digitalWrite(pin, state) の引数はほとんど固定で使うことが多い (と思いますがどうでしょうか? http://lowreal.net/2015/12/14/1 こういうケースでは常に固定ですね) が、digitalWrite は実装上、実行時にいちいちテーブルを使って、ピン番号からどのポートのどのビットかをひいている。たいへん無駄である。

そして、digitalWrite() は1度の1つのビットしか設定できないという制約がある。これは大変こまる場合がある (同時に複数のビットを設定して出力を変化させようとしても、タイムラグができてしまう)

ということで、これらを解決できないかと思った結果 C++ のテンプレートメタプログラミングに手を出すことになった

前提

Arduino が使っている 8bit AVR では PORTB, PORTC, PORTD などと最大8bitのレジスタがあり、これら単位では同時に操作が可能になっている。

Arduino ではこれらのポート単位を隠蔽し、ピン番号という一連の番号によって区別するように抽象化されている。具体的には 0〜7 が PD, 8〜14 が PB というような感じ (standard なArduino の場合)

仕様

  • digitalWrite() とインターフェイス互換であること (静的であること以外)
  • 複数ビットを同時に操作できること
  • 指定したピン番号同士のポートが同一でない場合エラーとすること
// オリジナル。0ピンをLOWにする
digitalWrite(0, LOW);

// 作ったもの。0ピンをLOW, 1ピンをHIGH... とする (同時に)
WRITE_MULTI(
  0, LOW,	
  1, HIGH,
  2, LOW,	
  3, HIGH
);

