mruby で Raspberry Pi の GPIO をいじるというやつで、sleep をビジーループにしていたのがどうしてもひっかかっていた。

どうも ARM には割込みが起きるまで眠る命令があるみたいなので、それを使ってみることにした。コード全体

static mrb_value mrb_mruby_raspberrypi_gpio_gem_delay_us(mrb_state* mrb, mrb_value self) {
	mrb_int delay;
	mrb_get_args(mrb, "i", &delay);

	// Reset timer flags
	PUT32(ARM_TIMER_CONTROL, 0x3E0020);
	// Load count down timer value
	PUT32(ARM_TIMER_LOAD, delay-1);
	PUT32(ARM_TIMER_RELOAD, delay-1);
	// predevider = (apb_clk - freq) / freq
	PUT32(ARM_TIMER_PRE_DIVIDER, 250 - 1);
	PUT32(ARM_TIMER_IRQ_CLEAR_ACK, 0);
	PUT32(ARM_TIMER_CONTROL,
		(0x3E<<16) | // default free-running pre-scaler
		(1<<7)     | // timer enabled
		(1<<5)     | // timer interrupt enabled
		(1<<1)       // 23-bit counter
	);

	// Enable ARM Timer IRQ
	PUT32(ARM_INTERRUPT_ENABLE_BASIC_IRQS, 1);
	
	while ((GET32(ARM_INTERRUPT_IRQ_BASIC_PENDING) & 1) == 0) {
		// Waiting For Interrupt
		asm volatile ("wfi");
	}

	// Disable ARM Timer IRQ
	PUT32(ARM_INTERRUPT_DISABLE_BASIC_IRQS, 1);

	return mrb_nil_value();
}

コメントにある通りだけど、割込みを設定して、ARM_INTERRUPT_IRQ_BASIC_PENDING のフラグを見つつ、セットされるまでは wfi 命令で継続的に眠る、というようにしてみた。他に割込みを設定していないので、while は1回で抜けるつもり……

wfi 命令はオプショナルな命令らしく、ハードによっては nop として解釈されるらしい。なのでこのような実装の場合、フラグをポーリングするようなコードを併用したほうが安全そう。

というか、実際 wfi 命令がちゃんと動いているかを確かめる方法が面倒くさい。電流を測るしかなさそう。電流を今回測るところまでやってないので、ちゃんと動いてないのかもしれない。ただ、挙動として割込みをポーリングで待つ、というのはできいてるっぽい。

どうでもいいけど wfi で検索しても wifi 扱いされてだいぶウザい。

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3. 割込みと WFI 命令を使った sleep の実装

//#!gcc -O0

#include <stdio.h>

int main (int argc, char *argv[]) {

        int a;
        int b;

        a = 0; b = 3;

        asm volatile (
                "mov r0, %[x];"
                "mov %[x], %[y];"
                "mov %[y], r0;"
                : [x] "+r" (a), [y] "+r" (b)
                :
                : "r0"
        );

        printf("a=%d, b=%d\n", a, b);

        return 0;
}

asm でやる必要は全然ないけど inline asm の文法が意味不明なのでちょっと書いてみた。

asm( code : output list : input list : clobber list)

という文法らしいけど、パっと見さっぱりわからない。上記の例(値の交換)だと

• a と b どちらも読み書きが必要なので、output リストのほうで + (read/write) をつける。r はレジスタの意味らしい。
• operand の指定は名前で行っている。角括弧を使うと名前で指定できるみたい
• input list は空 (output list で read/write を指定しているので input として指定する必要はない)
• clobber list というで、このコードによって上書きされるレジスタを指定する
  • これを指定しないと、意図せず他の変数のレジスタを破壊してしまったりする (GCC はどのレジスタが破壊されるかがわからないから、破壊されるレジスタに変数を割り当ててしまう)
  • 指定することで、GCC はそのレジスタを一旦退避させたりできる

このページが比較的わかりやすい。

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3. ARM inline asm で値の交換を書いてみる

x86 で asm 書く機会ってほんとなくて、むしろ ARM の命令セットを学んだほうがいろいろモチベーションがでてきそう、ということで、とりあえず ARM Linux 上で簡単なのを書いてみます。

/*#!as -o sketch.o sketch.s && ld -o sketch -e _start sketch.o && ./sketch
 */

.global _start
_start:
        mov r0, $0x00 /* set exit status to 0 */
        mov r7, $0x01 /* set system call number to 1 (exit) */
        svc $0x00     /* supervisor call  */

