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H8/3069, H8/3052向けμT-Kernel(非公式版)実装仕様書
Version 1.01.01
2012年1月
1 CPU
1.1 ハードウェア仕様
- H8/3069版
CPU: Renesas H8/3069 @20MHz
ROM: 512kB(CPU内蔵)
RAM: 16kB(CPU内蔵)
AKI-H8/3069FフラッシュマイコンLANボード(秋月電子通商 K-00168)を
使用する。
(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00168/)
AKI-H8/3069FフラッシュマイコンLANボード上のDRAM(2MB)で動作させる場合
は、H8簡易モニタ
(http://www.mit.pref.miyagi.jp/embedded/consortium/h8mon.html)を使用す
る。
他のH8/3069ボードでも動作すると思われるが、動作は確認していない。
- H8/3052版
CPU: Renesas H8/3052 @25MHz
ROM: 512kB(CPU内蔵)
RAM: 8kB(CPU内蔵)
AKI-H8-LANボード(秋月電子通商 K-00211)を使用する。
(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00211/)
AKI-H8-LANボード上のSRAM(128kB)で動作させる場合は、H8簡易モニタ
(http://www.mit.pref.miyagi.jp/embedded/consortium/h8mon.html)を使用す
る。
他のH8/3052ボードでも動作すると思われるが、動作は確認していない。
1.2 動作モードと保護レベル
MMUやMPUが存在しないため、保護レベルの切り替えという概念は無い。
保護レベルの指定は、全てレベル0として扱う。
2 メモリマップ
2.1 H8/3069版
2.1.1 全体
CPUの動作モードは、CPU内蔵のROM・RAMだけで動作させる場合は、モード7とする。
AKI-H8/3069FフラッシュマイコンLANボード上のDRAMを使用する場合は、モード5。
モードにかかわらず、EMCビットの設定は1とする。
0x000000 +-----------------------+
|内蔵ROM (512kB) | 0x000000-0x07ffff
0x080000 +-----------------------+
:(外部アドレス空間) (*):
0x400000 +-----------------------+
|外付DRAM (2MB) (*)| 0x400000-0x5fffff
0x600000 +-----------------------+
:(外部アドレス空間) (*):
0xfee000 +-----------------------+
|内部I/Oレジスタ(1) |
0xfee100 +-----------------------+
:(外部アドレス空間) (*):
0xffbf20 +-----------------------+
|内蔵RAM (16kB) | 0xffbf20-0xffff1f
0xffff20 +-----------------------+
|内部I/Oレジスタ(2) |
0xffffea +-----------------------+
:(外部アドレス空間) (*):
0xffffff +-----------------------+
(*)モード5のみ存在
2.1.2 内蔵ROM領域/外付DRAM領域
512kBの内蔵ROM領域・2MBの外付DRAM領域は、以下のように使用する。
・H8簡易モニタを使用しない場合
0x000000 +-----------------------+
|割込例外ベクタテーブル | 0x000000-0x0000ff
0x000100 +-----------------------+
|μT-Kernelコード |
+- - - - - - - - - - - -+
|(未使用) |
0x080000 +-----------------------+
0x400000 +-----------------------+
|(未使用) | 0x400000-0x5fffff
0x600000 +-----------------------+
内蔵ROMには、割込例外ベクタテーブルとμT-Kernelコードを配置する。
・H8簡易モニタを使用する場合
0x000000 +-----------------------+
|H8簡易モニタ | 0x000000-0x07ffff
0x080000 +-----------------------+
0x400000 +-----------------------+
|μT-Kernelコード | 0x400000-0x5fffff
+- - - - - - - - - - - -+
|(未使用) |
0x600000 +-----------------------+
内蔵ROMは、H8簡易モニタが使用する。
割込例外ベクタテーブルは、H8簡易モニタが内蔵RAM領域上に提供する(後述)。
外付DRAM領域に、μT-Kernelコードを配置する。
2.1.3 内蔵RAM領域
16kBの内蔵RAM領域は、以下のように使用する。
0xffbf20 +-----------------------+
|モニタ・作業領域 (*)|
