◼️ 🥚 👚 Raspberry Piボードの結論に基づいて任意のシーケンスを生成します 🙎🏿 📪 🌌

投稿者：Nikolai Khabarov、Embedded Expert DataArt、スマートホームテクノロジーエバンジェリスト

この記事では、最新のLinux ARM ARMプロセッサ用の通常のPythonユーザー空間アプリケーションを作成して、ボードの結論に基づいて複雑なパルスシーケンスを生成する方法を説明します。アイデアの本質は、プロセッサのDMAモジュールを使用して、GPIOのメモリ内の事前に準備されたバッファから時間内に高い精度でコピーすることです。

ステッピングモーターなどの複雑なパルスシーケンスを生成する必要がある場合、通常、特別なリアルタイムオペレーティングシステムがインストールされているか、オペレーティングシステムがまったくない、古き良きシンプルなマイクロコントローラーを使用します。この場合の実装は、せいぜいC ++で書かれています。現在、プロセッサははるかに進歩しており、パフォーマンス、すべてのインフラストラクチャおよびソフトウェアでLinuxオペレーティングシステムを使用できること、Pythonなどの高レベルプログラミング言語など、多くの利点があります。それでも、最新のマイクロコントローラーは、原則として、複雑なマイクロコントローラーを使用してGPIOピンを生成しません。

Pythonで完全に記述され、Raspberry Piボード上の最新のARMプロセッサで実行されるCNCマシン、工作機械、3DプリンターのコントローラーのプロジェクトであるPyCNCプロジェクトのステッピングモーターを制御するためのパルス生成を実装しました。

この記事は、他のプロセッサのDMAモジュールを使用して、他の高レベルプログラミング言語の1つまたは複数のGPIOの出力に設定レベルの複雑なシーケンスの生成を実装する場合に役立ちます。

GPIO

汎用入力出力（GPIO）は、物理出力の論理レベルを設定するプロセッサモジュールです。ご存知のように、デジタルの世界では、出力は「0」、つまり、脚が「グランド」に引っ張られるか、「1」、つまり脚が電源に引っ張られる可能性があります。

きっとあなたの多くがLEDを点灯して、マイクロコントローラーの脚の1つを制御します。たとえば、AVRマイクロコントローラーの場合、これは変数の対応するビット、またはよく呼ばれるようにPORTxレジスタを設定することで行われました。この変数は何ですか？ヘッダーファイルを見ると、次のようなものがあります。

#define PORT (*(volatile uint8_t *)(0x12345678))

つまり、出力状態レコードは、既知のアドレスでのこの値のレコードです。これはRAMのアドレスではなく、プロセスの仮想メモリのアドレスではなく、プロセッサ自体のアドレス空間のアドレスであることに注意してください。物理的で、チップ内のどこかに、実際のGPIOモジュールがこのアドレスに接続され、プロセッサコアを介してこのアドレスでアクセスし、情報のバイトを渡して出力ステータスを設定します。そして、ほとんどすべてのプロセッサにこのようなモジュールがあります。 Raspberry Pi ARMプロセッサも例外ではありません。各モジュールがアドレス空間のどこにあるかを正確に知るには、関心のあるプロセッサのドキュメントを調べる必要があります。

Raspberry Piの場合、このドキュメントはこちらです。

その中で、GPIOレジスタはバスアドレス0x7E200000にあります。つまり、対応するアドレスにデータを書き込むことで、ピンの状態を制御できます。すぐに、Raspberry Pi 1、2、および3プロセッサの周辺全体が同じであり、アドレス0x7E000000から始まる周辺バスアドレスがマッピングされる物理アドレスのみが異なることに注意してください。 Raspberry Piのバージョン1の場合、これは0x20000000になり、バージョン2および3の場合は0x3F000000になります。つまり、RPi3プロセッサの場合、バスアドレス0x7E200000にアクセスするには、物理アドレス0x3F200000に書き込む必要があります。上記のリンクのドキュメントでは、すべてのアドレスはバスアドレスです。

