たまりば

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PICライタ製作_1
2012年05月28日 01:20

(ブログには書いていないが)今までPICで色々作ってきたが、ライタ(書き込み機)にはずっと自作したRCDライタを使っていた。
RCDライタというのは、詳しくは作者のページ(http://feng3.nobody.jp/rcd/)を見るとよいが、部品代数百円で作れる非常に財布に優しい物である。
しかしこれには欠点があって、最近のPICには書き込めない。
PICのプログラミング(書き込み)時には、プログラミングモードに移行させる指令として高電圧を掛けるのだが、この電圧が昔のものは12V前後なのだが最近の石では9Vになっている。
RCDライタではこの電圧が固定なのでそのまま使うと過電圧で石を壊してしまう。
また、少し前から大抵の石はLVP(Low Voltage Programming; 低電圧書き込み)モードがあるのだが、これもRCDライタは対応していない。
まあ新しい石を使わなければいい話なのでさほど気にせずやってきたのだが、この前衝動買いしたPIC10F322という石が9Vタイプであった。
折角買ったのに使えないのは癪なので、最近の9Vタイプにも書き込めるような書き込み機の情報を探そうかと思ったのだが、どうせなら自分で作った方が楽しいという結論に達した。

というわけで、PICライタを設計してみようかと思う。
作るにあたって、まずは書き込み方法の資料を入手する。
これはデバイスのファミリーごとに「PIC10(L)F320/322 Flash Memory Programming Specification」のような名前で公開されている。
なおデバイスごとに微妙に受け付けるコマンドが違ったりもするが書き込み手順自体は基本的にはみな同じである。
まずプログラミングモードに移行させて(このやり方は数種ある)から、クロックとデータの2本の線でシリアル通信をするという仕組みで、意外と簡単そうである。

今回まずは書き込みの実証程度のプログラムを作ってみた。
使った石は(書き込み側も書き込まれ側も)PIC16F628A。PICを始めるときに18ピンで安いものを選んで買った物だが、無難に色々機能があって使いやすいので以来ずっと愛用している。先日1番ピンが折れたがまだ使える。
何気にLVP(旧式)対応なので今回のテストに最適だ。
LVPなら面倒な高電圧を用意する必要が無いのと、新式のLVPはプログラミングモードに移行させるためにコマンド入力が必要なのだが旧式はピンを1本余計に使う代わりにこの面倒が無い。
事前にRCDライタでLVPをオンに設定して、ついでにプログラムメモリは全消去しておく。
書き込む内容はプログラム中にハードコーディングしておき、プログラムでは書き込みのみを行う。
プログラミングモードに入る手順を勘違い(※)してちょっとはまったりもしたが、まあそれなりにスムーズに成功した。
※手順は、「電源を印加」→「PGMピンをH」→「リセットを解除」なのだが、最後リセットをONにするのだと勘違いしていた。

書き込み風景はこんな感じ。
PIC書き込み実証
右が書き込み側、左が書き込まれ側。
上の抵抗2本がPGMと/MCLR、下の赤い線2本がPGD(データ)とPDC(クロック)に繋がっている。
LEDは書き込み信号が出力されているか確かめるために付けたのだが、外さなくても書き込めたのでそのままになっている。

書き込み用のコードはこんな感じ。
あまり人に見せるコードではないが、書き込めて嬉しいので勢いで公開してしまう。
 list p=16f628a
 #include p16f628a.inc
 variable env

; RA2+-v-+RA1
; RA3|  |RA0
; RA4|  |RA7
; RA5|  |RA6
; Vss|  |Vdd
; RB0|  |RB7
; RB1|  |RB6
; RB2|  |RB5
; RB3+---+RB4

env = _BOREN_OFF
env &= _CP_OFF
env &= _DATA_CP_OFF
env &= _PWRTE_OFF
env &= _WDT_OFF
env &= _LVP_OFF
env &= _MCLRE_OFF
env &= _INTOSC_OSC_NOCLKOUT
 __config env

RAMSTART equ 0x20
clk equ 0
dat equ 1

LOAD_CONF equ b'00000000'
LOAD_PROG equ b'00001000'
LOAD_DATA equ b'00001100'
INC_ADDR equ b'00011000'
READ_PROG equ b'00010000'
READ_DATA equ b'00010100'
BEGIN_PROG equ b'00100000'
ERASE_PROG equ b'00100100'
ERASE_DATA equ b'00101100'

 cblock RAMSTART
  count
  count2
  pgmcount
  iobuf
  clkbuf
  datbuf
  ptr
  temp
  
  freeram
 endc
;

 org 0x00
init

 clrf PORTB

 bsf STATUS,RP0
 
 clrf TRISB ; PORTB : all output
 clrf TRISA ; PORTA : all output

 clrf STATUS
 decf CMCON,F ; Comparator Off

 movlw 0x10
 movwf pgmcount

 clrf count2

waitloop1 ;なんとなく待つ
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 decfsz count2
 goto waitloop1