コード

Gist

//#!ano build -f="-std=c++11 -Os" && /Applications/Arduino.app/Contents/Java/hardware/tools/avr/bin/avr-objdump -d .build_ano/uno/firmware.elf ;:
#include <Arduino.h>
// ARDUINO_MAIN で ifdef されているので外からみえない
constexpr uint8_t PB = 2;
constexpr uint8_t PC = 3;
constexpr uint8_t PD = 4;
// template version of Arduino builtin functions
constexpr uint16_t port_to_mode[] = {
NOT_A_PORT,
NOT_A_PORT,
(uint16_t) &DDRB,
(uint16_t) &DDRC,
(uint16_t) &DDRD,
};
constexpr uint16_t port_to_output[] = {
NOT_A_PORT,
NOT_A_PORT,
(uint16_t) &PORTB,
(uint16_t) &PORTC,
(uint16_t) &PORTD,
};
constexpr uint16_t port_to_input[] = {
NOT_A_PORT,
NOT_A_PORT,
(uint16_t) &PINB,
(uint16_t) &PINC,
(uint16_t) &PIND,
};
constexpr uint8_t digital_pin_to_port[] = {
PD, /* 0 */
PD,
PD,
PD,
PD,
PD,
PD,
PD,
PB, /* 8 */
PB,
PB,
PB,
PB,
PB,
PC, /* 14 */
PC,
PC,
PC,
PC,
PC,
};
constexpr uint8_t digital_pin_to_bit_mask[] = {
_BV(0), /* 0, port D */
_BV(1),
_BV(2),
_BV(3),
_BV(4),
_BV(5),
_BV(6),
_BV(7),
_BV(0), /* 8, port B */
_BV(1),
_BV(2),
_BV(3),
_BV(4),
_BV(5),
_BV(0), /* 14, port C */
_BV(1),
_BV(2),
_BV(3),
_BV(4),
_BV(5),
};
template<uint8_t port>
constexpr volatile uint8_t* portModeRegisterX() {
static_assert(port < sizeof(port_to_mode), "invalid port number");
static_assert(port_to_mode[port] != NOT_A_PORT, "invalid port number");
return (volatile uint8_t*)port_to_mode[port];
}
template<uint8_t port>
constexpr volatile uint8_t* portOutputRegisterX() {
static_assert(port < sizeof(port_to_output), "invalid port number");
static_assert(port_to_output[port] != NOT_A_PORT, "invalid port number");
return (volatile uint8_t*)port_to_output[port];
}
template<uint8_t port>
constexpr volatile uint8_t* portInputRegisterX() {
static_assert(port < sizeof(port_to_input), "invalid port number");
static_assert(port_to_input[port] != NOT_A_PORT, "invalid port number");
return (volatile uint8_t*)port_to_input[port];
}
template <uint16_t pin>
constexpr uint8_t digitalPinToBitMaskX() {
static_assert(pin < sizeof(digital_pin_to_bit_mask), "invalid pin number");
return digital_pin_to_bit_mask[pin];
};
template <uint16_t pin>
constexpr uint8_t digitalPinToPortX() {
static_assert(pin < sizeof(digital_pin_to_port), "invalid pin number");
return digital_pin_to_port[pin];
};
// multiple bit set function with cheking port consistency
template<uint8_t port, uint8_t mask, uint8_t vals>
constexpr void digitalWriteMulti_() {
volatile uint8_t *out = portOutputRegisterX<port>();
*out = (*out & ~mask) | vals;
}
template<uint8_t port, uint8_t mask, uint8_t vals, uint16_t pin, uint8_t val, uint16_t... Rest>
constexpr void digitalWriteMulti_() {
static_assert(digitalPinToPortX<pin>() == port, "all port must be same");
constexpr uint8_t bit = digitalPinToBitMaskX<pin>();
digitalWriteMulti_<
port,
mask | bit,
vals | (val ? bit : 0),
Rest...
>();
}
template<uint16_t pin, uint8_t val, uint16_t... Rest>
constexpr void digitalWriteMulti() {
constexpr uint8_t port = digitalPinToPortX<pin>();
return digitalWriteMulti_<
port,
0,
0,
pin,
val,
Rest...
>();
}
// hide template magic from surface
#define WRITE_MULTI(...) digitalWriteMulti<__VA_ARGS__>()
void setup() {
PORTD = (PORTD & 0b11110000) | (0b1010);
asm volatile ("nop"); // marker
// same as above
WRITE_MULTI(
0, LOW,
1, HIGH,
2, LOW,
3, HIGH
);
asm volatile ("nop");
// another port
WRITE_MULTI(
8, LOW,
9, HIGH,
10, LOW,
11, HIGH
);
asm volatile ("nop");
/** following is invalid
* static_assert(digitalPinToPortX<pin>() == port, "all port must be same");
* pin=0 -> PORTB, pin=8 -> PORTC error
digitalWriteMulti<
0, LOW,
1, HIGH,
2, LOW,
8, HIGH
>();
*/
asm volatile ("nop");
/** builtin dynamic method
* this is very slow
*/
digitalWrite(0, LOW);
}
void loop() {
}
