API リファレンス

• 1: MWX ライブラリ
• 1.1: MWX ライブラリ
• 1.1.1: 全般
• 1.1.1.1: ライセンス
• 1.1.1.2: 用語
• 1.1.1.3: 設計情報
• 1.1.2: 定義
• 1.1.3: クラスオブジェクト
• 1.1.3.1: the_twelite
• 1.1.3.2: Analogue
• 1.1.3.3: Buttons
• 1.1.3.4: EEPROM
• 1.1.3.5: PulseCounter
• 1.1.3.6: Serial
• 1.1.3.7: SerialParser
• 1.1.3.8: SPI
• 1.1.3.8.1: SPI (メンバ関数版)
• 1.1.3.8.2: SPI (ヘルパークラス版)
• 1.1.3.9: TickTimer
• 1.1.3.10: Timer0 .. 4
• 1.1.3.11: Wire
• 1.1.3.11.1: Wire (メンバ関数版)
• 1.1.3.11.2: Wire (ヘルパークラス版)
• 1.1.4: クラス
• 1.1.4.1: MWX_APIRET
• 1.1.4.2: alloc
• 1.1.4.3: axis_xyzt
• 1.1.4.4: packet_rx
• 1.1.4.5: packet_tx
• 1.1.4.6: serparser
• 1.1.4.7: pktparser
• 1.1.4.7.1: E_PKT
• 1.1.4.7.2: identify_packet_type()
• 1.1.4.7.3: TwePacket
• 1.1.4.7.3.1: TwePacketTwelite
• 1.1.4.7.3.2: TwePacketIO
• 1.1.4.7.3.3: TwePacketUART
• 1.1.4.7.3.4: TwePacketPAL
• 1.1.4.8: smplbuf
• 1.1.4.8.1: get_stream_helper()
• 1.1.4.8.2: smplbuf_strm_u8
• 1.1.4.9: smplque
• 1.1.4.10: 入出力ストリーム
• 1.1.4.10.1: mwx::mwx_format
• 1.1.4.10.2: mwx::bigendian
• 1.1.4.10.3: mwx::crlf
• 1.1.4.10.4: mwx::flush
• 1.1.4.10.5: stream_helper
• 1.1.4.11: SM_SIMPLE ステートマシン
• 1.1.5: コールバック関数
• 1.1.5.1: setup()
• 1.1.5.2: begin()
• 1.1.5.3: loop()
• 1.1.5.4: wakeup()
• 1.1.5.5: init_coldboot()
• 1.1.5.6: init_warmboot()
• 1.1.5.7: on_rx_packet()
• 1.1.5.8: on_tx_comp()
• 1.1.6: ビヘイビア
• 1.1.6.1: PAL_AMB-behavior
• 1.1.7: 関数
• 1.1.7.1: システム関数
• 1.1.7.1.1: millis()
• 1.1.7.1.2: delay()
• 1.1.7.1.3: delayMicroseconds()
• 1.1.7.1.4: random()
• 1.1.7.2: 汎用デジタルIO
• 1.1.7.2.1: pinMode()
• 1.1.7.2.2: digitalWrite()
• 1.1.7.2.3: digitalRead()
• 1.1.7.2.4: attachIntDio()
• 1.1.7.2.5: detachIntDio()
• 1.1.7.2.6: digitalReadBitmap()
• 1.1.7.3: ユーティリティ関数
• 1.1.7.3.1: printfの実装
• 1.1.7.3.2: pack_bits()
• 1.1.7.3.3: collect_bits()
• 1.1.7.3.4: Byte array utils
• 1.1.7.3.5: pack_bytes()
• 1.1.7.3.6: expand-bytes()
• 1.1.7.3.7: CRC8, XOR, LRC
• 1.1.7.3.8: div10(), div100(), div1000()
• 1.1.7.3.9: Scale utils
• 1.1.7.3.10: pnew()
• 1.1.8: 外部ライブラリ
• 1.1.8.1: EASTL
• 1.1.9: ボードビヘイビア (BRD)
• 1.1.9.1: <BRD_APPTWELITE>
• 1.1.9.2: <MONOSTICK>
• 1.1.9.3: PAL 共通定義
• 1.1.9.3.1: <PAL_AMB>
• 1.1.9.3.2: <PAL_MAG>
• 1.1.9.3.3: <PAL_MOT>
• 1.1.9.3.4: <PAL_NOTICE>
• 1.1.9.4: <CUE>
• 1.1.9.5: <ARIA>
• 1.1.10: センサーデバイス (SNS)
• 1.1.10.1: SHTC3
• 1.1.10.2: SHT3x
• 1.1.10.3: LTR-308ALS
• 1.1.10.4: MC3630
• 1.1.10.5: BMx280
• 1.1.10.6: PCA9632
• 1.1.10.7: SHT4x
• 1.1.11: ネットワークビヘイビア (NWK)
• 1.1.11.1: シンプル中継ネット <NWK_SIMPLE>
• 1.1.11.2: <NWK_LAYERED>
• 1.1.12: 設定ビヘイビアによる設定インタフェース
• 1.1.12.1: <STG_STD>
• 2: TWELITE SDK / MWSDK (Legacy)
• 2.1: TWELITE SDK / MWSDK (Legacy)
• 3: TWELITE Wings API / MWings
• 3.1: TWELITE Wings API / MWings for 32-bit Arduinos
• 3.1.1: TWELITE Wings API / MWings for 32-bit Arduinos
• 3.1.1.1: データ型と手続きの一覧
• 3.1.1.2: クラスの一覧
• 3.1.1.2.1: mwings::MWings クラス
• 3.2: TWELITE Wings API / MWings for Python
• 3.2.1: TWELITE Wings API / MWings for Python
• 3.2.1.1: mwings モジュール
• 3.2.1.1.1: mwings.common モジュール
• 3.2.1.1.2: mwings.parsers モジュール
• 3.2.1.1.2.1: mwings.parsers.app_twelite モジュール
• 3.2.1.1.2.2: mwings.parsers.app_io モジュール
• 3.2.1.1.2.3: mwings.parsers.app_aria モジュール
• 3.2.1.1.2.4: mwings.parsers.app_cue モジュール
• 3.2.1.1.2.5: mwings.parsers.app_cue_pal_event モジュール
• 3.2.1.1.2.6: mwings.parsers.app_pal_openclose モジュール
• 3.2.1.1.2.7: mwings.parsers.app_pal_amb モジュール
• 3.2.1.1.2.8: mwings.parsers.app_pal_mot モジュール
• 3.2.1.1.2.9: mwings.parsers.app_uart_ascii モジュール
• 3.2.1.1.2.10: mwings.parsers.app_uart_ascii_extended モジュール
• 3.2.1.1.2.11: mwings.parsers.act モジュール
• 3.2.1.1.3: mwings.serializers モジュール
• 3.2.1.1.3.1: mwings.serializers.app_twelite モジュール
• 3.2.1.1.3.2: mwings.serializers.app_io モジュール
• 3.2.1.1.3.3: mwings.serializers.app_pal_notice モジュール
• 3.2.1.1.3.4: mwings.serializers.app_pal_notice_detailed モジュール
• 3.2.1.1.3.5: mwings.serializers.app_pal_notice_event モジュール
• 3.2.1.1.3.6: mwings.serializers.app_uart_ascii モジュール
• 3.2.1.1.4: mwings.utils モジュール