0xffc000 +-----------------------+
|モニタ・ベクタ領域 (*)|
0xffc100 +-----------------------+
|.data |
+- - - - - - - - - - - -+
|.bss (NoInit) |
+- - - - - - - - - - - -+
|.bss |
+- - - - - - - - - - - -+ ←SYSTEMAREA_TOP
|μT-Kernel管理領域 |
0xfffe60 +-----------------------+ ←SYSTEMAREA_END
|割込スタック (192byte) |
0xffff20 +-----------------------+ ←sp初期値
(*)H8簡易モニタ使用時のみ存在
NoInit: ゼロ初期化されない.bss
内蔵RAMの下位アドレスから、.dataおよび.bssを割り当てる。
μT-Kernel管理領域は、μT-Kernelのメモリ管理機能が使用する。
μT-Kernel管理領域は、設定ファイル(utk_config_depend.h)のSYSTEMAREA_TOP, SYSTE
MAREA_ENDの指定された間の領域とする。通常は、空いているメモリ領域は全てμT-Ker
nelのメモリ管理機能に割り当てられる。
2.2 H8/3052版
2.2.1 全体
CPUの動作モードは、CPU内蔵のROM・RAMだけで動作させる場合は、モード7とする。
AKI-H8-LANボード上のSRAMを使用する場合は、モード6。
0x000000 +-----------------------+
|内蔵ROM (512kB) | 0x000000-0x07ffff
0x080000 +-----------------------+
:(外部アドレス空間) (*):
0x220000 +-----------------------+
|外付SRAM (128kB) (*)| 0x220000-0x23ffff
0x240000 +-----------------------+
:(外部アドレス空間) (*):
0xffdf10 +-----------------------+
|内蔵RAM (8kB) | 0xffdf10-0xffff0f
0xffff10 +-----------------------+
:(外部アドレス空間) (*):
0xffff1c +-----------------------+
|内部I/Oレジスタ(2) |
0xffffff +-----------------------+
(*)モード6のみ存在
2.2.2 内蔵ROM領域/外付SRAM領域
512kBの内蔵ROM領域・128kBの外付SRAM領域は、以下のように使用する。
・H8簡易モニタを使用しない場合
0x000000 +-----------------------+
|割込例外ベクタテーブル | 0x000000-0x0000ff
0x000100 +-----------------------+
|μT-Kernelコード |
+- - - - - - - - - - - -+
|(未使用) |
0x080000 +-----------------------+
0x220000 +-----------------------+
|(未使用) | 0x220000-0x23ffff
0x240000 +-----------------------+
内蔵ROMには、割込例外ベクタテーブルとμT-Kernelコードを配置する。
・H8簡易モニタを使用する場合
0x000000 +-----------------------+
|H8簡易モニタ | 0x000000-0x07ffff
0x080000 +-----------------------+
0x220000 +-----------------------+
|μT-Kernelコード | 0x220000-0x23ffff
+- - - - - - - - - - - -+
|(未使用) |
0x240000 +-----------------------+
内蔵ROMは、H8簡易モニタが使用する。
割込例外ベクタテーブルは、H8簡易モニタが内蔵RAM領域上に提供する(後述)。
外付SRAM領域に、μT-Kernelコードを配置する。
2.2.3 内蔵RAM領域
8kBの内蔵RAM領域は、以下のように使用する。
0xffdf10 +-----------------------+
|モニタ・作業領域 (*)|
0xffe000 +-----------------------+
|モニタ・ベクタ領域 (*)|
0xffe100 +-----------------------+
|.data |
+- - - - - - - - - - - -+
|.bss (NoInit) |
+- - - - - - - - - - - -+
|.bss |
+- - - - - - - - - - - -+ ←SYSTEMAREA_TOP
|μT-Kernel管理領域 |
0xfffe50 +-----------------------+ ←SYSTEMAREA_END
|割込スタック (192byte) |
0xffff10 +-----------------------+ ←sp初期値
(*)H8簡易モニタ使用時のみ存在
NoInit: ゼロ初期化されない.bss
内蔵RAMの下位アドレスから、.dataおよび.bssを割り当てる。
μT-Kernel管理領域は、μT-Kernelのメモリ管理機能が使用する。