ほとんどの場合、LinuxはARMプロセッサにインストールされます。物理メモリにアクセスする方法についての質問がすぐに発生します。それへのアクセスはOSの中核です。仮想アドレス空間で実行する通常のアプリケーションを作成します。幸いなことに、Linuxカーネルは仮想デバイス「/ dev / mem」を介して物理メモリへのアクセスを提供します。これを開くと（スーパーユーザー権限が必要です）、物理メモリに書き込むことができます。公平に言うと、公式のRaspberry Pi OSでは、Raspbianにはドライバー 'bcm2835_gpiomem'によって提供されるデバイス '/ dev / gpiomem'もあり、スーパーユーザー権限がなくてもアクセスできます-最初のGPIOレジスタへのアクセスはすぐにゼロでインデントされます。

少し練習してみましょう。上記のすべてを理解する方が簡単だと思います。 Raspberry Pi 2および3で実行されているGPIO21ピンに接続されたLEDを点灯する単純なPythonアプリケーションを作成してみましょう（RPi1の場合、リストのアドレスを修正します）。 Pythonの代わりに、libc.soからシステム関数を呼び出すことができる他のプログラミング言語を使用できます。コードは次のとおりです。

      
        #!/usr/bin/env python
      
        import os
      
        import mmap
      
        import time
      
        import ctypes
      
        fd = os.open("/dev/mem", os.O_SYNC | os.O_RDWR)
      
        mem = mmap.mmap(fd, mmap.PAGESIZE, flags=mmap.MAP_SHARED, offset=0x3F200000)
      
        os.close(fd)
      
        v = ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x8).value
      
        v &= ~(0b111 << 3)
      
        v |= 0b001 << 3
      
        ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x8).value |= v
      
        try:
      
            while True:
      
                ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x1C).value = 1 << 21
      
                time.sleep(0.5)
      
                ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x28).value = 1 << 21
      
                time.sleep(0.5)
      
        except KeyboardInterrupt:
      
            pass
      
        ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x8).value &= ~(0b111 << 3)
      
        mem.close()

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コードにマジックナンバーを意図的に残しました-説明しやすいでしょう。コードを行ごとに解析しましょう。

上位5行は、必要な標準Pythonモジュールのインポートです。

7行目では、ファイル '/ dev / mem'を直接開いてメモリにアクセスします。

8行目で、 memmapシステム関数を呼び出します。この関数は、仮想ではありますが、プロセスの仮想アドレス空間にファイルを投影します。つまり、プロセスの仮想メモリに書き込むと、実際に物理メモリに書き込みます。また、コードは、メモリを投影するアドレスから始まるインデントと長さ（mmap.PAGESIZE）も示します。最初のGPIOレジスタのアドレスとメモリの1ページの長さを示します。一見、「/ dev / mem」を開いて目的のアドレスに戻り、ファイルの書き込みを開始するように見えるかもしれませんが、残念ながら、それはうまくいきません。

9行目では、ハンドルを開いたままにする必要がないため、ファイルを閉じます。マッピングはどこにも消えません。

11〜14行目では、0x08インデントされたレジスタを読み書きします。ドキュメントを見ると、これはレジスタGPFSEL2 GPIO機能選択2です。これらのレジスタを使用して、チップレッグが実行する機能を選択します。この場合、出力が出力として機能するように、001で3番目から始まる3ビットを設定（最初にクリアし、次にOR演算を使用して設定）します。実際には、異なるモードを設定する結論は非常に多く、1つのレジスターでは十分ではないため、レジスターはそれぞれ10の結論のグループに分割されます。

16行目と22行目には、キーボードのCtrl + Cがプログラムを終了するのを待つハンドラーをインストールします。

17行目で、無限ループを開始します。

18行目では、ビットマスクをGPSET0レジスタに書き込むことにより、出力をHighに設定します。

19行目と21行目では、0.5秒の遅延を実現しています。

20行目では、GPCLR0ビットマスクを書き込むことで出力を下げています。

25行目と26行目で、ピンを初期化解除し、デフォルト状態（入力）に変換して、メモリマッピングを閉じます。

短いメモ：BCM2835には、AVRのようなPORTAに似たレジスタがありません。つまり、すべてのピンの状態（ハイまたはロー）をすぐに記録することはできません。ユニットがビットマスクで示されているすべてのピンに論理ユニットを設定できるSETレジスタと、ユニットがビットマスクで指定されているすべてのピンに論理ゼロを設定できるCLEARレジスタのみがあります。

たとえば、コマンド 'sudo python gpio.py'を使用してRaspberry Pi 2または3でスーパーユーザー権限でこのコードを実行し、LEDをピン21に接続すると、点滅することがわかります。

