容は書き換えられる場合があります 3-4 コマンド (_cmd/_ans) マスタとスレーブのアプリケーションがお互いの処理 ( 要求とアンサーなど ) を取り決めて定義します例えば ADC データの要求と ADC データの報告などですよってアプリケーションの処理ロジックに直接ディペンドしますマスタは _cmd_xxx: 大文字スレーブは _ans_xxx: 小文字で識別できるようにしてありますデモ example の Message_manager.h では下記の定義をしてあります /* SPI message table */ /* _cmd_xxx are master commands and _ans_xxx are slave replies */ // command: master -> slave #define _cmd_start 0x5354 // "ST", restart //#define _cmd_wake 0x574B // "WK", wake up //#define _cmd_sleep 0x534C // "SL", request to sleep #define _cmd_report 0x5250 // "RP", request reports about error #define _cmd_test 0x5453 // "TT", send test data #define _cmd_query 0x5155 // "QU", query a slave #define _cmd_adc 0x4144 // "AD", request ADC data #define _mode_request 0x4D52 // "MR", change to request mode #define _mode_polling 0x4D50 // "MP", change to polling mode // reply: slave -> master #define _ans_restart 0x7374 // "st", restart #define _ans_nak 0x6E6B // "nk", NAK, command error #define _ans_busy 0x6273 // "bs", Busy #define _ans_report 0x7270 // "rp", reply about transfer error #define _ans_testack 0x7441 // "ta", reply ACK for test data #define _ans_testnak 0x744E // "tn", reply NAK for test data #define _ans_adc 0x6164 // "ad", send ADC data #define _Nop 0xFFFF // No command or no answer 3-5 SPI 通信の留意点 SPI は送信と受信を同時に行いますですからマスターのコマンドに対しスレーブからのアンサーは次以降の通信で帰ってくることになりますつまり _cmd/_ans の識別をして処理をすることになりますマスターの処理手順スレーブにコマンドを送りスレーブからのアンサー情報を受け取りますスレーブが次のパケット有りを送ってきたらすぐにポーリング (_cmdquery) をしてアンサーを早く入手できますマスターはアンサー (_ans_xxxx) の内容を見て受付の処理をすることになりますイベントドリブンの処理になりコマンド-> レスポンスのシーケンス処理をすることはできません 3

4 3-5-2 スレーブの処理手順コマンドを受信したときはそれに対応する処理をしてメッセージを生成してマスターにアンサーを返しますマルチイベントを処理していると複数の ( 未送信 ) メッセージが生成されますマスタからコマンドが来たときにこの複数の未送信メッセージをアンサーとして返すことになりますメッセージマネージャが優先度の高いメッセージから送信しますのでスレーブはメッセージ生成に注力できますマスターからのコマンドに対し何もメッセージがない時はメッセージマネージャがダミー (_NOP) のアンサーを返します 4 API Message_manager.h に使用する構造体と API の定義と説明があります 4-1 メッセージ管理の構造体コマンド構造体パケットサイズ (size) と送信コマンド (_cmd/_ans:2byte) を定義します下記は通信のテストコマンドの定義例ですマスター const struct Mess_CMD Test_str = { size_test + M_header, _cmd_test }; スレーブ const struct Mess_CMD TestACK_str = { size_test + M_header, _ans_testack }; const struct Mess_CMD TestNAK_str = { size_test + M_header, _ans_testnak }; データ構造体パケットに格納するワードデータを定義しますワードの変数か配列が対象ですコマンド構造体にデータサイズ (byte) とデータpointer(uint16_t *) を付加したものですリトルエンディアンなので low byte, High byte の順で送受信されます下記は通信エラー回数を回答するコマンドの定義例です const struct Mess_DATA Report_str = {{ M_header+2, _ans_report }, 2, &cnt_error }; 受信構造体受信したコマンドデータサイズ ( パケットsize - 5 byte) と次のパケットの有無がセットされます struct Mess_RECV { uint16_t M_cmd; uint8_t size; uint8_t M_next; }; M_next 次のパケットなし :#define _single 0 次のパケットあり :#define _next 1 4

5 4-2 API 詳細各 API の仕様を説明します具体的な利用法はデモ example で確認お願いします SPI IO 構造体の登録 void Mess_config( struct IO_req2Buf *SPI_req ); 使用する SPI の IO 構造体を登録します受信バッファは指定必須ですが送信バッファは優先度の高いバッファがその都度セットされます送信バッファの登録 uint8_t Mess_set_BUF( uint8_t *buffer ); 使用する送信バッファを登録します登録順で優先度が決められます最後に登録したバッファは優先度が最下位となり dummyコマンド (_NOP) の送信にも使われます実際の送信ではFIFOではなく優先度の高いバッファから送信されますこの理由は FIFOはチェーン更新オーバヘッドが大きいためと優先度高いメッセージを早く送ることを重視しています割り当てられた Buf_ID( ハンドル ) が戻り値として返されます送信コマンドの書き込み void Mess_set_CMD( uint8_t Buf_ID, const struct Mess_CMD *P_CMD ); 指定 Buf_ID のバッファにコマンドを書き込みます送信要求フラッグが on になります送信される前に同じ Buf_ID で 2 回書き込むと上書きされ最初の内容は消失します byte データはこの関数呼び出しの前にバッファに書き込んでおきます送信コマンドデータの書き込み void Mess_set_cmdDATA( uint8_t Buf_ID, const struct Mess_DATA *P_DATA ); 指定 Buf_ID のバッファにコマンドとワードデータを書き込みますワードデータはパケットのヘッダー直後 4byte 目から指定バイト数をコピーして書き込みます送信メッセージのピックアップ uint8_t Mess_pickup_BUF(); SPIのIO 要求の直前で呼び出します必須です送信要求フラッグonかつ優先度の高いバッファを SPI 構造体の送信バッファにセットしますそのバッファの送信要求フラッグはoffになります他に送信要求フラッグonのバッファがあれば endマークを次のパケット有りにして送信します送信要求フラッグonのバッファがない時は dummy(_nop) を生成して送信バッファにセットします 5

