数値をBCD出力(表示)するルーチン #3

あれこれ紹介してきましたBCD出力ルーチン。
　・2022年10月8日：数値をBCD出力(表示)するルーチン
　・2024年4月28日：数値をBCD出力(表示)するルーチン #2

除算・剰余方式ではどうしても「遅れ」が目立ちます。
そこで、float値を文字変換する「dtostrf()」と処理時間を
比べてみました。

まずこれが「strbcd02.ino」：除算・剰余方式の速度。
　ch1が自作ルーチンstrbcd()の速度
　ch2がdtostrf()の速度
　ch3はstrbcdの中で使っている除算の時間です。
　　　(商と剰余の両方を得ている時間）
　ch4は液晶表示のタイミング。

「0」を表示したところ。


上位はゼロサプレスされるんで、
7文字のスペース＋'0'という表示です。

「9999」の変換。


上位4文字がゼロサプレス。
4回の除算が実行されていて、除算に時間が
かかっていることが見えます。

さらに「99.99999」の変換。

　　※上の二つと時間軸が異なります。
ゼロサプレスはありません。
全桁で0～9に数字を得るために除算が7回実行
されています。
こうなるとdtostrf()が圧倒的に有利。

そこで、除算と剰余の計算でなく、上位桁から
10進数値を減算できるかどうかで、剰余を得る
方法を試してみました。

たとえば、「1234 = 0x04D2」を変換する手順。
・千桁 1234から1000=0x03E8 を何回引けるか → 1回 余り234
・百桁 234から100=0x0064 を何回引けるか → 2回 余り34
・十桁 34から10=0x000A を何回引けるか → 3回 余り4
・一桁　余り=4
これで「1234」とBCD値が得られます。
比較と加減算ですので除算より高速に処理できますが、
数値が「9」だと9回の比較・加減算が生じます。
ループ回数が増えると、これも時間がかかります。

・strbcd03.ino

/********************************/
/*      BCD文字出力処理         */
/********************************/
/*****  BCD出力用文字バッファ    *****/
char bcd_bff[16];   // 16文字 終端のnull含めて
                    // longは10桁 
//  BCD変換4bitデータ
byte bcd_4bit[10];      // 10桁の4bitバッファ
                        // 下位が10^0桁
                        // 先頭が10^9桁
//  減算データ
const int32_t bcd_chks[] PROGMEM ={  // 32bitは10桁
    1000000000,         // 0 10桁 元データからいくつ
     100000000,         // 1 9桁  引けるかを調べて
      10000000,         // 2 8桁  余りを次の桁へ
       1000000,         // 3 7桁
        100000,         // 4 6桁
         10000,         // 5 5桁
          1000,         // 6 4桁
           100,         // 7 3桁
            10,         // 8 2桁
};                      //   1の桁は引かない 最後の余り