1 - MWX ライブラリ

1.1 - MWX ライブラリ

1.1.1 - 全般

+-----------------------+
|   act (USER APPs)...  |
+-----------------------+
| MWX C++ LIB           |
+---------------+       |
| TWENET C LIB  |       |
+------------+----------+
| MAC LAYER  | AHI APIs |
+-----------------------+
| TWELITE HARDWARE      |
+-----------------------+

MWX ライブラリの名称は Mono Wireless C++ Library for TWELITE です。MW は MonoWireless から、また C++ -> CXX -> double X -> WX。この MW と WX を重ねて MWX になりました。 このライブラリを用いて記述したコードを「アクト(act)」と呼びます。

表記等について

本解説での表記について記載します。

auto&&

ユニバーサル参照と呼ばれ、標準ライブラリなどで良く用いられます。当ライブラリでもほとんどの場合auto&& と記載します。

#include <algorithm>
int v[] = { 1, 3, -1, 5, 10 };
auto&& result = std::minmax_element(std::begin(v), std::end(v));
Serial << "min=" << int(result.first)
       << ",max=" << int(result.second);

名前空間について

namespace, inline namespace, using を用いて、名前の再定義などを行っています。解説中でも一部省略して記載しています。

制限事項 (TWENET)

MWXライブラリは、下層に位置する各ライブラリ・機能（TWNET Cライブラリでの機能、また半導体ベンダが提供するマイコン・ペリフェラル機能、IEEE802.15.4の機能）について、その全てに対応する目的では開発しておりません。

制限事項 (C++の利用)

