前書き

　Direct Memory Access Controler（以下DMAC）とは、メモリからメモリへ、またはメモリ
から周辺機器の間をCPUを介さずに、直接転送できる機能です。このDMACは、大量のデータ
を高速で転送することが可能で、さらにソフトウェア上では初期の起動と終了処理だけで
済むので、プログラムにかかる負担も軽く非常に効率が良いのです。

　RCサーボ駆動型二足歩行ロボットの場合、全身で大量のRCサーボを使用し、それらを制御
しなければなりません。しかし、H8/3048FやH8/3052Fでは最大５つのPWMしか発生すること
ができないため、全く足りません。これでは片足くらいしか制御できません。

　そこで、割り込みを使ったプログラムも考えたのですが、割り込み処理の時間が遅いせい
なのか、12個のRCサーボを動かそうとすると±８°ごと（-16°，-8°，0°，8°，16°）
の制御しかできませんでした。このプログラムでは、満足に立つ事もできません。

　そこで登場したのが、DMACです。自分はこの時点でマイコンを始めてから半年くらいしか
経っていなかったのと、ハードウェアマニュアルを熟読していなかったことから、DMACの
存在を全く知りませんでした。しかし、TEKUROBO工作室の掲示板に書き込んでいらっしゃる
yukkyさんの助言で始めて存在を知り、今日までDMACばかりやってきたというわけです。

　では、このDMACはどのようなプログラムを書けば使えるかを説明していきます。

まずは実例を元に設定の仕方を説明していこうと思います。
今回のプログラムはいきなりRCサーボのプログラムではなく、
8ビットのLEDを順番に点滅させるプログラムの説明をしていきます。
（要するにナイトライダー）

細かい部分の説明（ポートの設定等）は省きますので、詳しく知りたい方は、
TEKUROBO工作室を訪れてみてください。きっと、ここよりも理解しやすいと思います。


#include<3048f.h>

/* LED発光パターンテーブル*/
char data[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01};

main()
{
	P2.DDR = 0xff;				/* 入出力設定(1:出力, 0:入力)*/
	P2.PCR.BYTE = 0x00;			/* プルアップ設定(1:ON, 0:OFF)*/
	
	dma_init();				/* 起動要因であるITU0の初期化*/
	
	while(1)
	{
		dma();
	}
}

dma()
{
	DMAC0A.MAR = &data[0];			/* 転送元（データ）のアドレス*/
	DMAC0A.IOAR = 0xc3;			/* 転送先のアドレス*/
	DMAC0A.ETCR = sizeof(data);			/* 転送回数　＝　転送元データの数*/
	DMAC0A.DTCR.BYTE = 0x00;			/* DMACの設定：00000000*/
	DMAC0A.DTCR.BIT.DTE = 1;			/* DMAC0A起動*/

	ITU.TSTR.BIT.STR0 = 1;			/* ITU0 TCNTカウント開始*/
	while(DMAC0A.DTCR.BIT.DTE);			/* 転送が完了する（DTE=0の状態）まで待機*/
	ITU.TSTR.BIT.STR0 = 0;			/* ITU0 TCNTカウント停止*/
}

dma_init()
{
	ITU0.TCR.BYTE = 0x23;			/* GRAｺﾝﾍﾟｱﾏｯﾁ clock 1/8 */
	ITU0.GRA = 0xffff;				/* GRAを65535に設定 約33ms*/
	ITU0.TIER.BYTE = 0xf9;			/* ITU0のGRAによるｺﾝﾍﾟｱﾏｯﾁ割込みを許可*/
	ITU.TSTR.BIT.STR0 = 0;			/* ITU0 TCNTカウント停止*/
}



▼アドレスモード

　DMACには、次の二つのモードがあります。

ショートアドレスモード	（主にメモリ⇔周辺機器の転送）
フルアドレスモード	（主にメモリ⇔メモリの転送）

　今回は、メモリ（発光順序のデータ）から周辺機器（LEDに接続しているポート）に転送
したいので、ショートアドレスモードを使います。

▼ショートアドレスモード

　さらに、ショートアドレスモードにも次の３つのモードがあります。

I/Oモード
アイドルモード
リピートモード

　今回は、発光順序のデータを順番に転送したいので、I/Oモードを選択します。

▼I/Oモードとは？

今回選択するI/Oモードは次のようなものです。


1回の転送要求をされたら1バイト、もしくは1ワードずつ転送を行う。
指定された回数だけ転送を繰り返し行う。
通常は、「MARで指定されるアドレス⇒IOARで指定されるアドレス」という風に転送されます。
配列に記入してあるデータを周辺機器へ転送可能。
IOARはデクリメントもインクリメントもされない。
転送回数は最大65336まで設定可能。
起動要因は、ITUチャネル0〜3のコンペアマッチ/インプットキャプチャA割り込み、
SCI0の送信データエンプティ、受信データフル割り込み、及び外部リクエスト等


▼プログラムでの設定

　さぁ、いよいよプログラムの説明に入っていきたいと思います。（「説明」と言うよりも、
「設定の仕方」と言った方がいいかもしれません。）
　まず、dma()関数を見てください。