.build_ano/uno/firmware.elf: file format elf32-avr
Disassembly of section .text:
00000000 <__vectors>:
0: 0c 94 61 00 jmp 0xc2 ; 0xc2 <__ctors_end>
4: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
8: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
c: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
10: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
14: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
18: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
1c: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
20: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
24: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
28: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
2c: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
30: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
34: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
38: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
3c: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
40: 0c 94 71 01 jmp 0x2e2 ; 0x2e2 <__vector_16>
44: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
48: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
4c: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
50: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
54: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
58: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
5c: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
60: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
64: 0c 94 73 00 jmp 0xe6 ; 0xe6 <__bad_interrupt>
00000068 <__trampolines_end>:
68: 00 00 nop
6a: 00 08 sbc r0, r0
6c: 00 02 muls r16, r16
6e: 01 00 .word 0x0001 ; ????
70: 00 03 mulsu r16, r16
72: 04 07 cpc r16, r20
...
0000007c <digital_pin_to_bit_mask_PGM>:
7c: 01 02 04 08 10 20 40 80 01 02 04 08 10 20 01 02 ..... @...... ..
8c: 04 08 10 20 ...
00000090 <digital_pin_to_port_PGM>:
90: 04 04 04 04 04 04 04 04 02 02 02 02 02 02 03 03 ................
a0: 03 03 03 03 ....
000000a4 <port_to_input_PGM>:
a4: 00 00 00 00 23 00 26 00 29 00 ....#.&.).
000000ae <port_to_output_PGM>:
ae: 00 00 00 00 25 00 28 00 2b 00 ....%.(.+.
000000b8 <port_to_mode_PGM>:
b8: 00 00 00 00 24 00 27 00 2a 00 ....$.'.*.
000000c2 <__ctors_end>:
c2: 11 24 eor r1, r1
c4: 1f be out 0x3f, r1 ; 63
c6: cf ef ldi r28, 0xFF ; 255
c8: d8 e0 ldi r29, 0x08 ; 8
ca: de bf out 0x3e, r29 ; 62
cc: cd bf out 0x3d, r28 ; 61
000000ce <__do_clear_bss>:
ce: 21 e0 ldi r18, 0x01 ; 1
d0: a0 e0 ldi r26, 0x00 ; 0
d2: b1 e0 ldi r27, 0x01 ; 1
d4: 01 c0 rjmp .+2 ; 0xd8 <.do_clear_bss_start>
000000d6 <.do_clear_bss_loop>:
d6: 1d 92 st X+, r1
000000d8 <.do_clear_bss_start>:
d8: a9 30 cpi r26, 0x09 ; 9
da: b2 07 cpc r27, r18
dc: e1 f7 brne .-8 ; 0xd6 <.do_clear_bss_loop>
de: 0e 94 b8 02 call 0x570 ; 0x570 <main>
e2: 0c 94 cc 02 jmp 0x598 ; 0x598 <_exit>
000000e6 <__bad_interrupt>:
e6: 0c 94 00 00 jmp 0 ; 0x0 <__vectors>
000000ea <setup>:
ea: 8b b1 in r24, 0x0b ; 11
ec: 80 7f andi r24, 0xF0 ; 240
ee: 8a 60 ori r24, 0x0A ; 10
f0: 8b b9 out 0x0b, r24 ; 11
f2: 00 00 nop
f4: 8b b1 in r24, 0x0b ; 11
f6: 80 7f andi r24, 0xF0 ; 240
f8: 8a 60 ori r24, 0x0A ; 10
fa: 8b b9 out 0x0b, r24 ; 11
fc: 00 00 nop
fe: 85 b1 in r24, 0x05 ; 5
100: 80 7f andi r24, 0xF0 ; 240
102: 8a 60 ori r24, 0x0A ; 10
104: 85 b9 out 0x05, r24 ; 5
106: 00 00 nop
108: 00 00 nop
10a: 60 e0 ldi r22, 0x00 ; 0
10c: 80 e0 ldi r24, 0x00 ; 0
10e: 0c 94 c8 00 jmp 0x190 ; 0x190 <digitalWrite>
00000112 <loop>:
112: 08 95 ret
00000114 <pinMode>:
114: cf 93 push r28
116: df 93 push r29
118: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0
11a: fc 01 movw r30, r24
11c: e4 58 subi r30, 0x84 ; 132
11e: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
120: 24 91 lpm r18, Z
122: fc 01 movw r30, r24
124: e0 57 subi r30, 0x70 ; 112