MWXライブラリはC++言語で記述されておりアクトの記述においても C++ での記述を行うことになります。しかしながらC++言語であってもすべての機能が使えるわけではありません。特に以下の点に注意してください。

• new, new[] 演算子でのメモリ確保は行えますが、確保したメモリを破棄することはできません。C++ライブラリで動的メモリ確保をするものは殆どが事実上利用不可能です。
• グローバルオブジェクトのコンストラクタが呼び出されません。
• 参考：必要な場合は、初期化関数(setup()) で new ((void*)&obj_global) class_foo(); のように初期化することでコンストラクタの呼び出しを含めた初期化を行えます。
• 例外 exceptionが使用できません。
• 仮想関数 virtual が使用できません。
• 上記の制約があるためSTLなどC++標準ライブラリの一部のみの利用となります。

※ 当社で把握しているものについての記載です。

ライブラリのソースコードについて

ソースコードは以下から参照できます。

• {MWSDKインストールフォルダ}/TWENET/current/src/mwx
• https://github.com/monowireless/mwx

1.1.1.1 - ライセンス

保証・ライセンス

本パッケージ内で、ライセンス上特別な記述のないものは、モノワイヤレスソフトウェア使用許諾契約書(MW-SLA)またはモノワイヤレスオープンソースソフトウェア使用許諾契約書(MW-OSSLA)を適用します。

本ドキュメントについても、本ライブラリパッケージ部の一部としてMW-SLA下の取り扱いとします。

本ソフトウェアについては、モノワイヤレス株式会社が正式にサポートを行うものではありません。お問い合わせにはご回答できない場合もございます。予めご了承ください。

不具合などのご報告に対してモノワイヤレス株式会社は、修正や改善をお約束するものではありません。

また導入パッケージなどお客様の環境に依存して動作しない場合もございます。

1.1.1.2 - 用語

一般的な用語

SDK (TWELITE SDK, MWSDK)

ソフトウェア開発環境

IEEE802.15.4

TWELITE無線モジュールが利用する無線規格です。MWXライブラリを使用する限り、無線規格の詳細を意識する必要はありません。

パケット

無線通信における最小の通信単位です。

最大量は通信方式や通信時の設定によって変わりますが、MWXライブラリ標準の通信<NWK_SIMPLE>では、ユーザが１パケットで送信できるデータ量は９０バイトです。

ペイロード

「貨物」といった意味合いですが、無線パケットに含まれるデータ本体のことをいいます。

ノード

「点・節」といった意味合いですが、無線ネットワーク内の無線局のことを言います。

MWXライブラリ特有の用語

アクト／act

本ライブラリを用いて作成したプログラム。そのソースコードまたは動作するプログラムのことを言います。

ビヘイビア

アクトの中でも特にイベント形式のプログラム。そのソースコードまたは動作するプログラムのことを言います。

ビヘイビアは１つのクラス定義による記述で、TWENETからのコールバック関数やイベントや割り込み処理を記述しひとまとめにしています。MWXライブラリでは以下の３種類のビヘイビアがあります。

• アプリケーションビヘイビア：イベントドリブンでのアプリケーション記述を行い、ユーザが定義するクラス。
• ボードビヘイビア：TWELITE無線モジュールを実装するボードの機能利用を簡素化するためのクラス。
• ネットワークビヘイビア：無線ネットワークの手続きを簡素化するためのクラス。

ビヘイビア名は < > で括って表記します。例えばシンプル中継ネットワークのビヘイビア名は <NWK_SIMPLE> です。

クラスオブジェクト

本ライブラリの解説では、ライブラリで最初からグローバル宣言されたオブジェクトをクラスオブジェクトと呼称します。Serial, Wire などです。これらクラスオブジェクトは手続きなしまたは開始手続きを行うことで利用できます。

メモリを比較的多く消費するクラスオブジェクトは、初期化手続きの際(.setup()または.begin()メソッド)に初期化パラメータに沿ったメモリを確保します。

C++に関する用語

C++

C++言語のこと。

C++11

C++規格のバージョンの一つ。2011年式のC++といった意味合いで、2011年にISOで規格化されています。直前のC++03から大きく機能拡張されています。C++14, C++17といったより新しいバージョンがあります。

クラス

あるデータに注目して、その手続きをひとまとめにしたもの。構造体に、その構造体を取り扱うための手続きが含まれています。実際にはもっと深い話題に発展しますが、専門書を参考にしてください。

C++においては、キーワードの structと classは本質的には同じもので、いずれのキーワードで宣言してもクラスとなります。

struct myhello {
  int _i;
  void say_hello() { printf("hello %d\n", _i); }
};