μT-Kernel管理領域は、設定ファイル(utk_config_depend.h)のSYSTEMAREA_TOP, SYSTE
MAREA_ENDの指定された間の領域とする。通常は、空いているメモリ領域は全てμT-Ker
nelのメモリ管理機能に割り当てられる。
2.3 スタック
以下の二種類のスタックが存在する。
(1)システムスタック
(2)割り込みスタック
詳細は、μT-Kernel実装仕様書 H8S/2212版を参照。
3 割り込み及び例外
3.1 割り込み定義番号
tk_def_int()で定義する割り込み定義番号(dintno)は、以下に示すベクタ番号の値を使
用する。
(H8/3069版)
ベクタアドレス ベクタ番号 割り込み要因
0x000000 0 reset
0x000004 1 reserved
0x000008 2 reserved
0x00000c 3 reserved
0x000010 4 reserved
0x000014 5 reserved
0x000018 6 reserved
0x00001c 7 NMI
0x000020 8 trap (#0)
0x000024 9 trap (#1)
0x000028 10 trap (#2)
0x00002c 11 trap (#3)
0x000030 12 IRQ0
0x000034 13 IRQ1
0x000038 14 IRQ2
0x00003c 15 IRQ3
0x000040 16 IRQ4
0x000044 17 IRQ5
0x000048 18 reserved
0x00004c 19 reserved
0x000050 20 WOVI
0x000054 21 CMI
0x000058 22 reserved
0x00005c 23 ADI
0x000060 24 IMIA0
0x000064 25 IMIB0
0x000068 26 OVI0
0x00006c 27 reserved
0x000070 28 IMIA1
0x000074 29 IMIB1
0x000078 30 OVI1
0x00007c 31 reserved
0x000080 32 IMIA2
0x000084 33 IMIB2
0x000088 34 OVI2
0x00008c 35 reserved
0x000090 36 CMIA0
0x000094 37 CMIB0
0x000098 38 CMIA1/CMIB1
0x00009c 39 TOVI0/TOVI1
0x0000a0 40 CMIA2
0x0000a4 41 CMIB2
0x0000a8 42 CMIA3/CMIB3
0x0000ac 43 TOVI2/TOVI3
0x0000b0 44 DEND0A
0x0000b4 45 DEND0B
0x0000b8 46 DEND1A
0x0000bc 47 DEND1B
0x0000c0 48 reserved
0x0000c4 49 reserved
0x0000c8 50 reserved
0x0000cc 51 reserved
0x0000d0 52 ERI0
0x0000d4 53 RXI0
0x0000d8 54 TXI0
0x0000dc 55 TEI0
0x0000e0 56 ERI1
0x0000e4 57 RXI1
0x0000e8 58 TXI1
0x0000ec 59 TEI1
0x0000f0 60 ERI2
0x0000f4 61 RXI2
0x0000f8 62 TXI2
0x0000fc 63 TEI2
(H8/3052版)
ベクタアドレス ベクタ番号 割り込み要因
0x000000 0 reset
0x000004 1 reserved
0x000008 2 reserved
0x00000c 3 reserved
0x000010 4 reserved
0x000014 5 reserved
0x000018 6 reserved
0x00001c 7 NMI
0x000020 8 trap (#0)
0x000024 9 trap (#1)
0x000028 10 trap (#2)
0x00002c 11 trap (#3)
0x000030 12 IRQ0
0x000034 13 IRQ1
0x000038 14 IRQ2
0x00003c 15 IRQ3
0x000040 16 IRQ4
0x000044 17 IRQ5
0x000048 18 reserved
0x00004c 19 reserved
0x000050 20 WOVI
0x000054 21 CMI
0x000058 22 reserved
0x00005c 23 reserved
0x000060 24 IMIA0
0x000064 25 IMIB0
0x000068 26 OVI0
0x00006c 27 reserved
0x000070 28 IMIA1
0x000074 29 IMIB1
0x000078 30 OVI1
0x00007c 31 reserved
0x000080 32 IMIA2
0x000084 33 IMIB2
0x000088 34 OVI2
0x00008c 35 reserved
0x000090 36 IMIA3
0x000094 37 IMIB3
0x000098 38 OVI3
0x00009c 39 reserved
0x0000a0 40 IMIA4
0x0000a4 41 IMIB4
0x0000a8 42 OVI4
0x0000ac 43 reserved
0x0000b0 44 DEND0A