GPIOピンを管理する既製の実装が必要な場合は、このファイルからGPIOクラスを使用できます。

ステッピングモーター

ステッピングモーターの制御は、一見すると単純なように単純ではありません。問題の本質を簡単に説明し、そのようなシーケンスを生成する必要がある理由を見てみましょう。ステッピングモーターデバイスの理論の詳細については説明しません。ご希望の方はここで読むことができます。

代わりに、すぐに現実に戻り、ステッピングモーターには4つの巻線から4つまたは5つの出力があります。エンジンを回転させるのに必要な電流は非常に高く、単一のマイクロコントローラーまたはプロセッサーがこれを提供することはできません。また、このような電流を生成するには、原則として、プロセッサロジックの電圧を超える電圧が必要です。そのため、ステッピングモーターでは、ドライバー、場合によってはモーターハウジングに組み込まれた特殊なマイクロ回路が使用されます。最も単純なドライバ（ULN2003など）は、標準のマイクロコントローラロジック電圧と互換性のある低電流巻線制御入力を提供するだけです。このようなドライバでは、巻線ごとにパルスシーケンスを生成する必要があります。最も人気のあるA4988やDRV8825を含むほとんどのドライバーは、モーター巻線を扱う際の頭痛の種になります。これらは、2つの低電流出力STEPおよびDIRのシンプルなインターフェイスを提供します。名前から推測できるように、STEPにパルスを印加すると、ドライバーはエンジンを1ステップ移動します（ドライバーはいわゆるマイクロステップ、つまり1 / 2、1 / 4などのステップの移動用に構成することもできます-これは達成されます巻線技術）。 DIRピンは、低レベルと高レベルのどちらが適用されるかに応じて、エンジンの回転方向を選択するために使用されます。

典型的なA4988接続図は次のようになります（インターネットで写真を借りました）。

最も単純なケースでは、STEP端子にパルスを印加することにより、特定の周波数でエンジンを回転させることができます。彼と遊ぶだけで十分です。しかし、物理法則は実際のデバイスに作用するため、機構を壊したくない場合は、固定周波数のパルスを印加するだけでは、エンジンを必要な速度にすぐに加速することはできません。一定の加速度でエンジンを回転させて希望の速度にし、その後完全に停止するまでエンジンを減速させる必要があります。したがって、パルス繰り返し率は加速および加速中に変化するはずであり、必要な信号はもはや周期的ではなくなります。

この接続により、マイクロコントローラ自体にほとんどすべての機能を実装できるため、STEPおよびDIR出力でモーターを制御するこのアプローチは最も一般的です。たとえば、読者が質問する場合があります-I2CまたはUARTインターフェイスを備えたドライバーはありますか？理論的には、このようなドライバーを作成できますが、同じ3Dプリンターを制御するには、いくつかのステッピングモーターを同期制御する必要があります。さらに、それぞれに異なる加速パラメーター、1ミリメートルあたりのステップ数、および最大速度を設定できます。その結果、そのような複雑さのドライバーは、CNCコントローラーのアナログになります。

ご想像のとおり、上記のGPIO制御方法では、ピン上のパルスを正しく形成できません。 Pythonコードの実行の遅延が予測できないというだけではありません。 CですべてをLinux Linuxのカーネルモジュールの形式で実装しても、Linuxはリアルタイムオペレーティングシステムではないため、良い結果は得られません。いつでも、プロセッサコアは他のタスクの実行に切り替えることができ、時間内に衝動を与えません。しかし、そのような些細なことで私たちは計画への道を阻まれますか！

DMA

ダイレクトメモリアクセスは、コアプロセッサ自体のサービスに頼らずに、ある場所から別の場所にメモリをコピーできる専用のプロセッサハードウェアモジュールです。このようなモジュールは単純なマイクロコントローラーでも存在しますが、実装はプロセッサーモデルごとに大きく異なります。 Raspberry Piの実装はかなり平凡です。必要なものはすべて揃っていますが、飾り気はありません。また、たとえば、Rockchip RK3399 DMAモジュールは、小さいながらも一連の命令を備えたミニコアプロセッサに似ています。

私はオリジナルのドキュメントの完全な翻訳を書く仕事を自分自身に設定していません。そして、GPIOモジュールにデータをコピーするモードでDMAモジュールを実行できるようにするメインレジスタについて説明します。

