ファームウェア、外部信号取り込みの注意点

Arduino、IoTのおかげでファームウェアの活躍の場が増えています。
ファームウェアは時間に対してシビア。モーターの回転パルスを取得して速度検出、タイマー割り込みで一定間隔で発光など。

この外部信号処理の扱いを間違えると、機能追加でプログラムが大きくなった時に「あれ、信号、取得できてなくない？」という、時限爆弾になります。

パルス数の取得

目的

外部からのパルス数を数える(たとえば、モーター回転速度など)

NG1: メインルーチンで頑張る

割り込みを使わなくてもできる！というモチベーションで行うもの。

Arduino

int pin = 13;
volatile int pin_state = LOW;   // パルス入力ピンの状態保持
unsigned int cnt = 0;  // パルスカウンター

void setup()
{
  pinMode(pin, INPUT);
}

void loop()
{
  /*
    色々な処理
  */

  int pin_now;
  pin_now = digitalRead(pin);  // パルス信号入力ピン読み込み

  if ( pin_now != pin_state ){
    // ピンの状態が遷移
    pin_state = pin_now;

    if ( pin_now == HIGH ){
      cnt++;  // ピンがLOWからHIGHになったので、カウントアップ
    }
  }
}

何が問題か

メインルーチン(上記の loop 関数)で処理を行う場合、色々な処理 が問題になる可能性があります。
作り始めはちゃんと機能していても、機能追加でメインルーチンはどんどん重くなる方向です。そしてある時、この色々な処理をしているうちに、パルスが立ち上がり、立下がる、という状況が起きます。認識できなくなります。

NG2: 割り込み内で色々な処理

「xx回に一回はこれをやる」といったとき、割り込み内でやるパターン

C

int pin = 13;
volatile int pin_state = LOW;

void pluse()
{
  cnt++;

  if ( cnt == 10 ){
    /* 
      色々な処理
    */
  }
}


void setup()
{
  attachInterrupt(0, pluse, RISING);
}

void loop()
{
} 

何が問題か

これも、色々な処理 が、次のパルスが来るまでに重くなれば間に合わなくなります。
特に、特にこのパターンは色々形を変えて、入り込んできます。油断すると、処理を書いてしまう場所です。

おすすめパターン

割り込み処理内はとにかくシンプルに。基本はフラグ処理。必要な変数はglobal変数に格納

C

boolean flag = false;
volatile int pin_state = LOW;

void pluse()
{
  cnt++;

  if ( cnt == 10 ){
    flag = true;
  }
}


void setup()
{
  attachInterrupt(0, pluse, RISING);
}

void loop()
{
  if ( flag )
  {
    /*
      色々な処理
    */
    flag = false;
  }
}

まとめ

言いたいことは簡単ですが、
「プログラムはメインルーチンで。割り込み処理内は最低限の処理のみ。」
です。
この基本からずれたコードを仕事でも見かけます。後々問題を起こす危険のある時限爆弾は、未然に防ぎたいです。