Mikroprocesorové systémy

Obsluha klávesnice

Obsah

1. Zadání
2. Nápověda
3. Doplňující materiály
4.

Poslední změna: čtvrtek 2. října 2008

1. Zadání

Napište program v jazyce C , který :

implementuje obsluhu klávesnice
- na LCD displeji se průběžně zobrazuje posloupnost číslic (0-9) náležících číselním klávesám, které uživatel postupně stisknul ( 4 body )
- po delším stisknutí klávesy se číslice opakovaně zobrazí (1 body)
- ošetření zákmitů ( 4 body )
umožňuje editaci dekadického čísla na připojeném řádkovém displeji
- musí podporovat zadávaní alespoň 5 maximálně 9 místního čísla ( 4 body )
- je zadefinována libovolná volná klávesa jako funkční klávesa ODESLAT, po jejím stisknutí se ve druhém řádku displeje objeví správa ODESLANO ( 2 body )
- je zadefinována libovolná volná klávesa jako funkční klávesa SMAŽ, po jejímž stisknutí se zmaže poslední číslice zadaného čísla ( 1 body )
spustí zvukovou signalizaci po zadaném čase (budík)
- po stlačení klávesy ODESLANO se spustí časovač - jeho počáteční hodnota je zadané číslo a dekrementuje se po 1ms ( 5 bodů )
- Krátká zvuková signalizace (max. 2 sekundový beep) se spustí, když časovač vyprší; pak uživatel může zadávat další číslo (1 body )

(Pro ty, kteří po přečtení zadání vůbec nevědí o co jde: Jednodušeno řečeno, udělejte obsluhu pro zadávaní čísel z klávesnice podobna jakou mají mobilní telefony nebo kalkulačka. :-) )

Maximálně může být úloha ohodnocena 21 body. Při hodnocení však bude brán zřetel i na kvalitu implementace.

2. Nápověda

Napište část programu - kód, který detekuje jedinou klávesu, která byla stisknuta.
- Detekce klávesy se provádí pomocí řádkového (R) a sloupcového (C) registru klávesnice.
  Obrázek 1.
- 1. Nastavte první bit řádkového registru (R1) na 0, ostatní bity jsou 1.
  2. Přečtěte sloupcový registr (C) a zjistěte, který bit sloupcového registru je 0.
  3. Pokud žádný bit sloupcového registru není 0, pak žádná klávesa v příslušném řádku nebyla stisknuta. Pokračujte od bodu 1 ale tentokrát nastavte následující bit řádkového registru.
    V opačném případě, dvojice nulových bitů (Rx, Cy) identifikují stisknutou klávesu ( viz. (R1, C1) v případě stisknuté klávesy A na obrázku výše)

Oba registry jsou 8 bitové. 7.bit řádkového registru zapíná (hodnota 1)/ vypíná (hodnota 0) zvukovou signalizaci.
Registry mikrokontroléru jsou namapovány do paměti , tzn. že lze k nim přistupovat zápisem do/čtením z jejich paměťových adres.
Řádkový registr je mapován na adresu 0xf89003. Zápis do registru:
```
*(volatile uint8_t * const) (0xf89003) = radek;
```
Pro usnadnění je k dispozici zadefinované makro (omk-base-skel/board/m68k/mo_cpu1/defines/system_def.h):
```
#define KL41_KBD_WR    (volatile uint8_t * const)(0xf89003)
```
Pak zápis bude vypadat:
```
*KL41_KBD_WR = radek;
```
Pro nastaveni 0. bitu řádkového registru radek= 0x7E. Pro zapnutí zvukové signalizaci radek = 0x80.
Sloupcový registr je mapován na adresu 0xf89004. Obdobně je zadefinováno makro pro přístup:
```
#define KL41_KBD_RD    (volatile uint8_t * const)(0xf89004)
```
Pak čtení registru bude vypadat:
```
sloupec = *KL41_KBD_RD;
```
Přiřaďte dvojicím (Rx,Cy) číselný (1,5,6, ...) nebo funkční význam (SMAŽ, ODESLAT).
Upozornění: Matice je rozměru 6x6. Ovšem fyzické rozložení kláves nezodpovídá logickému rozložení t.j. např. klávese v levém hornim rohu nemusí odpovídat 1. bit řádkového, 1.bit sloupcového registru!
Nastavení kurzoru LCD na pozici x:
```
kl41_lcd_wrcmd(CHMOD_LCD_POS+x);
```
kde x je z <0x00, 0x7F>.
Druhý řádek začíná na pozici 0x40.