/*****  桁指定BCD文字出力   *****/
//  d:変換データ long値
//  n:整数部文字数(-を含めて)
//  p:小数部文字数(.は含まない)
//  数値は整数を入力  浮動小数点ではない
//  小数部は整数の基数が0.01などの時に用いる
//  12345が123.56を意味する時 (d,3,2)と指定
//  -1234を-123.4と表示するときは(d,4,1)と-を含めた文字数に
//  bcd_bffに入った文字の先頭アドレスを持ってリターン
char *strbcd(int32_t d, byte n, byte p)
{
byte i, j;
byte sgn;           // 符号フラグ
byte mins = 0;      // マイナス符号処理済みフラグ
uint32_t e;         // 減算値
char *s;            // 0～9文字書込みバッファのアドレス
byte *t;            // bcd_4bit変換データアドレス
    if(d < 0){                  // マイナス?
        d   = -d;               // +の値にして
        sgn =  1;               // -フラグをオン
    }
    else{
        sgn = 0;
    }
//  引き算できるかどうかで余りを計算
    for(i = 0; i < DIMSIZ(bcd_chks); i++){  // 桁数loop
      e = pgm_read_dword(&bcd_chks[i]);     // 減算値
      j = 0;                        // 引ける数をカウント
      while(1){
        if((uint32_t)d < e)   break;   // 引けなければおわり
        j++;
        e += pgm_read_dword(&bcd_chks[i]);   // 比較値を加算
      }
      bcd_4bit[i] = j;              // 引けた数が余り
      d -= (e - pgm_read_dword(&bcd_chks[i]));  // 元値を減少
    }
    bcd_4bit[sizeof(bcd_4bit) - 1] = d;  // 最下位 1の桁
//  変換した桁数をチェック ゼロサプレスのため
    t = bcd_4bit;               // 変換データの先頭
    j = sizeof(bcd_4bit);       // 変換データ数
    while(j){
        if(*t++ != 0)   break;  // 0じゃない
        j--;                    // 0なら-1
    }                           // jは0以外の数字の数
    if(j == 0)      j = 1;      // 0なら1に
//  文字バッファ終端 nullをセット
    i = n + p;              // 全体の文字数
    if(p)       i++;
    s = bcd_bff + i;        // 文字バッファの最後尾
    *s = '\0';              // nullをセット
//  4bitの変換データを文字にしながらコピー
    t = bcd_4bit + sizeof(bcd_4bit);  // 変換データの最後
    if(p){                      // 小数部あり
      for(i = 0; i < p; i++){
        *--s = *--t + '0';      // 0～9を書込み
        if(j)       j--;
      }        
      *--s = '.';               // 小数点
    }
    for(i = 0; i < n; i++){     // 整数部
      if(j){                    // 0以外の数が残っている
        *--s = *--t + '0';      // 0～9を書込み
        j--;
      }
      else{                     // 必要数字を全部書き込んだ
        if((p != 0) &&          // 小数部あり
           (i == 0)){           // .の左隣に
          *--s = '0';           // ゼロを付加
        }
        else{
          if((sgn != 0) &&      // マイナス
             (mins == 0)){      // -符号処理まだ
              *--s = '-';       // マイナスを付加
              mins = 1;
          }
          else{                 // 2桁目以降でゼロ
            *--s = ' ';         // ゼロサプレス
          }
        }
      }
    }        
    return s;
}

さっきと同じようにdtostrf()との速度比較。
「1」を表示したところ。

「9999」の変換。

さらに「99.99999」の変換。

なんとかdtostrf()に追いついている感じです。

この方式で有利なのが、プログラムサイズ。
それぞれのルーチンを使ったときのROMサイズを
見てみましょう。

メモリ比較　(strbcd03.ino)

　strbcd()　dtostrf()　　ROM　RAM
－－－－－－－－－－－－－－－－－
(1)　　○　　　○　　　5900  359
(2)　　○　　　－　　　3738　335
(3)　　－　　　○　　　5348　333
　　　－－－－－－－－－－－－－－
 　　　 ROM (3)-(2) =　1610

(2)dtostrfなどfloatを使わないようにした。

dtostrf()やfloatを除いてstrbcd()だけで処理すると
1600バイトほどプログラムの必要ROM容量が減りました。

strbcd()ルーチンそのもの実行ルーチンROMバイト数は、
　　除算・剰余方式　　：２７８バイト
　　比較・加減算方式　：３７４バイト
でした。
比較・加減算方式でほ実行ルーチンの他に10桁～２桁の
加算データテーブルが３６バイト必要です。

遅くても良いのでプログラムを短くしておきたいなら
「除算・剰余方式」。
ちょっとでも速くというのなら「比較・加減算方式」という
ところでしょう。
「ルーチンをまとめるのが面倒」「ROMに余裕はあるので
既設の関数で」というのなら「float」で「dtostrf()」を。
あれこれ、探ってみましたがこんなところかと。