126: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
128: 84 91 lpm r24, Z
12a: 88 23 and r24, r24
12c: b9 f0 breq .+46 ; 0x15c <pinMode+0x48>
12e: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0
130: 88 0f add r24, r24
132: 99 1f adc r25, r25
134: fc 01 movw r30, r24
136: e8 54 subi r30, 0x48 ; 72
138: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
13a: a5 91 lpm r26, Z+
13c: b4 91 lpm r27, Z
13e: 82 55 subi r24, 0x52 ; 82
140: 9f 4f sbci r25, 0xFF ; 255
142: fc 01 movw r30, r24
144: c5 91 lpm r28, Z+
146: d4 91 lpm r29, Z
148: 9f b7 in r25, 0x3f ; 63
14a: 66 23 and r22, r22
14c: 51 f0 breq .+20 ; 0x162 <pinMode+0x4e>
14e: 62 30 cpi r22, 0x02 ; 2
150: a1 f0 breq .+40 ; 0x17a <pinMode+0x66>
152: f8 94 cli
154: 8c 91 ld r24, X
156: 82 2b or r24, r18
158: 8c 93 st X, r24
15a: 9f bf out 0x3f, r25 ; 63
15c: df 91 pop r29
15e: cf 91 pop r28
160: 08 95 ret
162: f8 94 cli
164: 8c 91 ld r24, X
166: 20 95 com r18
168: 82 23 and r24, r18
16a: 8c 93 st X, r24
16c: 88 81 ld r24, Y
16e: 82 23 and r24, r18
170: 88 83 st Y, r24
172: 9f bf out 0x3f, r25 ; 63
174: df 91 pop r29
176: cf 91 pop r28
178: 08 95 ret
17a: f8 94 cli
17c: 8c 91 ld r24, X
17e: 32 2f mov r19, r18
180: 30 95 com r19
182: 83 23 and r24, r19
184: 8c 93 st X, r24
186: 88 81 ld r24, Y
188: 82 2b or r24, r18
18a: 88 83 st Y, r24
18c: 9f bf out 0x3f, r25 ; 63
18e: e6 cf rjmp .-52 ; 0x15c <pinMode+0x48>
00000190 <digitalWrite>:
190: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0
192: fc 01 movw r30, r24
194: e8 59 subi r30, 0x98 ; 152
196: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
198: 24 91 lpm r18, Z
19a: fc 01 movw r30, r24
19c: e4 58 subi r30, 0x84 ; 132
19e: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
1a0: 34 91 lpm r19, Z
1a2: fc 01 movw r30, r24
1a4: e0 57 subi r30, 0x70 ; 112
1a6: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
1a8: 84 91 lpm r24, Z
1aa: 88 23 and r24, r24
1ac: 99 f0 breq .+38 ; 0x1d4 <digitalWrite+0x44>
1ae: 21 11 cpse r18, r1
1b0: 16 c0 rjmp .+44 ; 0x1de <digitalWrite+0x4e>
1b2: e8 2f mov r30, r24
1b4: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
1b6: ee 0f add r30, r30
1b8: ff 1f adc r31, r31
1ba: e2 55 subi r30, 0x52 ; 82
1bc: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
1be: a5 91 lpm r26, Z+
1c0: b4 91 lpm r27, Z
1c2: 8f b7 in r24, 0x3f ; 63
1c4: f8 94 cli
1c6: 9c 91 ld r25, X
1c8: 61 11 cpse r22, r1
1ca: 05 c0 rjmp .+10 ; 0x1d6 <digitalWrite+0x46>
1cc: 30 95 com r19
1ce: 93 23 and r25, r19
1d0: 9c 93 st X, r25
1d2: 8f bf out 0x3f, r24 ; 63
1d4: 08 95 ret
1d6: 93 2b or r25, r19
1d8: 9c 93 st X, r25
1da: 8f bf out 0x3f, r24 ; 63
1dc: fb cf rjmp .-10 ; 0x1d4 <digitalWrite+0x44>
1de: 23 30 cpi r18, 0x03 ; 3
1e0: 29 f1 breq .+74 ; 0x22c <digitalWrite+0x9c>
1e2: 60 f0 brcs .+24 ; 0x1fc <digitalWrite+0x6c>
1e4: 27 30 cpi r18, 0x07 ; 7
1e6: e1 f0 breq .+56 ; 0x220 <digitalWrite+0x90>
1e8: 28 30 cpi r18, 0x08 ; 8
1ea: a1 f0 breq .+40 ; 0x214 <digitalWrite+0x84>
1ec: 24 30 cpi r18, 0x04 ; 4
1ee: 09 f7 brne .-62 ; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
1f0: 90 91 80 00 lds r25, 0x0080
1f4: 9f 7d andi r25, 0xDF ; 223
1f6: 90 93 80 00 sts 0x0080, r25
1fa: db cf rjmp .-74 ; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
1fc: 21 30 cpi r18, 0x01 ; 1
1fe: 31 f0 breq .+12 ; 0x20c <digitalWrite+0x7c>
200: 22 30 cpi r18, 0x02 ; 2
202: b9 f6 brne .-82 ; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
204: 94 b5 in r25, 0x24 ; 36
206: 9f 7d andi r25, 0xDF ; 223
208: 94 bd out 0x24, r25 ; 36
20a: d3 cf rjmp .-90 ; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
20c: 94 b5 in r25, 0x24 ; 36
20e: 9f 77 andi r25, 0x7F ; 127
210: 94 bd out 0x24, r25 ; 36
212: cf cf rjmp .-98 ; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