上記のクラス定義をC言語でも行った場合、例えば以下のようになります。

typedef struct _c_myhello {
  int _i;
  void (*pf_say_hello)(struct _c_myhello *);
} c_myhello;

void say_hello(c_myhello*p) { p->pf_say_hello(); }
void init_c_my_hello(c_myhello*p) {
  p->pf_say_hello = say_hello;
}

ラッパークラス

既存のC言語のライブラリやその内部の構造体などをクラスに包含し、C++特有の機能性を追加するなどして、利用の便を図ったものです。解説中でも「～構造体をラップした」といった記述をする場合があります。

メソッド／メンバ関数

クラスに定義される関数で、クラスに紐付いています。

struct myhello {
  int _i;
  void say_hello() { printf("hello %d\n", _i); } //メソッド
};

オブジェクト／インスタンス

クラスを実体化（メモリ確保）したもの。

void func() {
    myhello obj_hello; // obj_helloがmyhelloクラスのオブジェクト
    obj_hello._i = 10;
    obj_hello.say_hello();
}

本解説ではオブジェクトとインスタンスは同じ意味合いとして取り扱っています。

コンストラクタ

オブジェクト生成時の初期化手続き。

struct myhello {
  int _i;
  void say_hello() { printf("hello %d\n", _i); }

  myhello(int i = 0) : _i(i) {} // コンストラクタ
};

void my_main() {
  myhello helo(10); // ここでコンストラクタが呼び出され_i=10にセットされる
}

デストラクタ

コンストラクタと対になってオブジェクトが破棄されるときの手続きです。

struct myhello {
  int _i;
  void say_hello() { printf("hello! %d\n", _i); }

  myhello(int i = 0) : _i(i) {} // コンストラクタ
  ~myhello() {
    printf("good bye! %d\n", _i);
  } //デストラクタ
};

抽象クラス

C++では仮想クラスによりポリモーフィズム（多態性）を実現します。具体的にはvirtualキーワードで指定た純粋仮想関数を定義したクラスです。

struct Base {
  virtual void say_hello() = 0;
};

struct DeriveEng : public Base {
  void say_hello() { printf("Hello!"); }
};

struct DeriveJpn : public Base {
  void say_hello() { printf("Kontiwa!"); }
};

スコープ

C/C++言語では { } で括った範囲と考えてください。この中で生成したオブジェクトは、スコープから出るときに破棄されます。この時デストラクタが呼び出されます。

以下は、明示的にスコープを設定したものです。helo2は8行目まで実行された時点で破棄され、デストラクタが呼び出されます。

void my_main() {
  myhello helo1(1);
  helo1.say_hello();

  {
    myhello helo2(2);
    helo2.say_hello();
  }
}

// hello! 1
// hello! 2
// good bye! 2
// good bye! 1

MWXライブラリでは以下のような記法を用いています。ここではif文の条件判定式内で宣言（C89といった旧いC言語ではこういった場所での宣言はできません）されたオブジェクトの有効期間は、if文の{}内になります。

struct myhello {
  int _i;
  void say_hello() { printf("hello! %d\n", _i); }
  operator bool() { return true; } // if()での判定用の演算子

  myhello(int i = 0) : _i(i) {} // コンストラクタ
  ~myhello() { printf("good bye! %d\n", _i); } // コンストラクタ
};

// myhello オブジェクトを生成する関数 (ジェネレータ)
myhello gen_greeting() { return my_hello(); }

void my_main() {
  if (myhello x = gen_greeting()) {
    // myhelloのオブジェクト x は if文中有効
    x.say_hello();
  }
  // if 分を抜けるときにオブジェクトxは破棄される
}

例えば二線シリアルバスなど、開始と終了の手続きがあって、その間だけオブジェクトによってバスを操作するような手続きです。オブジェクトの生成後、バスの接続が適切であればif文のtrue節が実行され、生成したオブジェクトによってバスの書き込みまたは読み出しを行います。バスの読み書き操作が終了したらif文を脱出し、この時デストラクタが呼び出され、バスの利用終了手続きが行われます。

const uint8_t DEV_ADDR = 0x70;
if (auto&& wrt = Wire.get_writer(DEV_ADDR)) { //バスの初期化、接続判定
	wrt(SHTC3_TRIG_H); // 書き出し
	wrt(SHTC3_TRIG_L);
} // バスの利用終了手続き

名前空間 (namespace)