ご想像のとおり、メモリ内にバッファを生成し、GPIOモジュールのロケーションアドレスにコピーします。しかし、DMAモジュールが機能するためには、このバッファが物理メモリのどこかにあることが必要です。当然、スワップに該当しなかった仮想メモリも物理メモリに格納されます。「/ proc / self / pagemap」を使用すると、独自のプロセスのメモリのマッピングテーブルを物理メモリに取得できます。つまり、バッファを割り当てて、その物理アドレスを見つけます。

しかし、これはDMAで行う価値はありません。これは、メモリがスワップに入る可能性と、オペレーティングシステムのメモリマネージャが割り当てられたメモリを別の場所に転送できるためです。ブート時にLinuxカーネルkmalloc（）からメソッドを呼び出す単純なカーネルモジュールを作成できます。このメソッドは、可能な転送からメモリを割り当て、ブロックします。次に、たとえば仮想デバイスを介して、割り当てられたメモリのアドレスをアプリケーションに渡します。このアドレスを使用すると、アプリケーションはGPIOセクションで説明した方法とまったく同じ方法でメモリにアクセスできます。割り当てたアドレスまたはバッファは、DMAモジュールで使用できます。

ただし、非常に単純ではありますが、強力なモジュールを作成する必要はないでしょう。

さて、既製のソリューション-仮想デバイス '/ dev / vcio'があります。 Raspberry Piグラフィックカードドライバーによって作成されます。通信のために、VideoCoreとCPUはいわゆるメールボックスを使用します。これは、本質的に、ビデオカードに割り当てられたメモリに割り当てられた部分です。デフォルトでは、ビデオカードには64 MBが割り当てられており、必要に応じてこの値を変更できます。必要に応じてビデオメモリからいくつかのリソースを割り当てるという事実は、ビデオカードの動作に影響を与えることはありません。主なことは、あまり多くをとらないことです。実際には、Raspbian OSデスクトップが正常に機能するには30〜35 MBのメモリで十分です（約半分）。つまり、OpenGLを使用してアプリケーションを起動する予定がない場合、後半は完全にアクセス可能です。さらに、GPU自体に転送するためのメモリの一部の割り当ては、通常の手順です。また、メモリを割り当てても、ビデオプロセッサに割り当てない場合、問題は発生しません。このようなメモリ割り当てを使用する公式の例を次に示します。

このプロセスは非常に簡単ですが、コードのマジックナンバーの後ろに隠れています。 / dev / vcioを開き、ioctl（）メソッドを使用して、リクエストで構造体を渡し、答えを取得します。メモリマネージャが割り当てた部分をどこにも使用しないように、メモリを割り当ててロックする必要があります。上記のリンクから実装を確認できます。mem_alloc（）、mem_lock（）メソッド、そしてもちろん、mem_unlock（）、mem_free（）をクリーンアップできるメソッドに興味があります。 Cの実装に混乱している場合は、これらのメソッドを他の言語で書き換えることができます。

まあ。バッファを割り当てる場所。ここで、どうにかしてDMAをプログラムし、必要なことを行う必要があります。 DMAモジュールは物理メモリ内のほんの数個のレジスタであることに注意してください。構造を目的のアドレスに書き込むことにより、同じ方法で管理されます。合計で、Raspberry Piには16個のDMAチャネルがあります。最初の8つは完全に機能し、残りの8つは機能がわずかに制限されています。各チャネルには、独自のレジスタセットがあります。 DMAモジュールバスのベースアドレスは0x7E007000です。つまり、Raspberry Pi 2または3の場合、0x3F007000で書き込む必要があります。最初のDMAチャネルの最初のレジスタは次のとおりです。後続の各オフセットは0x100です（15を除き、0x7EE05000にあります）。

使用するチャネルは？チャネルをカーネルで使用できるため、選択は非常に複雑です。コマンド「cat / sys / class / dma / dma0chan * / in_use」を使用して、sysfsを介してカーネル自体で使用されているチャネルを正確に見つけることができます。原則として、0、1、2、3、6、7チャンネルはmicroSDカードリーダーとビデオカードドライバーを使用するため、使用しないでください。

DMAモジュールを制御するためのメインレジスタは、CSおよびCONBLK_ADです。 DMAを起動するのはそれらを埋めることです。最初のレジスタはCSであり、その中のフィールドに興味があります。