	DMAC0A.MAR = &data[0];
	DMAC0A.IOAR = 0xc3;
	DMAC0A.ETCR = sizeof(data);
	DMAC0A.DTCR.BYTE = 0x00;
	DMAC0A.DTCR.BIT.DTE = 1;

　何やら「DMAC0A」と言う文字が5つぐらいあります。この部分がDMACの設定をする部分です。
では、上から順番に説明していきます。

▼メモリアドレスレジスタ（MAR）

「DMAC0A.MAR」		ここに、転送したいデータが入っている配列などの先頭アドレスを
			記入すれば、データを順番に転送してくれます。
			＜転送元アドレスの設定＞

　プログラムでは、「&data[0]」になっています。配列の前に「＆」を付けると、「その配列の
アドレスである」と言う意味になります。

▼I/Oアドレスレジスタ（IOAR）

「DMAC0A.IOAR」		ここでデータを送りつけたい周辺機器のアドレスを記入すれば、
			先ほど設定したMARから順々にデータがやってきます。
			＜転送先アドレスの設定＞

　プログラムでは、「0xc3」になっています。「0xc3」は「P2.DR.BYTE」のアドレスです。


P1DR
P2DR
P3DR
P4DR
P5DR
P6DR
P7DR
P8DR
P9DR
PADR
PBDR


0xC2
0xC3
0xC6
0xC7
0xCA
0xCB
0xCE
0xCF
0xD2
0xD3
0xD6


補足：I/Oポートのアドレスにも転送は可能です。

▼転送カウントレジスタ（ETCR）

「DMAC0A.ETCR」		ここに転送したい回数を記入すると、記入された回数分
			メモリから周辺機器へ転送してくれます。
			転送回数は1〜65535(0x0001〜0xFFFF)まで指定できます。
			＜転送回数の設定＞

　プログラムでは、「sizeof(data)」となっておりますが、これは、上の方のLED発光パターン
テーブル「data[]」という配列に入っているデータの数と言う意味です。つまり、data配列には
15個のデータが入っているので、「sizeof(data)」= 15ということになります。
注意としては、sizeof()は関数ではありません。

▼データトランスファコントロールレジスタ（DTCR）

「DMAC0A.DTCR.BYTE」	DMACの起動要因や、どのモードを使うのか？と言った
			細かい設定をするです。8ビットのレジスタで構成さ
			れているので、一度に変更することも可能です。


7
6
5
4
3
2
1
0

DTE
DTSZ
DTID
RPE
DTIE
DTS2
DTS1
DTS0

以上のような構成になっています。

▼データトランスファイネーブル（DTE）

データ転送の許可/禁止を設定できます。DTEビットは、DTE=0の状態をリードした（読み込んだ）後、
１をライトした（書き込んだ）とき１にセットされます。


BIT 7
説　　明


DTE

0
データ転送禁止。I/Oモードとアイドルモードでは、指定された回数の転送を

終了したら０にクリア。
1
データ転送許可

DTEの初期値は0（「転送禁止」状態）
DTIE = 1の状態で、DTEが0にクリアされるとCPUに割り込みを要求します。

バイトサイズで一度に変更する場合は、ここを０のままにしておき、
後にビットサイズで０を１に変更します。。
（そうしないと動作しない可能性があります。）
DTE = 0

▼データトランスファサイズ（DTSZ）

1回に転送されるデータサイズを選択します。


BIT 6
説　　明


DTSZ

0
バイトサイズ転送（8bit）
1
ワードサイズ転送（16bit）

DTSZの初期値は0（「バイトサイズ転送」状態）

今回のプログラムは8bit(1byte)の転送なので、バイトサイズ転送を選択します。
DTSZ = 0

▼データトランスファインクリメント/デクリメント（DTID）

I/Oモードまたはリピートモードの場合、データ転送後のMARのインクリメント/デクリメントを選択します。


BIT 5
説　　明


DTID

0
データ転送後MARをインクリメント
(1)DTSZ=0のとき、転送後MARを+1
(2)DTSZ=1のとき、転送後MARを+2
1
データ転送後MARをデクリメント
(1)DTSZ=0のとき、転送後MARを-1
(2)DTSZ=1のとき、転送後MARを-2