$ as -o sketch.o sketch.s
$ ld -o sketch -e _start sketch.o
$ ./a.out

Disassembly of section .text:

00008054 <_start>:
    8054:       e3a00000        mov     r0, #0
    8058:       e3a07001        mov     r7, #1
    805c:       ef000000        svc     0x00000000

/* text section */

.section .text
.global _start

_start:
        mov r0, $0x01 /* set file descripter to 1 (stdout) */
        adr r1, msg   /* adr is GNU as's special instruction. This is translated to add */
        mov r2, $0x0d /* set msg length to 0x0d (13) */
        mov r7, $0x04 /* set system call number to 4 (write) */
        svc $0x00     /* supervisor call  */

        mov r0, $0x00 /* set exit status to 0 */
        mov r7, $0x01 /* set system call number to 1 (exit) */
        svc $0x00     /* supervisor call  */

msg:
        .asciz "Hello, World\n"
        .align 2

Disassembly of section .text:

00008054 <_start>:
    8054:       e3a00000        mov     r0, #0
    8058:       e28f1014        add     r1, pc, #20
    805c:       e3a0200d        mov     r2, #13
    8060:       e3a07004        mov     r7, #4
    8064:       ef000000        svc     0x00000000
    8068:       e3a00000        mov     r0, #0
    806c:       e3a07001        mov     r7, #1
    8070:       ef000000        svc     0x00000000

00008074 <msg>:
    8074:       6c6c6548        .word   0x6c6c6548
    8078:       57202c6f        .word   0x57202c6f
    807c:       646c726f        .word   0x646c726f
    8080:       000a            .short  0x000a
        ...

/* text section */

.section .text
.global _start

_start:
        mov r0, $0x01   /* set file descripter to 1 (stdout) */
        ldr r1, msg     /* load memory address of msg to register  */
        ldr r2, msg_len /* load memory address of msg_len to register  */
        mov r7, $0x04   /* set system call number to 4 (write) */
        svc $0x00       /* supervisor call  */

        mov r0, $0x00 /* set exit status to 0 */
        mov r7, $0x01 /* set system call number to 1 (exit) */
        svc $0x00     /* supervisor call  */

msg:
        .word data_msg /* write data_msg address to here */
msg_len:
        .word data_msg_len

/* data section */
.section .data
data_msg:
        .asciz "Hello, World\n"
data_msg_len = . - data_msg
        .align 2

Disassembly of section .text:

00008074 <_start>:
    8074:       e3a00000        mov     r0, #0
    8078:       e59f1014        ldr     r1, [pc, #20]   ; 8094 <msg>
    807c:       e59f2014        ldr     r2, [pc, #20]   ; 8098 <msg_len>
    8080:       e3a07004        mov     r7, #4
    8084:       ef000000        svc     0x00000000
    8088:       e3a00000        mov     r0, #0
    808c:       e3a07001        mov     r7, #1
    8090:       ef000000        svc     0x00000000

00008094 <msg>:
    8094:       0001009c        .word   0x0001009c

00008098 <msg_len>:
    8098:       0000000e        .word   0x0000000e

Disassembly of section .data:

0001009c <data_msg>:
   1009c:       6c6c6548        .word   0x6c6c6548
   100a0:       57202c6f        .word   0x57202c6f
   100a4:       646c726f        .word   0x646c726f
   100a8:       000a            .short  0x000a
        ...

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[tech] perl 5.19.9 の signatures 構文 (普通に引数を書ける構文) を試す | Mon, Feb 24. 2014 - 氾濫原 で「ただ引数の名前とかは外からとることができない。せっかく構文に組込まれたのなら、とれてもよさそうだなと思った」と書いたので、すこしだけ実装を書いてみた。

blead perl ecb4de39577c95734821743685366f6fe7f59a2d へのパッチです。

やってることは signatures::subs みたいな名前でハッシュをつくって放りこんでるだけです。perl のコード難しくてあってるかわからないのと、たぶん参照カウントがおかしかったりしてそうですが、とりあえず簡単には動く。

ただ、lexical_subs に対してはうまくとれない (とってるサブルーチンのアドレスがちがう) ので、そこが TODO かな、というのと、サブルーチンとか大量に定義されるので、結構メモリ食ったりしそうだな、ってのが怪しい感じです。

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3. perl 5.19.9 の signatures 構文に引数リストをとれる機能を足す