ビット数	フィールド	説明	アクセス
31	リセット	ユニットを書き込むと、DMAモジュールがリセットされます。	W
1	終了	ユニットが書き込まれると、送信終了フラグがリセットされます。	W
0	ACTIVE	ユニットを書き込むとき、DMAは動作を開始します。このフィールドを使用する DMAを一時停止できます。転送が完了すると、フィールド自動的に値0を取ります。	Rw

レジスタにはさらに多くのフィールドがあります。好奇心itive盛な読者は、上記で出会ったリンク（47ページ）を使用して、公式文書で各フィールドの説明を見つけることができます。

いわゆるコントロールユニットがDMAモジュールの処理内容を記述するアドレスは、CONBLK_ADレジスタに書き込まれます。同時に、制御ブロックはリンクリストです。つまり、複数の制御ブロックを使用して、さまざまなタスクのチェーンを構築できます。タスクを完了すると、DMAモジュールは自動的にすべての制御ブロックを通過します。 CONBLK_ADのアドレスから、CSレジスタにACTIVEビットが設定されると、DMAモジュールがコピーを開始します。

コントロールユニットは、32バイトのアライメントでメモリに格納する必要があります（アドレスの最下位5ビットはゼロでなければなりません）。次に、制御ブロックの構造を見てみましょう。

インデントバイト	フィールド	説明
0	Ti	データコピー設定を指定するさまざまなフラグのセット。
4	SOURCE_AD	コピーを開始するソースアドレス。
8	DEST_AD	コピー先の宛先アドレス。
12	TXFR_LEN	コピーするバイト数。特別な2Dモードでは、最高16ビットが設定されますコピーサイクル数、下位16ビット- サイクルごとにコピーされるバイト数。
16	ストライド	2Dモードでのみ使用されます。下位16バイトシフト量を指定する符号付き数値を保存します次のサイクルの開始前の送信元アドレス。上位16バイトには、必要な符号付き番号が格納されます次のサイクルを開始する前に宛先アドレスをシフトします。
20	NEXTCONBK	次の制御ブロックへのポインター。

チャネル0〜7は、2Dモード（制御ブロックのTIフィールドのTDMODEフラグ（ビット1）で設定）をサポートします。これにより、YバイトのXコピーを整理できます。この場合、各コピーの前の宛先および/または送信元アドレスは、制御ブロックのSTRIDEフィールドに従って、特定の量だけ増減できます。

各DMAチャネルには、TI、SOURCE_AD、DEST_AD、TXFR_LEN、STRIDE、NEXTCONBKのレジスタセットもあり、これらは読み取り専用です。それらは現在の制御ブロックからロードされます。

さて、PythonのDMAおよびGPIOモジュールを使って簡単なことを試してみましょう。プログラムのリストがそれほど長くなく、余分なマジックナンバーが含まれないように、このファイルからいくつかの既製のコードを取りましょう。

それから、定数とクラス「PhysicalMemory」（GPIOの例で行ったように物理メモリへのアクセス）と「CMAPhysicalMemory」（これは上で書いたビデオドライバ/ dev / vcioを使用して物理メモリを割り当てる実装です）を使用します。

      
        #!/usr/bin/env python
      
        import time
      
        from rpgpio_private import *
      
        DMA_CHANNEL = 14
      
        PIN = 21
      
        gpio = PhysicalMemory(PERI_BASE + GPIO_REGISTER_BASE)
      
        gpio_fsel_offset = 4 * int(PIN / 10) + GPIO_FSEL_OFFSET
      
        v = gpio.read_int(gpio_fsel_offset)
      
        v &= ~(7 << ((PIN % 10) * 3))
      
        v |= (1 << ((PIN % 10) * 3))
      
        gpio.write_int(gpio_fsel_offset, v)
      
        gpio.write_int(GPIO_SET_OFFSET, 1 << PIN)
      
        time.sleep(1)
      
        physmem = CMAPhysicalMemory(64)
      
        cb1 = (
      
               DMA_TI_NO_WIDE_BURSTS | DMA_TI_WAIT_RESP,    # info
      
               physmem.get_bus_address() + 24,              # source
      
               PHYSICAL_GPIO_BUS + GPIO_SET_OFFSET,         # destination
      
               4,                                           # length
      
               0,                                           # stride
      
               physmem.get_bus_address() + 32,              # next control block
      
               1 << PIN,                                    # padding, use as source
      
               0                                            # padding
      
              )
      