0x0000b4 45 DEND0B
0x0000b8 46 DEND1A
0x0000bc 47 DEND1B
0x0000c0 48 reserved
0x0000c4 49 reserved
0x0000c8 50 reserved
0x0000cc 51 reserved
0x0000d0 52 ERI0
0x0000d4 53 RXI0
0x0000d8 54 TXI0
0x0000dc 55 TEI0
0x0000e0 56 ERI1
0x0000e4 57 RXI1
0x0000e8 58 TXI1
0x0000ec 59 TEI1
0x0000f0 60 ADI
0x0000f4 -- ----
0x0000f8 -- ----
0x0000fc -- ----
3.2 TRAPA命令の割り当て
TRAPA命令は0〜2を使用する(対応する割り込み定義番号は8〜10)。
trapa 0 システムコール・拡張SVC
trapa 1 tk_ret_int()システムコール
trapa 2 タスクディスパッチャ
trapa 3 (未使用)
3.3 割り込みハンドラ
μT-Kernel実装仕様書 H8S/2212版を参照。
4 初期化および起動処理
4.1 起動手順
システムがリセットされると、カーネルが起動する。
カーネルが起動してから、main()関数が呼ばれるまでの処理は以下の通り。
icrt0.S
(1)スタックポインタの設定 [start:]
(2)CCRの初期化 [start:]
(3)H8簡易モニタ・ユーザベクタエリアの設定 [vector_loop:]
※内蔵ROM上で動作する場合は、この処理は行わない
(4)データセクションの初期値設定(ROM→RAM) [data_loop:]
(5)BSSセクションのゼロクリア [bss_loop:]
(6)カーネル管理領域の範囲計算 [bss_done:]
(7)main関数(sysinit_main.c)の呼び出し [kernel_start:]
4.2 ユーザ初期化プログラム
μT-Kernel実装仕様書 H8S/2212版を参照。
5 カーネル実装仕様
5.1 システム状態判定
(1)タスク独立部(割り込みハンドラ・タイムイベントハンドラ)
カーネル内にフラグを設けて判定。
knl_taskindp = 0 タスク部
knl_taskindp > 0 タスク独立部
(2)凖タスク部(拡張SVCハンドラ)
カーネル内にフラグを設けて判定。
TCBのsysmode = 0 タスク部
TCBのsysmode > 0 タスク独立部
5.2 カーネルが使用する例外・割り込み
trapa 0 システムコール・拡張SVC
trapa 1 tk_ret_int()システムコール
trapa 2 タスクディスパッチャ
trapa 3 (未使用)
dintno 24 IMIA0
5.3 システムコール/拡張SVCのインタフェース
呼び出し方法等に関する基本的な説明は、μT-Kernel実装仕様書 H8S/2212版を参照。
ただしEXRレジスタは存在しないため、このレジスタに対する操作は行わない。
(1)システムコールのインタフェース
システムコールは、第3引数まではレジスタに設定し、第4引数以降はスタックに積ん
で、TRAPA #1(trapa #TRAP_SVC)により呼び出す。システムコールのインタフェースの実
装例を、以下に示す。
ER tk_xxx_yyy(p1, p2, p3, p4, p5)
// stack state
// High Address +-------------------+
// | 5th arg (low) |
// | 5th arg (high) |
// | 4th arg (low) |
// | 4th arg (high) |
// | PC (low) | saved by I/F call
// | PC (high) |
// | R0 |
// | PC (low) | saved by trapa
// er7, er5 => | CCR:PC (high) |
// Low Address +-------------------+
// <-- 16bit width -->
//
Csym(tk_xxx_yyy):
push.w r0
mov.w 機能コード, r0
#if USE_TRAP
trapa #TRAP_SVC
#else
jsr Csym(knl_call_entry)
#endif
inc.l #2, er7
rts
(2)拡張SVCのインタフェースライブラリ
引数は全てパケット化し、パケットの先頭アドレスをer1レジスタに設定してTRAPA #1
(trapa #TRAP_SVC)により呼び出す。パケットは通常、スタック上に作成するが、他の場
所でも構わない。引数はパケット化するため、数や型に制限は無い。
拡張SVCのインタフェース実装例を、以下に示す。
W zxxx_yyy(p1, p2, p3, p4, p5, p6)
Csym(${func}):
push.l er1 // レジスタ上の引数をスタックに積む
push.l er0
mov.l er7, er1
push.l er2
mov.w @zxxx_yyy, r0 // er1 = 引数パケットのアドレス
trapa #TRAP_SVC
add.l #12, er7
rts
(3)デバッガサポート機能システムコールのインタフェース
デバッガサポート機能には対応しないため、インタフェースは存在しない。
5.4 システムコール呼び出し時のスタック
(1)C言語I/F (func(arg1, arg2, ...))
