Arduino インプットキャプチャー割り込みを「ISR_NAKED」で (デューティー比測定)

2020年8月18日：Arduino デューティー計測のためのインプットキャプチャータイミング
これの「ISR_NAKED」による高速化、こんなコードでやってみました。

SBI、CBI命令を先頭と尻尾に持ってこれたので、
割り込みタイミングが鮮明になりました。 ★1
　　※これまではpush、popに隠れていた。
　　
で、結果ですが↑↓エッジ間が42クロックくらいまでは
ミスなく取り込めるようになりました。 ★2、★3
これまで、64クロックがギリギリだったのを思えば、
ちょいと進歩です。
　　※タイミングなどはまた今度に

/*****　タイマー１インプットキャプチャー割込　*****/
//　ICP1の↓↑エッジでキャプチャー
//　"ISR_NAKED"指定でpush,pop,reti,sreg処理を無しに
ISR(TIMER1_CAPT_vect, ISR_NAKED)
{
//　　PB2_H;　　　　　　　　　// (!!!)
//　　cnt_r = ICR1;　　　　　 // キャプチャー値
//　　XCG_EDGE1;　　　　　　　// 次にそなえて↑↓エッジをトグル
　　asm volatile(
　　　　"　　sbi　0x05, 2　　　　　 \n"　// PB2 H ★1
　　　　"　　push r18　　　　　　　 \n"
　　　　"　　push r19　　　　　　　 \n"
　　　　"　　lds r18, 0x0086　　　　\n"　// ICR1 ★2
　　　　"　　lds r19, 0x0087　　　　\n"
　　　　"　　sts cnt_r　　 , r18　　\n"
　　　　"　　sts cnt_r + 1 , r19　　\n"
　　　　"　　in r18, __SREG__　　　 \n"
　　　　"　　push r18　　　　　　　 \n"
　　　　"　　lds r19, 0x0081　　　　\n"　// TCCR1B ★3
　　　　"　　ldi r18, 0x40　　　　　\n"
　　　　"　　eor r18, r19　　　　　 \n"
　　　　"　　sts 0x0081, r18　　　　\n"
　　　　"　　push　 r0　　　　　　　\n"
　　　　"　　push　 r1　　　　　　　\n"
　　　　"　　eor　　r1, r1　　　　　\n"
　　　　"　　push　 r20　　　　　　 \n"
　　　　"　　push　 r21　　　　　　 \n"
　　　　"　　push　 r22　　　　　　 \n"
　　　　"　　push　 r23　　　　　　 \n"
　　　　"　　push　 r24　　　　　　 \n"
　　　　"　　push　 r25　　　　　　 \n"
　　　　"　　push　 r26　　　　　　 \n"
　　　　"　　push　 r27　　　　　　 \n"
　 );
//　オーバーフロー有無
　　if(CK_OVF1){　　　　　　// 割込処理中にOVF発生したか?
　　　　if(cnt_r < 160){　　// 10uS(160ck)未満なら未処理のOVFがある
　　　　　　cnt1_ovf += 1;　// オーバーフローカウンタ+1
　　　　　　CLR_OVF1;　　　 // オーバーフローフラグをクリア
　　　　}
　　}
//　カウント差を計算
　　cnt1_n = (uint32_t)cnt_r +　　 // 32bitでカウント値
　　　　　　((uint32_t)cnt1_ovf << 16);
　　cnt_d　= cnt1_n - cnt1_x;　　　// 前回値との差分
　　cnt1_x = cnt1_n;　　　　　　　 // 次回用に残す
//　↑↓エッジをチェック
　　if(CK_EDGE1){　　　　　 // ↑になった H区間
　　　　cnt1_caph = cnt_d;
　　}
　　else{　　　　　　　　　 // ↓になった L区間
　　　　cnt1_capl = cnt_d;
　　}
　　f_plsin　= 1;　　　　　 // パルス有フラグをon
//　PB2_L;　　　　　　　　　// (!!!)
//　"ISR_NAKED"復元
　　asm volatile(
　　　　"　　pop　　r27　　　　　　 \n"
　　　　"　　pop　　r26　　　　　　 \n"
　　　　"　　pop　　r25　　　　　　 \n"
　　　　"　　pop　　r24　　　　　　 \n"
　　　　"　　pop　　r23　　　　　　 \n"
　　　　"　　pop　　r22　　　　　　 \n"
　　　　"　　pop　　r21　　　　　　 \n"
　　　　"　　pop　　r20　　　　　　 \n"
　　　　"　　pop　　r1　　　　　　　\n"
　　　　"　　pop　　r0　　　　　　　\n"
　　　　"　　pop　　r18　　　　　　 \n"
　　　　"　　out　　__SREG__, r18　 \n"
　　　　"　　pop　　r19　　　　　　 \n"
　　　　"　　pop　　r18　　　　　　 \n"
　　　　"　　cbi　0x05, 2　　　　　 \n"　// PB2 L ★1
　　　　"　　reti　　　　　　　　　 \n"
　　);
}