Časovač
Pro zajištění časování činností aplikace je výhodné použít periodická aktivace časovací rutiny z přerušení. K tomuto účelu se nejlépe z dostupných periferií integrovaných na mikrokontroléru m68376 hodí modul čítačů a časovačů CTM4. Tento modul nabízí dvě časové základny s nastavitelnou periodou, jednu volně běžící časovou základnu, čtyři bloky pro generování nebo měření časových průběhů a čtyři generátory PWM. Pro vyvolání periodického přerušení se nejlépe hodí jedna z časových základen/čítačů s nastavitelnou periodou, například základna MCSM2. Procesor standardně běží na frekvenci 21 MHz. Frekvenci, kterou nastaví inicializace modulu SIM zároveň ukládá do proměnné cpu_sys_hz.
Pro pochopení problematiky je nutné si přečíst alespoň úvod a MCSM sekci v oddílu Configurable Timer Module 4 (CTM4) v manuálu k MC68376. Význam bitů jednotlivých registrů najdete zde. Definice maker jsou obsaženy v souboru ctm4.h .
- Nastavení modulu CTM4
  Pro to, aby bylo možné modul čítačů používat, je nutné nejdříve provést obecné nastavení jeho připojení na vnitřní sběrnici.
```
/* BIUMCR - BIU Module Configuration Register */
*CTM4_BIUMCR=(0*CTM4_STOP)|(CTM4_VECT&(ISR_CTM4_INTV<<5))|
               (CTM4_IARB&(ISR_CTM4_IARB<<8));
```
  Toto nastavení zajistí, že blok CTM4 bude generovat přerušení od základní hodnoty dané definicí ISR_CTM4_INTV, která je nastavena na 0x80.
  Dále je potřeba nakonfigurovat předděliče a povolit vstup hodinového signálu.
```
/* CPCR - CPSM Control Register */
*CTM4_CPCR=CTM4_PRUN|(0*CTM4_DIV23)|(CTM4_PSEL&0);
```
  Jakou hodnotou je dělena vstupní hodnota (cpu_sys_hz) hodinového signálu?
- Nastavení časovače MCSM2
  Pro běh čítače MSCM2 je potřeba nastavit délku periody s využitím registru CTM4_MCSM2ML a požadovaný režim činnosti v registru CTM4_MCSM2SIC. Po uplynutí periody pak bude nastavován příznak CTM4_MCSM_COF.
  Jak nastavit registr CTM4_MCSM2ML? Indicie:
  - Co se stane, když čítač přeteče?
  - Do čítače je přiveden hodinový signál z předděliče.
  - Chci, aby obslužná rutina časovače byla volána po 1ms.
  Jak nastavit registr CTM4_MCSM2SIC? Indicie:
  - pro daný případ stačí nastavit bitové položky IL[2:0] a CLK[2:0]
- Zaregistrování obslužné rutiny přerušení časovače
  Pokaždé když časovač vyprší vyvolá přerušení procesoru. Procesor následně z tabulky adres obsluh přerušení (nebo-li tabulka vektorů přerušení) zjistí adresu obslužné rutiny přerušení, kterou pak zavolá. Proto je nutné po inicializaci časovače zaregistrovat obslužní rutinu přerušení.
  Obslužní rutina přerušení (ISR - interrupt service routine) má následovní prototyp:
```
void example_isr(int intno, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
```
  Registraci můžete jednoduše provést voláním funkce add_irq_handler(MSCM2_INTV,&example_handler).
  Prvním parametrem funkce je číslo vektoru přerušení MCSM(index do tabulky vektorů přerušení).
  Jak zjistíte hodnotu MSCM2_INTV? Indicie:
  - Jaký má význam ISR_CTM4_INTV?
  - Podívejte se na tabulku 10-7 v CTM4.
  Druhým parametrem je odkaz na registrační záznam obsluhy přerušení:
```
irq_handler_t example_handler={
  handler: example_isr,
  flags:   0,
  dev_id:  0,
  devname: "example",
  next:    0
};
```
  Úseku kódu je možno ochránit před přerušením následovně:
```
unsigned long flags;
save_and_cli(flags);
/* Chráněná sekce kódu */
restore_flags(flags)
```
  Definice maker a prototypů funkcí jsou obsaženy v souboru cpu_def.h .
- Obslužní rutina přerušení
  Je nutné resetovat příznak daného přerušení, jinak bude obslužní rutina cyklicky volaná.
```
*CTM4_MCSM2SIC&=~CTM4_MCSM_COF;
```
  Za předpokladu správného nastavení časovače, je přerušení periodicky voláno po každé milisekundě a inkrementuje se čítač milisekund, který je zadefinován jako globální proměnná přístupná v celé aplikaci.
```
msec_time++;
```