        cb2 = (
      
               DMA_TI_NO_WIDE_BURSTS | DMA_TI_WAIT_RESP,    # info
      
               physmem.get_bus_address() + 32 + 24,         # source
      
               PHYSICAL_GPIO_BUS + GPIO_CLEAR_OFFSET,       # destination
      
               4,                                           # length
      
               0,                                           # stride
      
               physmem.get_bus_address(),                   # next control block
      
               1 << PIN,                                    # padding, use as source
      
               0                                            # padding
      
              )
      
        physmem.write(0, "8I", cb1)
      
        physmem.write(32, "8I", cb2)
      
        dma = PhysicalMemory(PERI_BASE + DMA_BASE + DMA_CHANNEL * 0x100)
      
        dma.write_int(DMA_CS, DMA_CS_RESET)
      
        dma.write_int(DMA_CS, DMA_CS_END)
      
        dma.write_int(DMA_CONBLK_AD, physmem.get_bus_address())
      
        dma.write_int(DMA_CS, DMA_CS_ACTIVE)
      
        raw_input("Press Enter to stop")
      
        dma.write_int(DMA_CS, DMA_CS_RESET)
      
        v = gpio.read_int(gpio_fsel_offset)
      
        v &= ~(7 << ((PIN % 10) * 3))
      
        gpio.write_int(gpio_fsel_offset, v)

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このプログラムを実行すると（スーパーユーザー権限で実行することを忘れないでください）、ピン21に接続されたLEDが最大輝度で0.5秒間点灯し（違いが顕著になるように）、Enterキーを押すまで半輝度で点灯します。行ごとに解析しましょう。

2-3行-モジュールのインポート。

5番目と6番目は、使用するDMAチャネルとGPIO出力を示す変数です。

8-15th-示されたGPIO出力を出力として初期化し、0.5秒間点灯します（そのため、DMAがオンになったときに違いがはっきりと見えるようになります）。実際、これは最初のプログラムで行ったものと同じですが、少し高いレベルで書かれています。

17行目-ビデオドライバーに64バイトのメモリを割り当てるように依頼します。 CMAPhysicalMemoryクラスでは、メモリはページサイズ、つまり4096バイトに等しいアライメントで割り当てられるため、このメモリを使用する場合、割り当てられたメモリの先頭は常にDMAモジュールが必要とする32バイトにアライメントされます。

18行目-制御ブロックの最初の構造を埋めます。これについてさらに詳しく説明します。

19行目-最初の4バイト-TI（転送情報）フラグ。 DMA_TI_NO_WIDE_BURSTS — burst- — — , , .

DMA_TI_WAIT_RESP — DMA- .

DMA_TI_SRC_INC DMA_TI_DST_INC — , DMA- 4 . , DMA-, / . .

20- — , . , , () ( get_bus_address()). , , , . .

21- — GPIO- SET, . . , .

22- — — 4 .

23- — stride, , 0.

24- — next control block, 32 .

25- — , , 21- 4 , , — , GPIO.

26 — .

28–37- — , . CLEAR GPIO, . , .

38–39- — .

41- — DMA- .

42-43- — DMA-.

44- — .

45- — DMA-.

47- — Enter.

49–52- — . DMA- ().

, :

Raspberry Pi 2. , 1.5 — ( ~2 ) , , .

DMA

, , — DMA- GPIO-. DMA — , , … , .

DMA 1 . , STEP, , , 2 . , 2 , . . 500 000 . 4 , . : 1 ( 200 200 / — ), 114 . — 228 . , ? , , . 114 .

DMA- — . DMA- — . , , , , , , 16 4 . , . . - , . , , .

GPIO DMA , - . , 3D-. . ?

.

:

, GPIO, DMA ( ). « 1» , « 2» — . . 200 200 /. « 2», . , , . . , . CNC- .

(200 400 — 80 000 ) 128 ( 32 ), DMA ~9.8 . . , , . 3D- , . . 39.2 , , ( - ), .

, ? , , , . . GPIO . DMA- — . PWM (, , , ). PWM , , DMA FIFO- PMW. PWM- . , PWM , FIFO.

DMA- PWM-, PERMAP TI , , 5, PWM- .