214: 90 91 b0 00 lds r25, 0x00B0
218: 9f 7d andi r25, 0xDF ; 223
21a: 90 93 b0 00 sts 0x00B0, r25
21e: c9 cf rjmp .-110 ; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
220: 90 91 b0 00 lds r25, 0x00B0
224: 9f 77 andi r25, 0x7F ; 127
226: 90 93 b0 00 sts 0x00B0, r25
22a: c3 cf rjmp .-122 ; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
22c: 90 91 80 00 lds r25, 0x0080
230: 9f 77 andi r25, 0x7F ; 127
232: 90 93 80 00 sts 0x0080, r25
236: bd cf rjmp .-134 ; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
00000238 <digitalRead>:
238: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0
23a: fc 01 movw r30, r24
23c: e8 59 subi r30, 0x98 ; 152
23e: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
240: 24 91 lpm r18, Z
242: fc 01 movw r30, r24
244: e4 58 subi r30, 0x84 ; 132
246: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
248: 34 91 lpm r19, Z
24a: fc 01 movw r30, r24
24c: e0 57 subi r30, 0x70 ; 112
24e: ff 4f sbci r31, 0xFF ; 255
250: 84 91 lpm r24, Z
252: 88 23 and r24, r24
254: 91 f0 breq .+36 ; 0x27a <digitalRead+0x42>
256: 21 11 cpse r18, r1
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27e: 08 95 ret
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3d4: 08 95 ret
000003d6 <delay>:
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3e8: 00 d0 rcall .+0 ; 0x3ea <delay+0x14>
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000004e2 <delayMicroseconds>:
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4ec: 88 0f add r24, r24
4ee: 99 1f adc r25, r25
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4f4: f1 f7 brne .-4 ; 0x4f2 <delayMicroseconds+0x10>
4f6: 08 95 ret
000004f8 <init>:
4f8: 78 94 sei
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50c: 85 b5 in r24, 0x25 ; 37
50e: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
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512: ee e6 ldi r30, 0x6E ; 110
514: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
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518: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
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51e: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
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526: 80 83 st Z, r24
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52e: e0 e8 ldi r30, 0x80 ; 128
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538: e1 eb ldi r30, 0xB1 ; 177
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54c: ea e7 ldi r30, 0x7A ; 122
54e: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
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552: 84 60 ori r24, 0x04 ; 4
554: 80 83 st Z, r24
556: 80 81 ld r24, Z
558: 82 60 ori r24, 0x02 ; 2
55a: 80 83 st Z, r24
55c: 80 81 ld r24, Z
55e: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
560: 80 83 st Z, r24
562: 80 81 ld r24, Z
564: 80 68 ori r24, 0x80 ; 128
566: 80 83 st Z, r24
568: 10 92 c1 00 sts 0x00C1, r1
56c: 08 95 ret
0000056e <yield>:
56e: 08 95 ret
00000570 <main>:
570: 0e 94 7c 02 call 0x4f8 ; 0x4f8 <init>
574: 0e 94 70 01 call 0x2e0 ; 0x2e0 <initVariant>
578: 0e 94 75 00 call 0xea ; 0xea <setup>
57c: 80 e0 ldi r24, 0x00 ; 0
57e: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0
580: 89 2b or r24, r25
582: 29 f0 breq .+10 ; 0x58e <main+0x1e>
584: 0e 94 89 00 call 0x112 ; 0x112 <loop>
588: 0e 94 00 00 call 0 ; 0x0 <__vectors>
58c: fb cf rjmp .-10 ; 0x584 <main+0x14>
58e: 0e 94 89 00 call 0x112 ; 0x112 <loop>
592: 0e 94 89 00 call 0x112 ; 0x112 <loop>
596: fb cf rjmp .-10 ; 0x58e <main+0x1e>
00000598 <_exit>:
598: f8 94 cli
0000059a <__stop_program>:
59a: ff cf rjmp .-2 ; 0x59a <__stop_program>
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解説