 clrf iobuf ;PGMピンをHに
 bsf iobuf,7
 movf iobuf,W
 movwf PORTB
 nop ;5usでいいがなんとなく余計に待つ
 nop
 nop
 nop
 bsf iobuf,6 ;/MCLRピンをHに
 movf iobuf,W
 movwf PORTB

 clrf ptr

pgmloop
;ロード
 movlw freeram
 movwf FSR
 ;load for program memoryコマンドをセット
 movlw LOAD_PROG
 movwf INDF
 incf FSR,F
 movlw 0xFC
 movwf INDF
 incf FSR,F

 ;プログラムデータをセット
 call setdata
 incf ptr

 movlw freeram-1
 movwf FSR
 movlw d'24'
 call transmit

;プログラム
 movlw freeram
 movwf FSR
 ;begin programコマンドをセット
 movlw BEGIN_PROG
 movwf INDF
 incf FSR,F
 movlw 0xFC
 movwf INDF
 incf FSR,F
 movlw freeram-1
 movwf FSR
 movlw d'8'
 call transmit

;待ち。ループ書くのめんどくさい。
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us
 call wait500us

;アドレス++
 movlw freeram
 movwf FSR
 ;inc addressコマンドをセット
 movlw INC_ADDR
 movwf INDF
 incf FSR,F
 movlw 0xFC
 movwf INDF
 incf FSR,F
 movlw freeram-1
 movwf FSR
 movlw d'8'
 call transmit

 decfsz pgmcount
 goto pgmloop
 
 goto $

transmit
 movwf count
transmitloop
 movlw 0x07
 andwf count,W
 btfss STATUS,Z

 goto noadvance

 incf FSR
 movf INDF,W
 movwf datbuf
 incf FSR
 movf INDF,W
 movwf clkbuf

noadvance

 ;clkをLに
 bcf iobuf,clk
 movf iobuf,W
 movwf PORTB

 ;データ準備
 rrf datbuf,F
 bcf iobuf,dat
 btfsc STATUS,C
 bsf iobuf,dat
 rrf clkbuf,F
 btfsc STATUS,C
 bsf iobuf,clk

 ;出力
 movf iobuf,W
 movwf PORTB

 decfsz count,F
 goto transmitloop

 ;clkをLに
 bcf iobuf,clk
 movf iobuf,W
 movwf PORTB

 return

;;;;

setdata
;プログラムデータをセット
 movf ptr,W
 call readtable
 movwf INDF
 rlf INDF,F
 rlf temp,F ;Cを保存
 incf FSR,F
 movlw 0xFF
 movwf INDF
 incf FSR,F
 incf ptr
 movf ptr,W
 call readtable
 movwf INDF
 rrf temp,F ;Cを取り出し
 rlf INDF,F
 incf FSR,F
 movlw 0xFF
 movwf INDF

 return
 
;;;;

;0.5ms待つ
wait500us
 movlw d'165'
 movwf count
loop500us
 decfsz count,F
 goto loop500us
 return


readtable
 addwf PCL
programtable
 dt 0x83, 0x16, 0x86, 0x01, 0x85, 0x01, 0x83, 0x01, 0x9F, 0x03, 0x55, 0x30, 0xFF, 0x3A, 0x85, 0x00
 dt 0x86, 0x00, 0xA0, 0x01, 0xA1, 0x01, 0xA1, 0x0B, 0x0B, 0x28, 0xA0, 0x0B, 0x0A, 0x28, 0x06, 0x28
 dt 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 ;何か間違ったときのために少し余計にデータを置いておく
 dt 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

 end
最後の32バイトのデータが書き込んだプログラム。
このソースも一応書いておく。全てのI/Oピンから交互にH/Lを出力する。適当なピンとピンの間にLEDを挿してチェックできる。
なんとなく短さに挑戦してみた。同じ条件でこれ以上縮められる気はあまりしない。
(宣言とか略)
 org 0x00
init

 bsf STATUS,RP0
 
 clrf TRISB ; PORTB : all output
 clrf TRISA ; PORTA : all output

 clrf STATUS
 decf CMCON,F ; Comparator Off

 movlw 0x55
loop
 xorlw 0xFF
 movwf PORTA
 movwf PORTB

 clrf count1
wait1
 clrf count2
wait2
 decfsz count2
 goto wait2
 
 decfsz count1
 goto wait1

 goto loop

これからの予定:
・PCのシリアルポートからデータを受け取って書く
・書き込み用高電圧を昇圧回路で作る
・USBに対応
・既存のライタとインターフェースを合わせる  
タグ :マイコン