6 4-2-6 受信コマンドの読み出し uint8_t Mess_get_CMD( struct Mess_RECV *Pmess ); SPI の IO 完了後に呼び出しますコマンドとデータ size 次のパケット有り / 無しが Pmess にセットされます戻り値は SPI エラー end マーク不適 (Mess_noETX) レスポンスなし (Mess_noReply) が返ります受信データの読み出し void Mess_get_DATA( uint8_t size_dt, uint16_t *Pdata ); 受信コマンドの読み出しが正常にできた場合でデータ size!=0 かつワードデータ付きのコマンドの場合はワードデータを変数か配列 (*Pdata) に size_dt( バイト ) 読み出しますコーリングシーケンス API 関数の呼び出し順は下記になります詳細はデモ example で確認できます /* calling sequence * * Msee_config(); * Mess_set_BUF(); *... * Mess_set_CMD(); or Mess_set_cmdDATA(); *... * Mess_pickup_BUF(); // <--- Calling this function is essential * SPIm4_IO_NoWait(); // SPI IO * Mess_get_CMD(); * if( size_dt!=0 ) Mess_get_Data(); */ 5 デモ example 添付 zip のプロジェクトは CCSv5.5 で生成してあります新規の workspace に import で移植します API ライブラリは G2553_Driver_LIB にありますこれを各プロジェクトは link と include path で参照します 5-1 テストプロジェクト test_message メッセージ API 関数のテストとパフォーマンス測定用です 5-2 メッセージ交換のプロジェクト G2xx_meseg_MstSPI4 G2xx_meseg_SlvSPI4 マスターとスレーブの間でメッセージ通信をしてメッセージ動作テストと通信エラーの監視をするプロジェクトです 1) マスターの動作最初に _cmd_startコマンドを送りスレーブに初期化を要求しますそのアンサーが来た (active) なslaveを見つけてそれらactiveなスレーブのみをテスト対象にします activeなslaveは terminalに16 進数で表示されますバイトデータとして0x01~0xFFの数字 (+1インクリメント) を _cmd_testコマンドで送りそのアンサーがエラーあり (_ans_testnak) の場合は terminalにエラー発生を表示します既定の回数が来ると通信レポートを要求 (_cmd_report) しそのアンサー結果エラー回数を表示しますさらに既定の回数が来ると最初の処理から反復します 6

下記が表示例です slave 1,2 が active で何もエラーが出ていない状態です 2) スレーブの動作スレーブはマスターからのコマンド種別に従って処理をします _cmd_startの時は初期状態から再開します _cmd_testの時は受信バイトデータ(+1インクリメント) をチェックしてアンサー (_ans_testack/nak) を返しますエラー回数を記録します

7 下記が表示例です slave 1,2 が active で何もエラーが出ていない状態です 2) スレーブの動作スレーブはマスターからのコマンド種別に従って処理をします _cmd_startの時は初期状態から再開します _cmd_testの時は受信バイトデータ(+1インクリメント) をチェックしてアンサー (_ans_testack/nak) を返しますエラー回数を記録します _cmd_reportの時はエラー回数(1ワードデータ) をアンサー (_ans_report) として返します ** SPIのclkラインに長いリード線をつけて旧式のヘアードライヤーボディに巻きつけてon/offの試験してみましたがエラーは起きていません高圧モータでも近くになければまず大丈夫かなと思います実際の装置環境で使用していただければ通信障害のテストができると思います ** 以上今回のデモexampleはペリフェラルをSPIのみで動作させていますのでまだマルチIOイベントの確認ができていません次回はマスター / スレーブともにマルチIOイベントのプロジェクトに書き換えて確認試験をする予定です 7

1 装置構成 1.1 実験装置下記写真が検証用に組み上げた装置外観ですマスター 1 台とスレーブ 6 台で構成してあります Figure 1: Boards configuration master:msp-ts430rgz48c+fr5969 中央の黒いボード slave :MSP-EXP43

1 装置構成 1.1 実験装置下記写真が検証用に組み上げた装置外観ですマスター 1 台とスレーブ 6 台で構成してあります Figure 1: Boards configuration master:msp-ts430rgz48c+fr5969 中央の黒いボード slave :MSP-EXP43 MSP430 SPI マルチスレーブシステム Version3.0 2014/12/16 PIC 山内一男この資料では SS(Slave Select) 信号線を使用して SPI のマルチスレーブシステムを MSP430 で構築する具体的な方法を説明します一般的には master から slave に SS 信号を出して SPI 通信を行いますこれに加えて slave から master