C++11

コンパイラは Arduino.app に入っている avr-gcc を使っているが -std=c++11 を指定して C++11 の機能を有効にしている (constexpr 関数) なので素の Arduino.app からだとコンパイルできない。

Arduino ビルトイン関数の再実装

Arduino 側で portOutputRegister digitalPinToBitMask digitalPinToPort といった関数が定義されており、これらは PROGMEM からテーブルをひいてくる実装になっているので、まずこれをコンパイル時にできるように constexpr 関数で再実装した。

C++14 ならもっと簡単に書けるはずなんだけど、C++11 相当だと関数本体に return 以外書けないのでキモい実装になっている。

digitalWriteMulti

ここがキモで、まず digitalWriteMulti でうけて、digitalWriteMulti_ で再帰的に処理している。digitalWriteMulti_ の最初の3引数は、持ってまわっている状態で、残りは元の digitalWriteMulti に渡された引数。

C++ のテンプレートメタプログラミングではこのようにパターンマッチでしか可変長引数を扱えないみたい。だけど思ったより綺麗に実装できた気がする。

WRITE_MULTI() マクロ

これはプリプロセッサマクロで単に置換している。テンプレート引数として渡すのが気持ち悪かったので(慣れかもしれない)マクロでラップしている。

その他

C++ はほとんど書いたことがないので、きっともっといい方法がありそうだと思う。特にテンプレートメタプログラミングで可変長引数を処理するとき、状態を全てテンプレート引数の頭にフラットに渡しているのがダサい。うまくコンパイル時だけ使えるコンテナみたいなのを持ちまわしていければよかったが、おもいつかなかった。

pinMode にも応用できると思うが pinMode は PORTx もいじるのでとりあえず省略した。

大きなメリット

同じようなことはテンプレートを使わない場合(素のCとか)だとまずできない。

特に「指定しなかった部分のビットはかえない」を実現しようとすると、どうしてもビットマスクと実際に設定するビット値の2つを扱わないといけないので、かなりコードが煩雑になる。テンプレート化することで表面上の可読性がかなり上がる (テンプレート部分はアレだけど)

そしてコンパイル時にチェックができる点はおおきい。マイコンはどうしてもフィードバックがすくないので、実行時エラーというのは実際気付くのが難しい。

速度的にも当然メリットがある。これの場合はコンパイルしたあとは素で書く場合と完全に同じバイナリになる。

000000ea <setup>:
; PORTD = (PORTD & 0b11110000) | (0b1010);
  ea:	8b b1       	in	r24, 0x0b	; 11
  ec:	80 7f       	andi	r24, 0xF0	; 240
  ee:	8a 60       	ori	r24, 0x0A	; 10
  f0:	8b b9       	out	0x0b, r24	; 11
; asm volatile ("nop");	// marker
  f2:	00 00       	nop
; WRITE_MULTI(...)
  f4:	8b b1       	in	r24, 0x0b	; 11
  f6:	80 7f       	andi	r24, 0xF0	; 240
  f8:	8a 60       	ori	r24, 0x0A	; 10
  fa:	8b b9       	out	0x0b, r24	; 11

素の digitalWrite の場合

; digitalWrite(0, LOW);
 10a:	60 e0       	ldi	r22, 0x00	; 0
 10c:	80 e0       	ldi	r24, 0x00	; 0
 10e:	0c 94 c8 00 	jmp	0x190	; 0x190 <digitalWrite>

