マイコンのシステム制御について

マイコンの割り込み処理とは

通常のプログラムの動作中に、緊急に処理しなければならなかったり、ある時間までに処理を終えなければならなかったりすることがあります。この場合に、実行しているプログラムを一時中断して他のプログラムを実行することを割り込み処理と言います。

割り込み処理には、大きくソフトウェア割り込みとハードウェア割り込みがあります。まず前者のソフトウェア割り込みとは、例えば、実行中のプログラムがオーバーフローや0除算などのエラーを起こしたり、書き込み禁止メモリ領域へ書き込もうとしたりした場合など、実行中のソフトウェアが原因となって発生します。

一方のハードウェア割り込みとは、例えば、キーボードのキーを押すなど周辺機からのデータ入力が発生した際に、割り込み要求端子の電圧をHIからLOWにしてアサートすることで、実行中のCPU命令実行が中断され、入力処理ルーチンの実行処理が割り込まれるなど、実行中のハードウェアが原因となって発生します。

割り込み処理のポイント

●全割り込み禁止／許可の落とし穴

割り込み禁止／許可は細心の注意が必要です。

関数コールと割り込み許可／禁止の関係で、思わぬ不具合が発生することがあります。割り込みを禁止した後に、関数コールをしてコールされた関数内で割り込み禁止と割り込み許可があると本来、割り込み禁止状態を継続しておきたい箇所で割り込み許可になってしまうという意図しない動作になってしまいます。

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●割り込み内でのポート入力には注意が必要

信号の立上りエッジまたは立下りエッジで割り込みを発生させ、ノイズ対策等の目的で割り込み処理内で信号のレベルを再度確認する場合、

　①CPU内、割り込みポートの入力回路構成

　②割り込みの処理タイミング

により、割り込み処理が実行されない可能性があるため、注意する必要があります。

CPUによっては、割り込み要因はシュミットトリガー回路を通して処理され、ポート読み取りはシュミットトリガー回路は通さずに値を読み取ることになります。

立ち上がりの遅い信号や、ノイズがのりやすい信号の場合では、割り込み内でポートを読み取ったときに割り込みを発生したときと High/Lowのレベルが異なる可能性があります。

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●変数の参照と割り込み処理の落とし穴

ロング長（32ビット／4バイト）の変数を読み取るときに、マイコンによっては 1命令で読み取れるものと、16ビットずつ 2命令で読み取るものとがあります。
　　具体例：　ルネサス H8マイコンは 1命令、　ルネサス RL78マイコンは 2命令

2命令で読み取るマイコンの場合、注意しないと意図しない不具合が発生することがあります。

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●割り込み処理時間は出来るだけ短時間に

割り込み周期に対して、割り込み処理時間が半分以下になるようにします。上記が無理な場合でも、割り込み処理時間は割り込みの周期を超えてはいけません。処理が終わっていないのに次の割り込みタイミングになると、割り込み以外の処理ができずシステムとして破綻してしまいます。

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●割り込みの優先順位と多重割り込み

割り込み周期が短い場合や、割り込み処理が遅れると制御対象に影響がある場合は割り込みの優先順位を上げて、多重割り込みを検討します。多重割り込みを許可していない場合は、割り込みの処理途中に異なる割り込みが発生しても、先行する割り込みの処理が終わるまで割り込みは待たされてしまいます。

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