※豆知識
・I/Oポートをビット操作するSBI、CBI命令ではフラグは変化しない。
　だもんでsregは変化しない。
・AVRマイコンには8bitレジスターが32個あるんだけれど、
　レジスターr0～r15はイミディエート命令が使えないのだ。
　LDIやANDI、ORIのような即値が扱えるのはr16～r31の
　16個だけ。


※追実験
ICR1レジスタ（インプットキャプチャー）を先に読むより、
↑↓クロックエッジを切り替える処理を先に持ってくる方が
良さそうです。★4

こんな具合。
　　※「asm volatile(」も「__asm__ volatile(」にしました。

ISR(TIMER1_CAPT_vect, ISR_NAKED)
{
//　　PB2_H;　　　　　　　　　// (!!!)
//　　XCG_EDGE1;　　　　//★4 次にそなえて↑↓エッジをトグル
//　　cnt_r = ICR1;　　　　　 // キャプチャー値
　__asm__ volatile(
　　"　　sbi　0x05, 2　　　　 \n"　// PB2 H
　　"　　push r18　　　　　　 \n"
　　"　　push r19　　　　　　 \n"
　　"　　in r18, __SREG__　　 \n"
　　"　　push r18　　　　　　 \n"
　　"　　lds r19, 0x0081　　　\n"　// TCCR1B ★4
　　"　　ldi r18, 0x40　　　　\n"
　　"　　eor r18, r19　　　　 \n"
　　"　　sts 0x0081, r18　　　\n"
　　"　　lds r18, 0x0086　　　\n"　// ICR1
　　"　　lds r19, 0x0087　　　\n"
　　"　　sts cnt_r　　 , r18　\n"
　　"　　sts cnt_r + 1 , r19　\n"
　　"　　push　 r0　　　　　　\n"
　　"　　push　 r1　　　　　　\n"
　　"　　eor　　r1, r1　　　　\n"
　　"　　push　 r20　　　　　 \n"
　　"　　push　 r21　　　　　 \n"

これで「32クロック = 2us」のパルスを読めています。
読みが遅れても、直前の↑↓でキャプチャされた値が出て
くるので、うまく行ってる感じかなぁ。
 　　※オーバーフロー割り込みと重なると・・・
　　　　やっぱ、カウントミスが出ます。

クロックが短くなり、ミスカウントし出すとデューティが
ほぼ50%の値になり周波数が半分になってしまいます。
短クロックは検出しているんですが、
　「倍の周期でH/Lする方形波」
としてとらえているのでしょう。


※ICP1割り込みをOVF1割り込みがじゃまする様子

OVF1が重なってもちゃんと計測できた時。


もうちょいOVF1が遅れると失敗。


↓エッジへの切替が間に合わなくって、H区間の測定
ができなかった例です。

入力パルス周期とCNT1周期(4.096ms=約244Hz)との
重なり具合でOVF1がじゃまをするのです。

頻繁に発生するもんじゃないんで、この波形は
オシロスコープの組み合わせトリガー機能を使って
記録しました。
　　※ch1信号のHとch3信号のHをANDゲートして
　　　トリガー源に。


「ISR_NAKED」で見えるようになった割り込みへの応答。
これまでは、push命令に隠れてしまって本当の応答が見
えなかったわけで。
 
ジッターの周波数がざっと8MHz。
中心±16MHzということなんでしょうね。