定義名の重複を避けるためC++では名前空間が積極的に用いられます。名前空間にある定義にアクセスするには::を用います。

namespace MY_NAME { // 名前空間の宣言
  const uint8_t MYVAL1 = 0x00;
}

...
void my_main() {
  uint8_t i = MY_NAME::MYVAL1; // MY_NAME の参照
}

テンプレート (template)

テンプレートはC言語のマクロを拡張したものと考えてください。

template <typename T, int N>
class myary {
  T _buf[N];
public:
  myary() : _buf{} {}
  T operator [] (int i) { return _buf[i % N]; }
};

myary<int, 10> a1; // int 型で要素数10の配列
myary<char, 128> a2; // char 型の要素数128の配列

この例では、簡単な配列を定義しています。TとNはテンプレートのパラメータで、Tは型名をNは数値を指定し、T型で要素数Nの配列クラスを定義しています。

nullptr

C++11ではNULLポインタをnullptrと記述するようになりました。なお NULL は 0 を表すマクロですが、nullptr は多くの場合 0 とは異なる実体を持ちます。

参照型

C++では、参照型を利用できます。これはポインタによるアクセスに似ていますが、必ずオブジェクトを参照しなければならないという制約があります。

以下のような参照渡しのパラメータを持つ関数ではiの値をincr()内で書き換えることが出来ます。

void incr(int& lhs, int rhs) { lhs += rhs; }

void my_main() {
  int i = 10; j = 20;
  incr(i, j);
}

テンプレートの解説例ですがoperator[]の戻り型をT&に変更しています。こうすることでa[0]=1のように配列内部のデータに対して直接代入操作ができるようになります。

template <typename T, int N>
class myary {
  T _buf[N];
public:
  myary() : _buf{} {}
  T& operator [] (int i) { return _buf[i % N]; }
};

myary<int, 10> a1;
void my_main() {
  a1[0] = 1;
  a1[1] = 2;
}

型推論

C++11 では型推論のautoキーワードが導入されています。これはコンパイラが初期化の記述からそのオブジェクトの型を推論するため、具体的な型名の記述を省略できます。これはtemplateを用いたクラス名が非常に長くなるような場合に効果的です。

解説中では多くの場合ユニバーサル参照と呼ばれるauto&&を用いています。ユニバーサル参照については、ここでは参照渡しの場合も意識せずに記述できるものと考えてください。

auto&& p = std::make_pair("HELLO", 5);
       // const char* と int のペア std::pair

コンテナ

配列など特定のデータ型のオブジェクトを複数個格納するためのクラスをコンテナと呼びます。テンプレートの例で挙げたmyaryのような配列クラスもコンテナと呼んでいます。

イテレータ, .begin(), .end()

C言語で言うところのポインタ（もちろんC++でも同じようにポインタは使えます）を拡張した概念です。C言語のポインタは、メモリが連続した要素を先頭から末尾まで連続的にアクセスする手段と考えることが出来ます。FIFOキューを考えてみます。もっとも単純なキューの実装はリングバッファによるものですが、メモリーの連続性はありません。こういったデータ構造であっても、イテレータを用いるとポインタと同じように記述できます。

イテレータを取得するため.begin(),.end() のメソッドが用いられます。コンテナの先頭を指すイテレータを.begin()で取得します。末尾の次を指すイテレータを.end()で取得します。末尾ではなく、末尾の次である理由にはforやwhile文のループ記述の明快さ、コンテナに格納される要素数が0の場合の取り扱いが挙げられます。

my_queue que; // my_queue はキューのクラス

auto&& p = que.begin();
auto&& e = que.end();

while(p != e) {
  some_process(*p);
  ++p;
}

上記では、queの各要素について、イテレータpを用いて各要素にsome_process()を適用しています。pは++演算子によって次の要素を指すイテレータとしてインクリメントしています。本来ポインタでは記述できないデータ構造を持つコンテナであっても、このようにポインタを用いた処理と同じような処理が出来ます。

.end()が末尾の次を示すため、while文の終了判定は(p != e)のように簡潔です。キューに要素がない場合は.begin()は.end()と同じイテレータを返します。（何も格納されていない要素のイテレータの次ですから、最初に格納すべき領域を示すイテレータと考えればよいでしょう）

メモリ上で連続したコンテナの場合、通常、そのイテレータは通常のポインタとなります。その操作時に大きなオーバーヘッドにはならないことが期待できます。

C++標準ライブラリ

C++の標準ライブラリにはSTL(Standard Template Library)が含まれます。MWXライブラリでの一部を利用しています。

アルゴリズム

例えば最大や最小値を求めるといった処理をC言語では型に応じて別々に記述していました。こういったコードは型の部分だけ違って他は同じといったものも少なくありません。C++ではtemplateやイテレータなどを用いて、こういった処理を型に依存せず記述することができます。これをアルゴリズムと呼んでいます。