アイドルモードの場合は、MARはインクリメントもデクリメントもされません。

今回のプログラムはdata[0]→data[14]のように、番号を増やしたいので、インクリメントを選択します。
DTID = 0

▼リピートイネーブル（RPE）

データ転送に、どのモードを使うか選択します。


BIT 4
BIT 3
説　　明


RPE
DTIE


0
0
I/Oモードで転送
1


0
0
リピートモードで転送
1
アイドルモードで転送

初期値０（「I/Oモード選択」状態））
上の表を見ても分かるとおり、I/Oモードの時はDTIEの状態に影響されません。

今回のプログラムではI/Oモードを使うため、RPEは０のままです。
RPE = 0

▼データトランスファインタラプトイネーブル（DTIE）

DTEが0にクリアされたときのDTEによる割り込み(DEND)要求を許可/禁止します。
つまり、転送終了時の割り込みを許可するか禁止するか選択する。


BIT 3
説　　明


DTIE

0
DTEによる割り込み(DEND)要求を禁止
1
DTEによる割り込み(DEND)要求を許可

初期値０（「転送終了割り込み禁止」状態））

今回のプログラムでは、転送終了割り込みは使わないので、DTIEは０のままです。
DTIE = 0

▼データトランスファセレクト（DTS2〜0）

データ転送の起動要因を選択します。


BIT 2
BIT 1
BIT 0
説　　明


DTS2
DTS1
DTS0


0
0
0
ITUチャネル0のコンペアマッチ/インプットキャプチャA割り込みで起動
1
ITUチャネル1のコンペアマッチ/インプットキャプチャA割り込みで起動

1
0
ITUチャネル2のコンペアマッチ/インプットキャプチャA割り込みで起動
1
ITUチャネル3のコンペアマッチ/インプットキャプチャA割り込みで起動

1
0
0
SCIチャネル0の送信データエンプティ割り込みで起動
1
SCIチャネル0の受信データフル割り込みで起動

1
0
DREQ端子の立下がりエッジ入力で起動（チャネルBの場合）

フルアドレスモード転送を指定（チャネルAの場合）

1
DREQ端子のLowレベル入力で起動（チャネルAの場合）

フルアドレスモード転送を指定（チャネルBの場合）

初期値(0,0,0)（「起動要因ITU0」状態））
今回のプログラムではITU0のコンペアマッチA割り込みを使うので、DTS2=0,DTS1=0,DTS0=0となります。
今のところ、ITUのコンペアマッチ割り込みAしか使う予定がないと思います。

DTS2=0, DTS1=0, DTS0=0

▼データトランスファコントロールレジスタ（DTCR）の設定

以上の8ビットの設定を全て合わせると．．．


7
6
5
4
3
2
1
0

DTE
DTSZ
DTID
RPE
DTIE
DTS2
DTS1
DTS0

0
0
0
0
0
0
0
0


以上のようになり、「DTCR = 0x00」となります。

▼DMAC設定の流れ

DMACの設定は次の手順で行います。

１．転送元アドレス「MAR」の設定。
		↓
２．転送先アドレス「IOAR」の設定。
		↓
３．転送回数を「ETCR」に設定。
		↓
４．DTCRの各ビットの設定。
		↓
５．DTEビットを１に設定。
		↓
６．I/Oモード

↓プログラムでもそのように設定します。

	DMAC0A.MAR = &data[0];
	DMAC0A.IOAR = 0xc3;
	DMAC0A.ETCR = sizeof(data);
	DMAC0A.DTCR.BYTE = 0x00;
	DMAC0A.DTCR.BIT.DTE = 1;


　最後にDTEビットだけ変更しているのには理由があります。
DTEビットは特殊で、DTE=0の状態を読み込んでから１にしないと、DTE=1の状態になりません。
バイトデータ（DTCR.BYTEの部分）への代入だけでは、書き込んだだけで終了してしまい、
DTE=0の状態をリードする（読み込む）作業が抜けてしまうので、１にセットされません。

しかし、ビットサイズ（DTCR.BIT.DTE部分）での代入は以下のような特徴があります。

内容を読み込む
ビット演算
書き込み

以上のように、３ステップを行います。
当然３段階の動作を行うためスピード自体は遅くなりますが、
そこまで神経質になるほど遅くなるとは思いません。

▼起動要因ITU0の設定

DMACの起動要因として設定した、ITU0について説明していきます。

	ITU0.TCR.BYTE = 0x23;			/* GRAｺﾝﾍﾟｱﾏｯﾁ clock 1/8 */
	ITU0.GRA = 0xffff;				/* GRAを65535に設定 約33ms*/
	ITU0.TIER.BYTE = 0xf9;			/* ITU0のGRAによるｺﾝﾍﾟｱﾏｯﾁ割込みを許可*/
	ITU.TSTR.BIT.STR0 = 0;			/* ITU0 TCNTカウント停止*/

細かい説明は、省略します。ここでやっている作業というのは、

TCR：タイマーコントロールレジスタ
GRA：ジェネラルレジスタA
TIER：タイマーインタラプトイネーブルレジスタ
TSTR：タイマースタートレジスタ

以上４つの設定を行っております。

▼TCRの設定

今回の条件は以下の通りです。

・ITU0のGRAを使う。
・立ち上がりエッジでカウント。
・TCNTのカウントクロックをφ/8。

設定は以下の通りになり、ITU0.TCR.BYTE = 0x23;になります。

7
6
5
4
3
2
1
0

  -  
CCLR1
CCLR0
CKEG1
CKEG0
TPSC2
TPSC1
TPSC0

0
0
1
0
0
0
1
1


▼GRAの設定

　ここでは転送をするタイミングを設定します。前回のTCRでカウントクロックの設定をφ/8にしたのは、
目で追えるくらいのスピードにするためです。１クロックは、1 / ( 16MHz / 8 ) = 0.5μsecなので、
65535 * 0.5μsec = 32767.5となり、約33msecごとに、LEDが一つ移動していることになります。

0