  • PICで1バイト浮動小数点数
    2012年05月14日 00:08

    ふとPICで浮動小数点数を扱いたくなったのでアルゴリズムを作ってみた。

    もっとも、浮動小数点数というと語弊があるかもしれない。そんな大層なものではない。
    ちょっとテーブルを作りたかったのだが、そのまま作ると1個当たり2バイトの容量になってしまうのでそれを1バイトに圧縮したというだけである。
    なので、これで演算をすることは考えていない。また、PIC上でエンコードすることも考えていない。

    目標はこんな感じである。
    ・1バイトの浮動小数点数。
    ・表す値は2バイト。
    ・デコードをなるべく単純に。エンコードのことは知らん。

    これで作ってみたら以下のようになった。
    まず仕様はこんな感じ。
    仮数部 : 4bit (ケチ表現で実質5bit)
    指数部 : 4bit
    符号 : なし
    最小値 : 2 0 (ただし1が飛んでいる) (5/15訂正)
    最大値 : 63488 (0xF800)

    ただしエンコードを軽視したために指数部のビットパターンが少々複雑になった。ビットパターンは次のとおりである。
    ・上4bitが仮数部 (ケチ表現なので5bitの値の下4bit)
    ・下4bitは上から順に、指数部の3bit目、1bit目、0bit目、2bit目
    なお、普通の順にしてもデコードの途中で1回シフトすればいいだけなのでこんな変なことをすることもなかったかもしれない。まあいいや。

    他にもいくつか問題がある。
    両端の値が表せない。0, 1, 65535は表したいところである。←0は表せました。
    指数部を普通の順にしたとして、指数部と仮数部の順が普通と逆なので、数値が順に並ばない。
    仮数部・指数部4bitづつでは普通20bitの範囲が表せるがそれを16bitに制限したため、無駄が多い。
     256個の値のうち有効なものは206207個しかない。

    直そうと思えば直せるものもあると思うが、今回の目標としてデコードを単純にするというのがあるので、気にしないことにする。

    デコード用プログラムは以下。33ワード。最大35サイクル。
    ;使用するレジスタ
    ;ansh: デコードされた値(上位)
    ;ansl: 〃(下位)
    ;exp: 指数
    ;exp10: 指数の0,1bit目

    ;使い方
    ;Wに浮動小数点数を入れてCALL
    ;<ansh:ansl>にデコードされた値が入る

    decodefloat
    ;各種値をセット
     clrf ansh
     movwf ansl
     andlw 0x0F
     movwf exp
     andlw 0x06
     movwf exp10
     movlw 0xF0
     andwf ansl,F
    ;exp: 0000nnnn
    ;exp10: 00000nn0
    ;ansh:ansl: 00000000 nnnn0000

    ;指数がx0xxならば4bitずらす
    ;同時に、仮数の5bit目を立てる
     btfsc exp,0 ;指数<2>
     goto shift4end ;if x0xx, then do
     swapf ansl,F
     bsf ansl,4
     btfsc exp,0
    shift4end
     bsf ansh,0 ;if x1xx

    ;指数 ansh   ansl
    ;x1xx: 00000001 nnnn0000
    ;x0xx: 00000000 0001nnnn

    ;指数が1xxxなら8bitずらす
    ;同時に、指数が11xxなら仮数の5bit目としてtempフラグを立てる
    ;tempフラグは空いているexp<7>を流用
     btfss exp,3
     goto shift8end ;if 1xxx, then do
     movf ansl,W
     movwf ansh
     clrf ansl
     btfsc exp,0 ;指数<2>
     bsf exp,7 ;if 11xx, then do
    shift8end

    ;11xx: nnnn0000 00000000, temp=1
    ;10xx: 0001nnnn 00000000, temp=0
    ;01xx: 00000001 nnnn0000, temp=0
    ;00xx: 00000000 0001nnnn, temp=0

    ;指数<1:0>に応じて右シフト
     movlw low(jumptarget) ;ジャンプ先アドレスをWにセット
     addwf exp10,W ;。
     btfsc exp,7 ;tempフラグをCにセット
     bsf STATUS,C ;。
     movwf PCL ;exp<2:1>の値に応じてジャンプ
    ;ここからページ境界不可→
    jumptarget
     rrf ansh,F ;if 0 then 3回シフト
     rrf ansl,F
     rrf ansh,F ;if 1 then 2回シフト
     rrf ansl,F
     rrf ansh,F ;if 2 then 1回シフト
     rrf ansl,F
     return ;if 3 then シフトしない
    ;→ここまで