// 任意のイテレータをパラメータとし最大値を持つイテレータを戻す
template <class Iter>
Iter find_max(Iter b, Iter e) {
  Iter m = b; ++b;
  while(b != e) {
    if (*b > *m) { m = b; }
    ++b;
  }
  return m;
}

例えば上記のように最大値を求めるアルゴリズムです。このアルゴリズムは型に依存しません。(ジェネリックプログラミングと呼ばれます）

#include <algorithm>

auto&& minmax = std::minmax_element( // 最大最小を得るアルゴリズム
  que.begin(), que.end());

auto&& min_val = *minmax.first;
auto&& max_val = *minmax.second;

ここではqueのイテレータを指定し、その最大と最小を得るアルゴリズムstd::minmax_elenetを適用しています。std::minmax_elemetはC++標準ライブラリ内に定義されています。その戻り値は任意の２つの値を組み合わせるstd::pairです。このアルゴリズムは、イテレータの示す要素同士で<,>,==といった演算子での比較が出来れば最大と最小を計算してくれます。戻り型もイテレータの型から導かれます。

1.1.1.3 - 設計情報

設計方針について

• アプリケーションのループ記述では、一般によく用いられる API 体系に近い記述を出来ることを目的とするが、TWELITEの特性に合わせた実装とする。
• TWENET はイベントドリブンによるコード記述であり、これを扱えるようにクラス化を行う。上記クラス化によりアプリケーションのふるまいをカプセル化できるようにする。
• イベントドリブンとループの記述は共存できる形とする。
• 代表的なペリフェラルはクラス化して手続きを簡素化する。可能な限りループ記述でアクセスできるようにする。
• 当社で販売する MONOSTICK/PAL といったボードを利用する手続きをクラス化し手続きを簡素化する。（例えば外部のウォッチドッグタイマーの利用を自動化する）
• アプリケーションクラスやボードクラスは、ポリモーフィズムの考え方を導入し、統一した手続きによって利用できるようにする。（例えば、いくつかの振る舞いをするアプリケーションクラスを始動時にロードするような場合、また TWENET C ライブラリの接続部のコードを都度定義しなくてよいようにするため）。
• C++の機能については、特に制限を設けず利用する。例えば、無線パケットを取り扱うにあたり煩雑なパケット構築、分解といった代表的な手続きを簡略化する手段を提供する。
• 演算子 -> を極力使用しないようにし、原則として参照型による API とする。

C++ コンパイラについて

バージョン

gcc version 4.7.4

C++言語規格

C++11 (コンパイラ対応状況は一般の情報を参考にしてください）

• https://gcc.gnu.org/gcc-4.7/cxx0x_status.html
• https://cpprefjp.github.io/implementation-status.html

C++ の制限事項

※ 当社で把握しているものについての記載です。

• new, new[] 演算子でのメモリ確保は行えますが、確保したメモリを破棄することはできません。C++ライブラリで動的メモリ確保をするものは殆どが事実上利用不可能です。一度だけ生成してそれ以降破棄しないオブジェクトに使用しています。
• グローバルオブジェクトのコンストラクタが呼び出されません。
• 参考：必要な場合は、初期化関数(setup()) で new ((void*)&obj_global) class_foo(); のように初期化することでコンストラクタの呼び出しを含めた初期化を行えます。
• 例外 exceptionが使用できません。
• 仮想関数 virtualが使用できません。

設計メモ

本節ではMWXライブラリのコードを参照する際に理解の助けとなる情報を記載します。

現状の実装

限られた時間で実装を進めているため、詳細部分の整備が十分でない場合があります。例えば const に対する考慮は多くのクラスで十分なされていません。

名前空間

名前空間について、以下の方針としています。

• 定義は原則として共通の名前空間mwxに配置する。
• 名前空間の識別子なしで利用できるようにしたいが、一部の定義は識別子を必須としたい。
• クラス名については比較的長い命名とし、ユーザが利用するものは別名定義とする。

クラス・関数・定数は一部の例外を除きmwx名(正確にはinline namespace L1 で囲んだmwx::L1)の名前空間内に定義しています。inline namespaceを指定しているのは、mwx::の指定を必須とする定義と、必須としない定義を共存させるためです。