High Address +-------------------+
| ... |
| 5th arg (low) |
| 5th arg (high) |
| 4th arg (low) |
| 4th arg (high) |
| PC (low) | saved by I/F call
| PC (high) |
Low Address +-------------------+
<-- 16bit width -->
er0 = 1st arg
er1 = 2nd arg
er2 = 3rd arg
(2)knl_call_entry先頭(trapa #TRAP_SVC直後)
High Address +-------------------+
| ... |
| 5th arg (low) |
| 5th arg (high) |
| 4th arg (low) |
| 4th arg (high) |
| PC (low) | saved by I/F call
| PC (high) |
| R0 |
| PC (low) | saved by trapa
SP => | CCR:PC (high) |
Low Address +-------------------+
<-- 16bit width -->
r0 = fncd
e0 = 1st argの上位16bit
スタックに退避されたr0 = 1st argの下位16bit
er1 = 2nd arg
er2 = 3rd arg
(3)bpl l_esvc_functionの直後
High Address +-------------------+
| ... |
| 5th arg (low) |
| 5th arg (high) |
| 4th arg (low) |
| 4th arg (high) |
| PC (low) | saved by I/F call
| PC (high) |
| R0 |
| PC (low) | saved by trapa
| CCR:PC (high) |
| R4 |
| E4 |
| R5 |
| E5 |
| R6 |
er5, SP => | E6 |
Low Address +-------------------+
<-- 16bit width -->
r0 = fncd
e0 = 1st argの上位16bit
スタックに退避されたr0 = 1st argの下位16bit
er1 = 2nd arg
er2 = 3rd arg
r4 = fncd
(4)システムコール呼び出し直前
High Address +-------------------+
| ... |
| 5th arg (low) |
| 5th arg (high) |
| 4th arg (low) |
| 4th arg (high) |
| PC (low) | saved by I/F call
| PC (high) |
| R0 |
| PC (low) | saved by trapa
| CCR:PC (high) |
| R4 |
| E4 |
| R5 |
| E5 |
| R6 |
er5 => | E6 |
| (5th arg (low)) |
| (5th arg (high)) |
| (4th arg (low)) |
| (4th arg (high)) |
Low Address +-------------------+
<-- 16bit width -->
er0 = 1st arg
er1 = 2nd arg
er2 = 3rd arg
5.5 拡張SVC呼び出し時のスタック
(1)C言語I/F (func(arg1, arg2, ...))
