MPLAB SIM で入出力のシミュレート2005/08/22
いろいろなスティミュラスPICのプログラム開発では、MPLABがよく使われます。MPLABもいつの間にかバージョンが7.20になっています。 アセンブルやコンパイル、ステップ、トレース、ブレークなどの方法はほとんど変わっていませんが、 入力をシミュレートするスティミュラスの使い方は、 大きく変わってしまったようです。 MPLAB SIMの基本的な部分の使い方については、MICROCHIP社のサイトに MPLAB IDE v6.xxクイックスタートや、Ver4.00のMPLAB(R)Getting Started-MPLABチュートリアル があるので（両方とも日本語）、そちらの方が簡単でわかりやすく説明されています。 ここでは、それらのデータシートの内容から大きく変わってしまった部分について、簡単な非同期のスティミュラスから、 SCLファイルを使ったちょっと複雑なシミュレートまで説明してみます。 （MPLAB IDE User's Guide[英語版]には詳しく載っているようです。） デバイスはPIC12F675を使用した例で説明します。 １．Asynchronous Stimulus（非同期入力） まずは簡単な非同期スティミュラスから。
（入力にスイッチなどを使用する場合は、チャッタリングの除去が必要です。） プログラムの内容は、GP<3>に'H'パルスが入るたびに、GP<0>からGP<2>の3ビットが順次カウントアップされていくものです。 出力は、Watchウィンドウなどで見ればわかります。 入力をシミュレートするのに、ここではAsynchronous Stimulus（非同期入力）を使ってみます。 このAsynchronous Stimulusでは、プログラム実行中にあるピンに対して、
[Pin/SFR]の欄では入力したいピンを選びます。 [Action]の欄ではどんな入力をするか選びます。 [Pulse …]を選んだ場合には[Width]と[Unit]の欄でそのパルス幅を入力します。 ここでは、[Set Low]と[Pulse High]の2種類設定してみました。 下の[Pulse High]だけでもいいのですが、GP<3>が'H'のときにプログラムを停止してしまうと'L'に戻らなくなる場合があるため[Set Low]も入れてみました。 プログラム実行中に[Fire]欄の2番目の[ > ]をクリックすると、50usのパルスがGP<3>に入力されます。 プログラムの実行は[Run][Animate][Step]のどれでもいいのですが、 [Run]の場合は実行速度が速いが、設定によっては実行途中の結果が表示されません。 [Animate]の場合は実行速度が遅いが、実行中のソース行やレジスタの内容などが順次表示されます。 [Step]の場合は複雑だったり長いプログラムではシミュレートに時間がかかるが、分岐やフラグの変化などが確実に観察できます。
2005/08/23
２．Synchronous Stimulus - Clock Stimulus（同期入力 - 繰り返しパルスの入力） 前述の1.Asynchronous Stimulusでは、Stimulus Controllerウィンドウを開いて動作条件などを入力しましたが、ここで行うSynchronous Stimulusでは [SCLファイル]が必要です。 通常、[SCLファイル]はSCL Generatorで生成します。 少々複雑なので図に表してみました。
ここでは、GP<3>に初期値'Low'、'Low'の期間が80サイクル、'High'の期間が20サイクルの10kHz（OSCクロックが4MHzの場合）のパルスを設定しました。 この状態で、[Genetate SCL From Workbook]をクリックするとSCLファイルが作成されます。
StepやAnimateで実行させてWatchウィンドウで状態を確認する以外にも、 GPIOのピンの状態を確認する方法があります。 メニューからView→Simulator Logic Analyzerを選択し、ロジックアナライザーを開きます。
[Mode]にSimpleと表示されていますが、不明です。 [TimeBase]は横軸の間隔を選択しますが、このバージョンでは'Cyc'しか選択できないようです。 [Trigger Position]と[Trigger PC =]はセットで使用します。 ピンの状態などを記憶できる量には限りがありますので、複雑で長いプログラムを実行させた場合などは プログラムの最後のほうしか記憶、表示されません。 したがって、表示したい部分を「記憶表示したいアドレス」と「そのアドレスの前/前後/後」で指定します。 [＋]と[−]はズームですが、これは縦と横同時にズームされますので、使い道はあまりありません。 その左の[Zoom(Axes)]をクリックした後、横軸目盛付近をクリックすると、マウスでのドラッグや矢印キーでズームできるようになります。 ズームした状態で移動したい場合は、更に左の[Move(Axes)]をクリックすると、同様に移動できます。 このロジックアナライザーは表示されるタイミングに注意する必要があります。 ・Step Into、Step Overでcall以外の実行、Animateの場合は表示が更新されません。 ・Step Overでcallを実行、またはRunで実行しブレークポイントで停止した場合は表示が更新されます。 任意の場所で表示を更新したい場合は、一つ先のアドレスにブレークポイントを設定し、Runでアドレスを進めます。