殆どの定義はusing namespaceにより名前空間名を指定しなくても良いようになっています。これらの指定はライブラリ内のusing_mwx_def.hppで行っています。

// at some header file.
namespace mwx {
  inline namespace L1 {
    class foobar {
      // class definition...
    };
  }
}

// at using_mwx_def.hpp
using namespace mwx::L1; // mwx::L1 内の定義は mwx:: なしでアクセスできる
                         // しかし mwx::L2 は mwx:: が必要。

例外的に比較的短い名前についてはmwx::crlf, mwx::flushのように指定します。これらはinline namespaceのmwx::L2の名前空間に配置されています。using namespace mwx::L2;を指定することで名前空間名の指定なしで利用できるようになります。

また、いくつかのクラス名はusing指定をしています。

MWXライブラリ内で利用するstd::make_pairをusing指定しています。

CRTP(奇妙に再帰したテンプレートパターン)

仮想関数 (virtual), 実行時型情報(RTTI) が利用できない、かつ利用できるようにしたとしても、パフォーマンス面で難があるため、これに代わる設計手法として CRTP（Curiously recurring template pattern : 奇妙に再帰したテンプレートパターン）を用いています。CRTPは、継承元の親クラスから子クラスのメソッドを呼び出すためのテンプレートパターンです。

以下の例では Base を継承した Derived クラスに interface() というインタフェースを実装する例です。BaseからはDerived::print()メソッドを呼び出しています。

template <class T>
class Base {
public:
  void intrface() {
    T* derived = static_cast<T*>(this);
    derived->prt();
  }
};

class Derived : public class Base<Derived> {
  void prt() {
     // print message here!
     my_print("foo");
  }
}

MWXライブラリで利用されている主要クラスは以下です。

• イベント処理の基本部分mwx::appdefs_crtp
• ステートマシンpublic mwx::processev_crtp
• ストリーム mwx::stream

CRTP での仮想化

CRTPクラスは、継承元のクラスはインスタンスごとに違います。このため、親クラスにキャストして、同じ仲間として取り扱うといったこともできませんし、仮想関数(virtual)やRTTI（実行時型情報）を用いたような高度なポリモーフィズムも使うことが出来ません。

以下は上述のCRTPの例を、仮想関数で実装した例です。CRTPではBase* b[2]のように同じ配列にインスタンスをまとめて管理することは、そのままではできません。

class Base {
	virtual void prt() = 0;
public:
	void intrface() { prt(); }
};

class Derived1 : public Base {
	void prt() { my_print("foo"); }
};

class Derived2 : public Base {
	void prt() { my_print("bar"); }
};

Derived1 d1;
Derived2 d2;
Base* b[2] = { &d1, &d2 };

void tst() {
	for (auto&& x : b) { x->intrface(); }
}

MWXライブラリでは、CRTP のクラスインスタンスを格納するための専用クラスを定義し、このクラスに同様のインタフェースを定義することで解決しています。以下にコード例を挙げます。

class VBase {
public:
	void* p_inst;
	void (*pf_intrface)(void* p);

public:
	void intrface() {
		if (p_inst != nullptr) {
			pf_intrface(p_inst);
		}
	}
};

template <class T>
class Base {
	friend class VBase;
	static void s_intrface(void* p) {
		T* derived = static_cast<T*>(p);
		derived->intrface();
	}
public:
	void intrface() {
		T* derived = static_cast<T*>(this);
		derived->prt();
	}
};

class Derived1 : public Base<Derived1> {
	friend class Base<Derived1>;
	void prt() { my_print("foo"); }
};

class Derived2 : public Base<Derived2> {
	friend class Base<Derived2>;
	void prt() { my_print("bar"); }
};

Derived1 d1;
Derived2 d2;

VBase b[2];

void tst() {
	b[0] = d1;
	b[1] = d2;

	for (auto&& x : b) {
		x.intrface();
	}
}

VBase クラスのメンバ変数 p_inst は、Base <T> 型のオブジェクトへのポインタを格納し、pf_intrfaceは Base<T>::s_intrface へのメンバ関数ポインタです。 Base<T>::s_intrface は、自身のオブジェクトインスタンスを引数として渡され、T型にstatic_castすることでT::intrfaceメソッドを呼び出します。

VBaseへの格納は、ここでは = 演算子のオーバーロードによって実装しています（ソース例は後述）。

上記の例ではb[0].intrface()の呼び出しを行う際には、VBase::pf_intrface関数ポインタを参照しBase<Derived1>::s_intrface()が呼び出されることになります。さらにDerived1::intrface()の呼び出しを行うことになります。この部分はコンパイラによるinline展開が期待できます。

