前回に引き続き、今回も下記サイトを参考にベアメタルプログラミングをしていく。

今回は UART でのデータ送受信。

参考ページは下記。

必要なハードウェアの調達

UART するには通信ケーブルが必要なので調達した。

Amazon | Aukru Raspberry Pi 用 PL2303HX USB to TTL UART RS232 COM シリアルケーブル変換アダプタモジュールブラック 1m | Aukru | シリアルケーブル通販

ドライバは下記ページを参考にした。

Windows10でPL2303を無理やり動かす | なんでも独り言

UART を使用するための設定

config.txt を作成し、 enable_uart=1 を記述。あとで SD カードのルートに格納する。

この辺は今のところ「おまじない」としておく。

このおまじないをすると、 GPU が Mini UART を使えるようにしてくれるようになるらしい。そのため、我々は、 UART の初期化コードを書くことなくプログラミングできるっぽい。

UART を使うためのレジスタの確認

使うレジスタ

BCM-ARM-Peripherals.pdf の 8 ページ目から UART のレジスタについて説明されている。

今回使うのは、 AUX_MU_LSR_REG(Mini Uart Line Status) と AUX_MU_IO_REG(Mini Uart I/O Data) 。

Raspberry Pi 3 なので、上位アドレスを読みかえ、それぞれ 0x3F215054, 0x3F215040 となる。

ステータスレジスタについて

AUX_MU_LSR については、BCM-ARM-Peripherals.pdf の 15 ページ目に説明が書いてあるみたい。

プログラム作成

/**
 * Mini Uart 送受信に使用するレジスタ。
 *
 * 書き込むと送信 FIFO にプッシュ,
 * 読み込むと 受信 FIFO からポップしてくれる素敵仕様らしい。
 */
#define MU_IO (*(volatile unsigned int *)0x3F215040)

/**
 * Mini Uart 送信 FIFO の状態確認をするための情報が入ったレジスタ。
 *
 * 6 ビット目 : Transmitter idle, アイドル状態か？
 *              1: アイドル状態, 0: ビジー状態
 * 5 ビット目 : Transmitter empty, 1 バイト以上送信受付可能か？
 *              1: 可能, 0: 不可能
 * 0 ビット目 : Data ready, 1 バイト以上受信しているか？
 *              1: 受信している, 0: 受信していない
 */
#define MU_LSR          (*(volatile unsigned int *)0X3F215054)
#define MU_LSR_TX_IDLE  (1U << 6) /* Transmitter idle のビットマスク */
#define MU_LSR_TX_EMPTY (1U << 5) /* Transmitter empty のビットマスク */
#define MU_LSR_RX_RDY   (1U << 0) /* Data ready のビットマスク*/

int main(void) {

    // 受信文字列格納用
    volatile char ch;

    while (1) {
        // 受信するまでビジーループ
        while (!(MU_LSR & MU_LSR_RX_RDY));

        // 受信データ記録
        ch = (char)MU_IO;

        // 送信受付可能状態になるまでビジーループ
        while (!(MU_LSR & MU_LSR_TX_IDLE) && !(MU_LSR & MU_LSR_TX_EMPTY));

        // IO レジスタにデータ書き込み
        MU_IO = (unsigned int)ch;
    }

    return 0;
}

配線

元ネタのページにも記載されているが、ピン番号はこちらで確認した。

パソコンとシリアル通信する方法

まじめな人はこれと BCM2835-ARM-Peripherals.pdf を見比べて、仕様書の見方に慣れていくのが良いかと。 (多分 102 ページ目からの説明とか 176 ページ目からの説明とかが対応する記述なのだと思う。)

購入した変換ケーブルの説明を見ると、下記のようになっている。

ブラックケーブル ----- GND
グリーンケーブル ----- TXD
ホワイトケーブル ----- RXD
レッドケーブル ------- VCC - 5V

というわけで、下記感じで配線する。

PIN  6(GND) ----- ブラック(GND)
PIN  8(GPIO14) -- ホワイト(RXD)
PIN 10(GPIO15) -- グリーン(TXD)

動作確認

SD カードに bootcode.bin, start.elf, config.txt, kernel8.img をコピーして、Raspberry Pi に挿す
PC に変換ケーブルを挿す
シリアルコンソールを起動し、 Com の設定を行う(後述)
Raspberry Pi に電源供給
入力文字がエコーバックされれば OK

シリアルコンソールについて

今回は、 RLogin を使用することとした。 sixel 関係で使っていて、使い慣れていたので。

rlogin/telnet/ssh(クライアント)ターミナルソフト

設定は、下記のようにすれば OK のはず。

ビット/秒 : 115200
データビット : 8
パリティ : なし
ストップビット : 1
フロー制御 : ハードウェア

以上。

親知らずの日記

2016/12/24

Raspberry Pi 3 Model B+ でベアメタル UART 出力