2005/08/24
３．Synchronous Stimulus - Pin/Register Actions（同期入力 - 任意パルスの入力） RS-232Cの入力など、送信側の決めたタイミングで送られてくるパルスをシミュレートするのが[Pin/Register Actions]です。 今までと同様に、メニューからDebugger→SCL Generator→New Workbookを開きます。 一番左の[Pin/Register Actions]のタブを使用します。 ピンを追加するには[Click here to Add Signals]をクリックします。
2005/08/25
４．Synchronous Stimulus - Advanced Pin/Register（同期入力 - 任意パルスの入力[条件付]） ここでは、クロック同期入力のシミュレートを行ってみます。 例えば、次のような入力信号をシミュレートします。 ・PICが何も出力しない時は、何の入力信号も発生しません。 ・PICがGP4にパルスを出力する毎に、その立ち上がりから80ns遅れてGP5にデータが入力されます。 ・データは'1'、'0'、'1'、'0'の順とします。
左のSCLファイルでは、testbench〜end testbench;の間にprocess〜end process;が4つあります。 これでは、この4つの動作がそれぞれ独立してしまって期待通りの動作ができません。 例えば、この4つが別々の条件で、別々のピンに対する入力を指示しているのならうまく動作するでしょう ところが、今回はこの4つを順番に動作させたいのでうまくいきません。 そこで右側のようにSCLファイルを書き換えてみました。 もしかすると単に操作方法を知らないだけで、SCLファイルを書き換えなくても別の入力方法があるのかもしれません。
各processから、この3行を取り出して全てのprocessを結合してしまいます。 ・最初のwait until GP4 == '1';はGP4の出力が'1'になるのを待ちます。 これは、単に'1'かどうかではなく、'0'から'1'への立ち上がりを見ているようです。 したがって、このような行を連続して記述しても、そのピンが一旦'0'にならないと次へ進みません。 ・次のwait for 80 ns;は、単に指定時間待つ動作が行われます。 ただし、ここで指定したように80nsのような極めて短い時間は有効かどうかわかりません。 12F675が4MHzのクロックで動作しているので、ちょうど1step実行するのに1usかかるため、それより短い時間は意味が無いかもしれません。 ・次のGP5 <= '1';は、GP5に'1'を入力します。 一般にプログラミング言語で'<='の記号は大小の比較に使われますが、ここではピンやレジスタにセットするという意味のようです。 ・ここまでが一つのクロックに対する1ビットのデータ入力のシミュレートですが、次のクロックの立ち上がりを待つために一旦クロックの立下りを待たないと 次のクロックの立ち上がりに進まないようなので、wait until GP4 == '0' を入れておきます。（2005/11/09追加修正） ・process内の最後の行にあるwait;は、ここでprocess内の処理が終了することを意味しているようです。 process内の最後の行にwait;ではなく、wait for xx（時間指定）;やwait以外の処理が書かれている場合は、processの最初に戻って、 繰り返し実行されます。
いくつかのSCLファイルを見て、これらのほかに次のようなものもありました。 report 'xxx'； … アセンブルエラーなどを表示するOutputウィンドウにメッセージを表示します。 SCLファイルの中のどの場所が処理されているのか見る場合などに使用するといいでしょう。 wait for （時間指定）の単位にns（ナノセコンド）、us（マイクロセコンド）、ms（ミリセコンド）以外があります。 SCLジェネレータでいろいろ指定してみて、実際に実行させてみないと詳しいことはわかりません。 loop〜end loop; … Clock Stimulusを使用した時に出力されます。 前述のように、processも最後にwait;が無ければ繰り返し処理されます。 はっきりとした使い分けはわかっていません。 まだほかにもSCLファイルに出力されるものがあるかもしれませんが、このくらい覚えていれば、「やりたいことがSCLジェネレータで入力できない。」 とか、「思ったとおりに入力が入ってこない」等の時にSCLファイルの内容をチェックし、または書き換えることができるでしょう。 このページに書いてある内容はあくまで一例で、
MPLAB7.20 SIMのStimulusを使い始めるきっかけとなるよう書いたものです。 正確で詳しい内容は、HELPやUser's GUIDEなどに書かれているでしょう。 バージョンが上がれば使い勝手の悪い部分が修正されたり、操作方法などが変更になるかもしれません。 つづく・・・
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