で関数コールして

00000190 <digitalWrite>:
 190:	90 e0       	ldi	r25, 0x00	; 0
 192:	fc 01       	movw	r30, r24
 194:	e8 59       	subi	r30, 0x98	; 152
 196:	ff 4f       	sbci	r31, 0xFF	; 255
 198:	24 91       	lpm	r18, Z
 19a:	fc 01       	movw	r30, r24
 19c:	e4 58       	subi	r30, 0x84	; 132
 19e:	ff 4f       	sbci	r31, 0xFF	; 255
 1a0:	34 91       	lpm	r19, Z
 1a2:	fc 01       	movw	r30, r24
 1a4:	e0 57       	subi	r30, 0x70	; 112
 1a6:	ff 4f       	sbci	r31, 0xFF	; 255
 1a8:	84 91       	lpm	r24, Z
 1aa:	88 23       	and	r24, r24
 1ac:	99 f0       	breq	.+38     	; 0x1d4 <digitalWrite+0x44>
 1ae:	21 11       	cpse	r18, r1
 1b0:	16 c0       	rjmp	.+44     	; 0x1de <digitalWrite+0x4e>
 1b2:	e8 2f       	mov	r30, r24
 1b4:	f0 e0       	ldi	r31, 0x00	; 0
 1b6:	ee 0f       	add	r30, r30
 1b8:	ff 1f       	adc	r31, r31
 1ba:	e2 55       	subi	r30, 0x52	; 82
 1bc:	ff 4f       	sbci	r31, 0xFF	; 255
 1be:	a5 91       	lpm	r26, Z+
 1c0:	b4 91       	lpm	r27, Z
 1c2:	8f b7       	in	r24, 0x3f	; 63
 1c4:	f8 94       	cli
 1c6:	9c 91       	ld	r25, X
 1c8:	61 11       	cpse	r22, r1
 1ca:	05 c0       	rjmp	.+10     	; 0x1d6 <digitalWrite+0x46>
 1cc:	30 95       	com	r19
 1ce:	93 23       	and	r25, r19
 1d0:	9c 93       	st	X, r25
 1d2:	8f bf       	out	0x3f, r24	; 63
 1d4:	08 95       	ret
 1d6:	93 2b       	or	r25, r19
 1d8:	9c 93       	st	X, r25
 1da:	8f bf       	out	0x3f, r24	; 63
 1dc:	fb cf       	rjmp	.-10     	; 0x1d4 <digitalWrite+0x44>
 1de:	23 30       	cpi	r18, 0x03	; 3
 1e0:	29 f1       	breq	.+74     	; 0x22c <digitalWrite+0x9c>
 1e2:	60 f0       	brcs	.+24     	; 0x1fc <digitalWrite+0x6c>
 1e4:	27 30       	cpi	r18, 0x07	; 7
 1e6:	e1 f0       	breq	.+56     	; 0x220 <digitalWrite+0x90>
 1e8:	28 30       	cpi	r18, 0x08	; 8
 1ea:	a1 f0       	breq	.+40     	; 0x214 <digitalWrite+0x84>
 1ec:	24 30       	cpi	r18, 0x04	; 4
 1ee:	09 f7       	brne	.-62     	; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
 1f0:	90 91 80 00 	lds	r25, 0x0080
 1f4:	9f 7d       	andi	r25, 0xDF	; 223
 1f6:	90 93 80 00 	sts	0x0080, r25
 1fa:	db cf       	rjmp	.-74     	; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
 1fc:	21 30       	cpi	r18, 0x01	; 1
 1fe:	31 f0       	breq	.+12     	; 0x20c <digitalWrite+0x7c>
 200:	22 30       	cpi	r18, 0x02	; 2
 202:	b9 f6       	brne	.-82     	; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
 204:	94 b5       	in	r25, 0x24	; 36
 206:	9f 7d       	andi	r25, 0xDF	; 223
 208:	94 bd       	out	0x24, r25	; 36
 20a:	d3 cf       	rjmp	.-90     	; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
 20c:	94 b5       	in	r25, 0x24	; 36
 20e:	9f 77       	andi	r25, 0x7F	; 127
 210:	94 bd       	out	0x24, r25	; 36
 212:	cf cf       	rjmp	.-98     	; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
 214:	90 91 b0 00 	lds	r25, 0x00B0
 218:	9f 7d       	andi	r25, 0xDF	; 223
 21a:	90 93 b0 00 	sts	0x00B0, r25
 21e:	c9 cf       	rjmp	.-110    	; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
 220:	90 91 b0 00 	lds	r25, 0x00B0
 224:	9f 77       	andi	r25, 0x7F	; 127
 226:	90 93 b0 00 	sts	0x00B0, r25
 22a:	c3 cf       	rjmp	.-122    	; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>
 22c:	90 91 80 00 	lds	r25, 0x0080
 230:	9f 77       	andi	r25, 0x7F	; 127
 232:	90 93 80 00 	sts	0x0080, r25
 236:	bd cf       	rjmp	.-134    	; 0x1b2 <digitalWrite+0x22>

となっていて、1bit 書くだけでかなり大層なことをしていることがわかる。

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  3. Arduino の digitalWrite をコンパイルタイムに解決する


[tech] Quick Charge 2.0 電源から 12V とる | Mon, Dec 7. 2015 - 氾濫原 というのを書いたが 、これだと12V だけしかとれない。

12Vとれれば個人的にはいいんだけど、9V もとるには(というより任意の電圧をとる) にはどうするかなと思って考えた。

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3.0 / 5.0

回路図

追記: 特に3段にする必要もないので計算が簡単で定数が簡単な回路にかえた

古い回路図:

D12をハイ(5V)にすると D- に 0.6V、 D11 をハイにすると 3.3V がかかるように分圧抵抗を選び、このポートをコントロールする。D+ 側も同様 (D10, D9)

どっちかがハイのときはどっちかはHi-Zにして回路を切断する。

ファームウェア

例によって Arduino で試した

#include <Arduino.h>
#include <avr/sleep.h>

const int D_PLUS_0V6 = 12;
const int D_PLUS_3V3 = 11;
const int D_MINUS_0V6 = 10;
const int D_MINUS_3V3 = 9;

enum EVoltage {
	E_12V,
	E_9V,
	E_5V
};

void setup() {
	EVoltage voltage = E_9V;

	// init with hi-Z
	pinMode(D_PLUS_3V3, INPUT);
	pinMode(D_PLUS_0V6, INPUT);
	pinMode(D_MINUS_3V3, INPUT);
	pinMode(D_MINUS_0V6, INPUT);
	digitalWrite(D_PLUS_3V3, LOW);
	digitalWrite(D_PLUS_0V6, LOW);
	digitalWrite(D_MINUS_3V3, LOW);
	digitalWrite(D_MINUS_0V6, LOW);