High Address +-------------------+
| ... |
| 5th arg (low) |
| 5th arg (high) |
| 4th arg (low) |
| 4th arg (high) |
| PC (low) | saved by I/F call
| PC (high) |
Low Address +-------------------+
<-- 16bit width -->
er0 = 1st arg
er1 = 2nd arg
er3 = 3rd arg
(2)knl_call_entry先頭(trapa #TRAP_SVC直後)
High Address +-------------------+
| ... |
| 5th arg (low) |
| 5th arg (high) |
| 4th arg (low) |
| 4th arg (high) |
| PC (low) | saved by I/F call
| PC (high) |
| 2nd arg (low) |
| 2nd arg (high) |
| 1st arg (low) |
er1 => | 1st arg (high) |
| 3rd arg (low) |
| 3rd arg (high) |
| PC (low) | saved by trapa
SP => | CCR:PC (high) |
Low Address +-------------------+
<-- 16bit width -->
r0 = fncd
er1 = pk_para
(3)l_esvc_function先頭
High Address +-------------------+
| ... |
| 5th arg (low) |
| 5th arg (high) |
| 4th arg (low) |
| 4th arg (high) |
| PC (low) | saved by I/F call
| PC (high) |
| 2nd arg (low) |
| 2nd arg (high) |
| 1st arg (low) |
er1 => | 1st arg (high) |
| 3rd arg (low) |
| 3rd arg (high) |
| PC (low) | saved by trapa
| CCR:PC (high) |
| R4 |
| E4 |
| R5 |
| E5 |
| R6 |
er5, SP => | E6 |
Low Address +-------------------+
<-- 16bit width -->
r0 = fncd
er1 = pk_para
(4)knl_svc_ientry先頭
High Address +-------------------+
| ... |
| 5th arg (low) |
| 5th arg (high) |
| 4th arg (low) |
| 4th arg (high) |
| 3rd arg (low) |
| 3rd arg (high) |
| 2nd arg (low) |
| 2nd arg (high) |
| 1st arg (low) |
er0 => | 1st arg (high) |
| 3rd arg (low) |
| 3rd arg (high) |
| PC (low) | saved by trapa
| CCR:PC (high) |
| R4 |
| E4 |
| R5 |
| E5 |
| R6 |
er5, SP => | E6 |
Low Address +-------------------+
<-- 16bit width -->
er0 = pk_para
r1 = fncd
er4 = ret_addr (saved by I/F call)
5.6 割り込み発生時のスタック
μT-Kernel実装仕様書 H8S/2212版を参照。
5.7 タスクの実装依存定義
μT-Kernel実装仕様書 H8S/2212版を参照。
5.8 タスクレジスタの設定・参照
μT-Kernel実装仕様書 H8S/2212版を参照。
6 システムコンフィギュレーションデータ
6.1 utk_config_depend.hの設定値
μT-Kernel実装仕様書 H8S/2212版を参照。
ただし、以下の項目に関してはリファレンスコードと異なっているため、
ユーザは必要に応じて調整すること(デフォルトでは必要最低限のものしか
有効にしていない)。
SYSTEMAREA_TOP, SYSTEMAREA_END, RI_USERAREA_TOP, RI_INTSTACK
CFN_TIMER_PERIOD
CFN_MAX_TSKID, CFN_MAX_SEMID, CFN_MAX_FLGID, CFN_MAX_MBXID,
CFN_MAX_MTXID, CFN_MAX_MBFID, CFN_MAX_PORID, CFN_MAX_MPLID,
CFN_MAX_MPFID, CFN_MAX_CYCID, CFN_MAX_ALMID, CFN_MAX_SSYID,
CFN_MAX_REGDEV, CFN_MAX_OPNDEV, CFN_MAX_REQDEV
6.2 makerules
μT-Kernel実装仕様書 H8S/2212版を参照。
7. Makeのためのヒント
ビルドの前に、以下の環境変数の設定を忘れないこと。
$ export BD=/home/user/utkernel_source
$ export GNU_BD=/usr/local
$ export TOOL_ORIGIN=GNUh8300
$ export GNUh8300=/usr/local/h8300-elf
ビルド用のディレクトリは、$(BD)/kernel/sysmain/build/app_h83069もしくは
$(BD)/kernel/sysmain/build/app_h83052。makeでビルド、make cleanで
オブジェクトのクリーンアップ。BSD環境ではGNU makeを使うこと。
ターゲットに転送するのは、kernel-ram.motもしくはkernel-rom.mot。