3. Doplňující materiály

Keyboard Matrix Help
simple-led
- Jednoduchá alikace, která rozsvicuje LEDky na desce. Můžete si ji stahnout zde.

omk-base-skel

Aplikace založená na OMK pravidlech (viz.OCERA Make System). (ve formáte .tar.gz)
Zdrojový strom obsahuje potřebné knihovny pro inicializaci desky MO_CPU1/2 a směrování výpisů na sériový port procesoru.
Kompletní kompilace (aplikace, knihovna, atd.) :
```
cd  omk-base-skel
make
```

Nahrání aplikace base_skel do modulu :

cd omk-base-skel/app/base_skel
make load

Jenom kompilace base_skel :
```
cd omk-base-skel/app/base_skel
make
```
Kompilace a nahrání base_skel :
```
cd omk-base-skel/app/base_skel
make all load
```
Spuštění debuggeru :
```
ddd68
```

Popis adresářové struktury :

.
|-- app            # kód aplikací     
|   |-- base_skel    # zakladní aplikace, ze které budete vycházet 
|   `-- mo_flashbb   # podpora startu z paměti flash
|-- arch           # kód specifický pro architektury
|   |-- generic      # obecný kod
|   `-- m68k         # kód pro procesorovú rodinu m68k
|       |-- generic    # obecný kod  
|       |   |-- defines  # hlavičkové soubory
|       |   |-- drivers  # ovladače
|       |   |   `-- periph # periferie
|       |   `-- libs   # pomocná knihovna
|       |       |-- boot
|       |       |-- gdbstub
|       |       `-- misc
|       `-- mach-68376   # kód specifický pro mikrokontroler 68376
|           |-- defines
|           |-- drivers
|           `-- libs
|-- board                # kód pro desku
|   `-- m68k             # architektura m68k
|       `-- mo_cpu1      # kód konkretne pro desku mo_cpu1
|           |-- defines
|           `-- libs 
|-- doc
|-- drivers        # ovladače, které nejsou specifické pro daný mikrokontroler
|   `-- periph
|-- libs4c         # knihovna pro psaní programů v C
|   |-- flashlib
|   |-- misc
|   `-- ulut
`-- rs_test

mo_cpu2-rtems-skel
Aplikace založené na exekutivě RTEMS a OMK pravidlech (viz.OCERA Make System). (ve formáte .tar.gz)
Základ vývojového stromu obsahuje pravidla a nastavení pro kompilaci kódu pro cílovou platformu m68k-rtems (elf), příklad vytvoření knihovny (libbar) a základy pro tvorbu aplikací
- appfoo
  minimální aplikace pro klasické RTEMS API využívající knihovnu libbar
- appposix
  minimální aplikace pro POSIXové API
- apptest
  příklad aplikace pro otestování komunikačního modulu TouCAN
Kompletní dokumentaci OMK pravidel naleznete na domovské stránce projektu.

Všechny připomínky k předmětu, obsahu stránek, objevené chyby v ukázkových programech apod. adresujte na autory:

pisa (at) cmp.felk.cvut.cz
molnam1 (at) fel.cvut.cz