Perl 5.19.9 で実装された signatures の構文をためしてみる - tokuhirom blog を見てそんなのできたのか〜と思ったので、いろいろ試してみた。なんとこれは、今までになく直感的に引数が書けてしまう革命的構文です。

use v5.19;
use strict;
use warnings;
use feature 'signatures';
no warnings "experimental::signatures";

use feature 'lexical_subs';
no warnings "experimental::lexical_subs";

# 引数の数チェックをしてくれる。便利
eval {
	say "check length of arguments";
	state sub hello ($foo) {
		say "hello $foo";
	}


	hello();
	#=> Too few arguments for subroutine at pl.pl line 9.
}; if ($@) { warn $@ }

# デフォルト値も普通に書けます
eval {
	say "default value";
	state sub hello ($foo="world") {
		say "hello $foo";
	}


	hello();
	#=> "hello world"

	hello("yunotti");
	#=> "hello yunotti"
}; if ($@) { warn $@ }

# デフォルト値に式も書けます。Ruby なんかでも書けますね。引数として指定されない場合だけ氷菓されます
eval {
	say "expression in default value (evaluated same as Ruby)";
	my $i = 0;
	state sub hello ($foo=$i++) {
		say "hello $foo";
	}


	hello();
	#=> hello 0

	hello();
	#=> hello 1

	hello("yunotti");
	#=> "hello yunotti"

	hello();
	#=> hello 2
}; if ($@) { warn $@ }

# @foo を指定したら可変引数にできます。%hash とかもできます。
eval {
	say "variable length arguments";
	state sub hello ($foo, @rest) {
		say "hello $foo and " . join(", ", @rest);
	}


	hello("yunotti", "miyachan", "sae", "hiro");
	#=> hello yunotti and miyachan, sae, hiro
}; if ($@) { warn $@ }

# @_ の挙動は今までどおり変数渡しです。
eval {
	say 'with @_: @_ is passed by variable (same as prev perls)';
	state sub hello ($foo, $bar) {
		$foo = 'xxx';
		$_[1] = 'xxx';
	}


	my $foo = 'foo';
	my $bar = 'bar';
	hello($foo, $bar);
	say "$foo, $bar"; #=> foo, xxx

}; if ($@) { warn $@ }

ただ引数の名前とかは外からとることができない。せっかく構文に組込まれたのなら、とれてもよさそうだなと思った。すこしコード追ってみたけど、基本、今までで同じようなコードが内部的に生成されるだけっぽい。サブルーチンリファレンスに附属する形でなんかメタデータを入れれたらいいんだけど、よくわからなかった。

あと、Smart::Args みたいなのは使えるかと思って試してみたけど、既存コードと同じ感じなので、当然普通に使える。ただ、signatures を活用した感じにはできなそう。うまいやりかたあるのかな。

use v5.19;
use strict;
use warnings;
use feature 'signatures';
no warnings "experimental::signatures";

use feature 'lexical_subs';
no warnings "experimental::lexical_subs";


{
	# Smart::Args は普通に使える
	use Smart::Args;
	{
		# % を書けば呼ばれる時点でハッシュかどうかのチェックは入る
		state sub hello (%) {
			args(my $foo);
			say "hello $foo";
		}

		hello(foo => "foobar");
		eval {
			hello(1);
		}; if ($@) { warn $@ }; #=> Odd name/value argument for subroutine at pl.pl line 20.
	};

	{
		# % を書かなければ今までどおり Smart::Args 側でエラる
		state sub hello {
			args(my $foo);
			say "hello $foo";
		}
		eval {
			hello(1);
		}; if ($@) { warn $@ }; #=> Odd number of elements in anonymous hash at lib/site_perl/5.19.9/Smart/Args.pm line 39.
	}
};

{
	# せっかくなら signatures を活用したい感あるけどいい感じにならない (引数名を2度書かないといけない)

	use PadWalker qw/var_name/;
	sub validate ($var, $rule) {
		my $name = var_name(1, \$_[0]) =~ s{^\$}{}r;
		require Smart::Args;
		$_[0] = Smart::Args::_validate_by_rule($_[0], 1, $name, $_[1]);
	}

	{
		state sub hello ($foo) {
			validate($foo, { isa => 'Int' });
			say "hello $foo";
		}
		eval {
			hello("xxx");
		}; if ($@) { warn $@ }; #=> Validation failed for 'Int' with value xxx
	}
};

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