	// wait until stable connection
	delay(1000);

	// reset line (D+ = 0V, D- = 0V)
	pinMode(D_PLUS_0V6, OUTPUT);
	pinMode(D_MINUS_0V6, OUTPUT);
	delay(100);

	// D+ = 0.6V, D- = 0.6V for 1.25s
	digitalWrite(D_PLUS_0V6, HIGH);
	digitalWrite(D_MINUS_0V6, HIGH);
	delay(1500);

	// D- to 0V for 1ms
	digitalWrite(D_MINUS_0V6, LOW);
	delay(2);

	// Set voltage
	// (now: D+ = 0.6V, D- = 0)
	// D+ must not be low; it cause reset.
	switch (voltage) {
		case E_12V:
			// D+ = 0.6V, D- = 0.6V
			digitalWrite(D_MINUS_0V6, HIGH);
			break;
		case E_9V:
			// D+ = 3.3V, D- = 0.6V
			digitalWrite(D_PLUS_3V3, HIGH);
			pinMode(D_PLUS_3V3, OUTPUT);
			pinMode(D_PLUS_0V6, INPUT);
			digitalWrite(D_PLUS_0V6, LOW);

			digitalWrite(D_MINUS_0V6, HIGH);
			break;
		default:
			// nothing to do
			break;
	}

	set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);
	sleep_mode();
}

void loop() {
}

出力

赤は VBUS, 黄は D-

9V とれたよ〜

9V 時の D+, D-

12V 時の D+, D-

懸念点

0.6V 出力時かなりドライブ能力が低いのが心配。

メモ

スイッチ切り替えで任意電圧とれるアダプタみたいなのがあると便利そうですね。

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  3. Quick Charge 2.0 電源から 9V をとる (任意の電圧をとる)

とりあえずとれるところまではやっていたが、ちゃんと負荷をかけていなかったのでかけたメモ

[Qualcomm認証済み]Aukey モバイルバッテリー 大容量 10400mAh スマホ充電器 [Quick Charge 2.0対応] 急速充電可能 (シルバー)PB-T1 -

5.0 / 5.0

例によってこのバッテリーで、結論からいうとスペック通り(12V 1.35A) の出力はとれ、ノイズ(リプル)も定格内だと全く問題なさそう。

  • 実際は 1.5A超ぐらいまでは出力され、1.6Aぐらいでシャットダウンされる。電源ボタンを押すとすぐリセットされるのでポリスイッチ以外での制御もしている? ショートされた場合はしばらくリセットもできないのでポリスイッチも入ってそうだけど
  • QucikCharge モードに入っている場合でも、低電流状態が続くと自動シャットダウンされる。1分ぐらい。閾値は面倒なので調べていない 。スペックに表記はない。

ちなみにこれ、安い割に外装がちゃんとアルミで、しっかりしている。ただしパワーが入っている間は常にコイル鳴きが聞こえる。負荷があがるとコイルもさらによく鳴く。

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  2. tech
  3. Quick Charge 2.0 バッテリーから12Vをとる(追試)

前行におく

promise.
  then(function () { }).
  catch(function () { });

後行におく

promise
  .then(function () { } )
  .catch(function () { });

どっちもいいんだけど、僕は前行においております

  • JS には自動セミコロン挿入があるので閉じ括弧で行が終わっていると不安になる
  • 上から順に読んでいく場合は行継続のマークが行の最後にあったほうが読みやすい気がする
  • then 〜 . で、ピリオドを文の終わりのように見せられる

行頭を重点的に見ながらコード読む人にとっては前の行との繋がりがわかりやすいのは、後行にドットなので (前行に置いた場合に行頭だけ読んでいくとただの関数コールに見える)、難しいところですね。

JS の場合セミコロン自動挿入があるのが嫌で、これが一番の理由で前行につけているフシがある。(文法違反になってはじめてセミコロン挿入がくるので、この場合どちらもセミコロン自動挿入は起きませんが……)

then 〜 . で1行にするとセミコロンと対応する感じになるので良いような気がする。

条件演算子で

var piyo = foo ? bar:
           fuu ? baz:
                 buz;

みたいに書くとき : と ; が対応していい感じなので、そういうイメージでいます

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  3. JS のメソッドチェインでドットを前行に置くか後行に置くか