【Arduino工作〜発展編】AVR-RustでAtmega328pの割り込み処理を試そう!

            1. 割り込み機能を有する周辺回路から割り込み要求(IRQ; Interrupt Re-Quest)が発行
2. 実行予定にあるメモリアドレスを一旦スタックに格納
3. 現行で実行中の命令を完了
4. 割り込みルーチン(ISR; Interrupt Service Routine)へ制御が移行
5. 割り込みルーチンの処理が完了後、メインルーチンで項目2で格納していたプロセスに復帰
        

            COM2A1-COM2A0-COM2B1-COM2B0-無し-無し-WGM21-WGM20

設定例:
    00(OC2Aポート切断)-00(OC2Bポート切断)-00-10(☆)
        

            FOC2A-FOC2B-無し-無し-WGM22-CS22-CS21-CS20

設定例:
    00-00-0(☆)-111
        

            CS22-CS21-CS20:
    000...タイマー停止
    001...分周無し(=1)
    010...1/8
    011...1/32
    100...1/64
    101...1/128
    110...1/256
    111...1/1024
        

            無-無-無-無-無-OCIE2B-OCIE2A-TOIE2

設定例:
    00000-010(比較A一致割り込み有効)
        

            ISR(<割り込みベクタの識別名>) {
    //...サブルーチン処理
}
        

            #define TIMER2_OVF_vect_num   9
#define TIMER2_OVF_vect   _VECTOR(9)   /* Timer/Counter2 Overflow */
        

            #define _VECTOR(N) __vector_ ## N
        

            #[no_mangle]
pub unsafe extern "avr-interrupt" fn __vector_N() {
    //...サブルーチン処理
}
        

            #![feature(llvm_asm)]
//...

pub extern "C" fn main() {
    //...
    //👇割り込み処理を許可
    unsafe { llvm_asm!("sei"); }
    //...
        

            #include <avr/interrupt.h>

//ルーチン間で共有される変数
volatile unsigned char COUNT = 0;

ISR(HOGE_vect) {
    //サブルーチンで変数COUNTを操作...
}

int main(void) {
    sei();
    //メインルーチンでも変数COUNTを操作...
}
        

            //ルーチン間で共有される変数
static mut COUNT: u8 = 0;

#[no_mangle]
pub unsafe extern "avr-interrupt" fn __vector_N() {
    unsafe {
        //サブルーチンで変数COUNTを操作...
    }
}

#[no_mangle]
pub extern "C" fn main() {
    unsafe { llvm_asm!("sei"); }
    unsafe {
        //メインルーチンでも変数COUNTを操作...
    }
}
        

            #![feature(llvm_asm, lang_items, unwind_attributes)]
#![feature(start, abi_avr_interrupt)]
#![no_std]
#![no_main]

extern crate avr_delay;
extern crate avr_std_stub;
extern crate avrd;

use avr_delay::{delay};
use core::ptr::write_volatile;

use avrd::atmega328p::{DDRB, DDRC};
use avrd::atmega328p::{CLKPR};

//👇タイマー1制御レジスタ
use avrd::atmega328p::{TCCR1A, TCCR1B, OCR1A, ICR1};

//👇タイマー2制御レジスタ
use avrd::atmega328p::{TCCR2A, TCCR2B, OCR2A, TIMSK2};

//👇USART関連レジスタ
use avrd::atmega328p::{UCSR0A, UCSR0B, UCSR0C, UDR0, UBRR0};

static mut COUNT: u8 = 0;
static mut OLD_COUNT: u8 = 0;

#[no_mangle]
#[start]
pub extern "C" fn main() {
    clock_init();
    usart_init();
    pwm_init();
    interrupt_init();

    //👇PB1ピン(OC1A), PB3(OC2A)ピンを出力
    unsafe { write_volatile(DDRB, 0b00001010); }

    //👇割り込み処理を許可
    unsafe { llvm_asm!("sei"); }

    loop {
        delay(2000000); //👈1s@8Mhz
        unsafe {
            //👇一秒ごとにカウンターを回す
            cycle_shift(&mut COUNT);
        }
    }
}

#[no_mangle]
fn clock_init() {
    unsafe {
        write_volatile(CLKPR, 0b10000000);
        //👇主クロック周波数16MHzを2分周し、8MHz駆動にする
        write_volatile(CLKPR, 0b00000001);
    }
}

#[no_mangle]
fn pwm_init(){
    unsafe {
        write_volatile(TCCR1A, 0b10000010);
        write_volatile(TCCR1B, 0b00011011);
        write_volatile(ICR1, 65535);
        //👇Duty比: 0.5
        write_volatile(OCR1A, 32767);
    }
}

#[no_mangle]
fn interrupt_init(){
    unsafe {
        //👇タイマ2はCTCモードで、比較A一致で割り込みトリガー
        write_volatile(TCCR2A, 0b00000010);
        //👇1024分周
        write_volatile(TCCR2B, 0b00000111);
        //👇割込み間隔: 0.125us(@8MHz) * 1024 * 100 = 12.8ms
        write_volatile(OCR2A, 100);
        //👇比較A一致割り込み有効
        write_volatile(TIMSK2, 0b0000010);
    }
}

//👇割り込み処理の確認用のUSART設定
#[no_mangle]
fn usart_init() {
    unsafe {
        write_volatile(UBRR0, 51);//9600bps
        write_volatile(UCSR0B, 0b00011000);
        write_volatile(UCSR0C, 0b00000110);
    }
}

//👇タイマー２の比較A割り込みルーチン
#[no_mangle]
pub unsafe extern "avr-interrupt" fn __vector_7() {
    unsafe {
        if OLD_COUNT ^ COUNT != 0 {
            //👇デバッグ用にカウンターをUSARTのTxより送信して、シリアルでモニタリング可
            transmit(COUNT);
            //👇８秒おきにタイマー1のPWM波形のDuty比を変化
            if COUNT == 0 {
                //👇Duty比: 約0.92
                write_volatile(OCR1A, 60000);
            }
            if COUNT == 7 {
                //👇Duty比: 約0.08
                write_volatile(OCR1A, 5000);
            }
            OLD_COUNT = COUNT;
        }
    }
}

//👇循環整数(0~15)の生成
#[no_mangle]
fn cycle_shift(x: &mut u8) {
    *x += 1;
    *x &= (1<<4) - 1;
}

#[no_mangle]
fn transmit(byte: u8) {
    while !ready_to_transmit() {}
    unsafe {
        write_volatile(UDR0, byte);
    }
}

#[no_mangle]
fn ready_to_transmit() -> bool {
    unsafe {
        (*UCSR0A & (1 << 5)) > 0
    }
}