, , DMAGPIO. rpgpio, , ( 1, 2, 3, 4 5 ). :

, , , .

 import rpgpio PIN=21 PINMASK = 1 << PIN PULSE_LENGTH_US = 1000 PULSE_DELAY_US = 1000 DELAY_US = 2000 g = rpgpio.GPIO() g.init(PIN, rpgpio.GPIO.MODE_OUTPUT) dma = rpgpio.DMAGPIO() for i in range(1, 6): for i in range(0, i): dma.add_pulse(PINMASK, PULSE_LENGTH_US) dma.add_delay(PULSE_DELAY_US) dma.add_delay(DELAY_US) dma.run(True) raw_input("Press Enter to stop") dma.stop() g.init(PIN, rpgpio.GPIO.MODE_INPUT_NOPULL)

DMA-

DMA-, , FM- Raspberry Pi — .

DMA-, 250 . , DMA- . . PWM ( PWM , PWM- ), . , , . , DMA-, PWM-, , .

PRU

BeagleBone PRU (programmable real-time unit), 200 32- , AM3358. . . — .

おわりに

DMA- , , .

, , . , . Raspberry Pi Zero, , .

— , , :

	#!/usr/bin/env python
	import os
	import mmap
	import time
	import ctypes

	fd = os.open("/dev/mem", os.O_SYNC \| os.O_RDWR)
	mem = mmap.mmap(fd, mmap.PAGESIZE, flags=mmap.MAP_SHARED, offset=0x3F200000)
	os.close(fd)

	v = ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x8).value
	v &= ~(0b111 << 3)
	v \|= 0b001 << 3
	ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x8).value \|= v

	try:
	while True:
	ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x1C).value = 1 << 21
	time.sleep(0.5)
	ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x28).value = 1 << 21
	time.sleep(0.5)
	except KeyboardInterrupt:
	pass

	ctypes.c_uint32.from_buffer(mem, 0x8).value &= ~(0b111 << 3)
	mem.close()

	#!/usr/bin/env python
	import time
	from rpgpio_private import *

	DMA_CHANNEL = 14
	PIN = 21

	gpio = PhysicalMemory(PERI_BASE + GPIO_REGISTER_BASE)
	gpio_fsel_offset = 4 * int(PIN / 10) + GPIO_FSEL_OFFSET
	v = gpio.read_int(gpio_fsel_offset)
	v &= ~(7 << ((PIN % 10) * 3))
	v \|= (1 << ((PIN % 10) * 3))
	gpio.write_int(gpio_fsel_offset, v)
	gpio.write_int(GPIO_SET_OFFSET, 1 << PIN)
	time.sleep(1)

	physmem = CMAPhysicalMemory(64)
	cb1 = (
	DMA_TI_NO_WIDE_BURSTS \| DMA_TI_WAIT_RESP, # info
	physmem.get_bus_address() + 24, # source
	PHYSICAL_GPIO_BUS + GPIO_SET_OFFSET, # destination
	4, # length
	0, # stride
	physmem.get_bus_address() + 32, # next control block
	1 << PIN, # padding, use as source
	0 # padding
	)
	cb2 = (
	DMA_TI_NO_WIDE_BURSTS \| DMA_TI_WAIT_RESP, # info
	physmem.get_bus_address() + 32 + 24, # source
	PHYSICAL_GPIO_BUS + GPIO_CLEAR_OFFSET, # destination
	4, # length
	0, # stride
	physmem.get_bus_address(), # next control block
	1 << PIN, # padding, use as source
	0 # padding
	)
	physmem.write(0, "8I", cb1)
	physmem.write(32, "8I", cb2)

	dma = PhysicalMemory(PERI_BASE + DMA_BASE + DMA_CHANNEL * 0x100)
	dma.write_int(DMA_CS, DMA_CS_RESET)
	dma.write_int(DMA_CS, DMA_CS_END)
	dma.write_int(DMA_CONBLK_AD, physmem.get_bus_address())
	dma.write_int(DMA_CS, DMA_CS_ACTIVE)

	raw_input("Press Enter to stop")

	dma.write_int(DMA_CS, DMA_CS_RESET)
	v = gpio.read_int(gpio_fsel_offset)
	v &= ~(7 << ((PIN % 10) * 3))
	gpio.write_int(gpio_fsel_offset, v)

Raspberry Piボードの結論に基づいて任意のシーケンスを生成します

GPIO

ステッピングモーター

DMA

DMA

DMA-

PRU

おわりに

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