    全ての有効な値を順に並べると以下のとおり。
    見て分かるように順序が分かりづらい。
    ここに書かれていない値を入れた場合どうなるかは試していないが、他と全く同じかほぼ同じ値になるはずである。暴走は多分しない。
     DT 0x0F, 0x00, 0x80, 0x02, 0x42, 0x82, 0xC2, 0x04 (5/15 0x0F(0に相当)を追加)
     DT 0x24, 0x44, 0x64, 0x84, 0xA4, 0xC4, 0xE4, 0x06
     DT 0x16, 0x26, 0x36, 0x46, 0x56, 0x66, 0x76, 0x86
     DT 0x96, 0xA6, 0xB6, 0xC6, 0xD6, 0xE6, 0xF6, 0x01
     DT 0x11, 0x21, 0x31, 0x41, 0x51, 0x61, 0x71, 0x81
     DT 0x91, 0xA1, 0xB1, 0xC1, 0xD1, 0xE1, 0xF1, 0x03
     DT 0x13, 0x23, 0x33, 0x43, 0x53, 0x63, 0x73, 0x83
     DT 0x93, 0xA3, 0xB3, 0xC3, 0xD3, 0xE3, 0xF3, 0x05
     DT 0x15, 0x25, 0x35, 0x45, 0x55, 0x65, 0x75, 0x85
     DT 0x95, 0xA5, 0xB5, 0xC5, 0xD5, 0xE5, 0xF5, 0x07
     DT 0x17, 0x27, 0x37, 0x47, 0x57, 0x67, 0x77, 0x87
     DT 0x97, 0xA7, 0xB7, 0xC7, 0xD7, 0xE7, 0xF7, 0x08
     DT 0x18, 0x28, 0x38, 0x48, 0x58, 0x68, 0x78, 0x88
     DT 0x98, 0xA8, 0xB8, 0xC8, 0xD8, 0xE8, 0xF8, 0x0A
     DT 0x1A, 0x2A, 0x3A, 0x4A, 0x5A, 0x6A, 0x7A, 0x8A
     DT 0x9A, 0xAA, 0xBA, 0xCA, 0xDA, 0xEA, 0xFA, 0x0C
     DT 0x1C, 0x2C, 0x3C, 0x4C, 0x5C, 0x6C, 0x7C, 0x8C
     DT 0x9C, 0xAC, 0xBC, 0xCC, 0xDC, 0xEC, 0xFC, 0x0E
     DT 0x1E, 0x2E, 0x3E, 0x4E, 0x5E, 0x6E, 0x7E, 0x8E
     DT 0x9E, 0xAE, 0xBE, 0xCE, 0xDE, 0xEE, 0xFE, 0x09
     DT 0x19, 0x29, 0x39, 0x49, 0x59, 0x69, 0x79, 0x89
     DT 0x99, 0xA9, 0xB9, 0xC9, 0xD9, 0xE9, 0xF9, 0x0B
     DT 0x1B, 0x2B, 0x3B, 0x4B, 0x5B, 0x6B, 0x7B, 0x8B
     DT 0x9B, 0xAB, 0xBB, 0xCB, 0xDB, 0xEB, 0xFB, 0x0D
     DT 0x1D, 0x2D, 0x3D, 0x4D, 0x5D, 0x6D, 0x7D, 0x8D
     DT 0x9D, 0xAD, 0xBD, 0xCD, 0xDD, 0xED, 0xFD

    余談。
    このプログラムを作るにあたって1ヶ所はまった所がある。
    最後の0~3回シフトする所なのだが、ここで有効なbitが最上位の4bitだった場合にケチ表現の1bitを入れるのを忘れていた。
    キャリーに入れればいいのはわりとすぐ気づいたのだが、ここで問題が起こった。
    最初のコードはこんな感じだった。
     movf exp10,W ;指数<1:0>をワーキングレジスタにセット
     addwf PCL ;プログラムカウンタに加算
     rrf ansh,F
     rrf ansl,F
     rrf ansh,F
     rrf ansl,F
     rrf ansh,F
     rrf ansl,F
     return
    プログラムカウンタに値を加算するのはPIC特有のイディオムで、PICには変数でジャンプする命令が無い代わりにプログラムカウンタに対して演算する設計になっている。
    なので今回も相対ジャンプのために何も考えずに使っていたのだが、これではプログラムカウンタに加算するときにキャリーが破壊されてしまうので、今回のようにキャリーを使いたい時に困る。
    破壊されるなら別の場所に一時保存しておけばいいかと思ったが、相対ジャンプの直後に使うことになるので不可能である。
    これはどうしようもないかなと思ったときに思いついたのが上記のコードである。ジャンプ先のアドレスを先に計算しておけばよかったのだ。

    PICを使っているとどうもこういうことが多い。欲しい機能が無くてアルゴリズムが実装できないかと思うと、よく考えてみると他の機能で代替できる。
    PICのアーキテクチャはよく考えられているのだなあと思う。

    -----
    5/15 訂正
    0は表せないと思っていたが表せたので各所を訂正。