VBase 型から元のDerived1やDerived2への変換を行うことも、強制的なキャストにより可能ですが、void*で格納されたポインタの型を直接知る方法はありません。完全に安全な方法はないものの、以下のようにクラスごとに一意のID(TYPE_ID)を設けて、キャスト実行時(get()メソッド)にIDのチェックを行うようにしています。違う型を指定して get()メソッドを呼び出したときは、エラーメッセージを表示するといった対処になります。

Base<T>型としてのポインタが格納されるとT型に正しく変換できない可能性（Tが多重継承している場合など）あるため、<type_trails>のis_base_ofによりBase<T>型の派生であることをコンパイル時に static_assertによって判定しています。

#include <type_trails>

class Derived1 : public Base<Derived1> {
public:
   static const uint8_t TYPE_ID = 1;
}

class Derived1 : public Base<Derived1> {
public:
   static const uint8_t TYPE_ID = 2;
}

class VBase {
  uint8_t type_id;
public:

	template <class T>
	void operator = (T& t) {
		static_assert(std::is_base_of<Base<T>, T>::value == true,
						"is not base of Base<T>.");

		type_id = T::TYPE_ID;
		p_inst = &t;
		pf_intrface = T::s_intrface;
	}

  template <class T>
  T& get() {
    static_assert(std::is_base_of<Base<T>, T>::value == true,
					  "is not base of Base<T>.");

		if(T::TYPE_ID == type_id) {
			return *reinterpret_cast<T*>(p_inst);
		} else {
			// panic code here!
		}
  }
}

Derived1 d1;
Derived2 d2;

VBase b[2];

void tst() {
	b[0] = d1;
	b[1] = d2;

  Derived1 e1 = b[0].get<Derived1>(); // OK
  Derived2 e2 = b[1].get<Derived2>(); // OK

  Derived2 e3 = b[1].get<Derived1>(); // PANIC!
}

new, new[] 演算子

TWELITEモジュールのマイコンには十分なメモリもなければ、高度なメモリ管理もありません。しかしマイコンのメモリマップの末尾からスタックエリアまでの領域はヒープ領域として、必要に応じて確保できる領域があります。以下にメモリマップの概要を図示します。APPがアプリケーションコードで確保されたRAM領域、HEAPはヒープ領域、STACKはスタック領域です。

|====APP====:==HEAP==..   :==STACK==|
0                                  32KB

たとえdeleteできなくてもnew演算子が有用である場面も想定されます。そのため、以下のようにnew, new[]演算子を定義しています。pvHear_Alloc()は半導体ライブラリで提供されているメモリ確保の関数で、u32HeapStart, u32HeapEndも同様です。0xdeadbeefはダミーアドレスです。

beefがdeadなのは変だとかいう指摘はしないでください。

void* operator new(size_t size) noexcept {
    if (u32HeapStart + size > u32HeapEnd) {
        return (void*)0xdeadbeef;
    } else {
        void *blk = pvHeap_Alloc(NULL, size, 0);
        return blk;
    }
}
void* operator new[](size_t size) noexcept {
    return operator new(size); }
void operator delete(void* ptr) noexcept {}
void operator delete[](void* ptr) noexcept {}

例外も使えないため失敗したときの対処はありません。また、メモリ容量を意識せず確保を続けた場合、スタック領域と干渉する可能性もあります。

コンテナクラス

MWXライブラリでは、マイコンのリソースが小さい点、メモリーの動的確保ができない点を考慮し標準ライブラリで提供されるコンテナクラスの利用はせず、シンプルなコンテナクラスを２種類定義しています。コンテナクラスにはイテレータやbegin(), end()メソッドを定義しているため、範囲for文やSTLのアルゴリズムの一部を利用できます。

smplbuf<int16_t, alloc_local<int16_t, 16>> buf;
buf.push_back(-1); // push_back() は末尾に追加
buf.push_back(2);
...
buf.push_back(10);

//範囲for文
for(auto&& x : buf) { Serial << int(x) << ',' }
//アルゴリズム std::minmax
auto&& minmax = std::minmax_element(buf.begin(), buf.end());
Serial << "Min=" << int(*minmax.first)
       << ",Max=" << int(*minmax.second);

コンテナクラスのメモリについて

コンテナクラスではメモリの確保方法をtemplate引数のパラメータとして指定します。

可変数引数

MWXライブラリでは、バイト列やビット列の操作、printf相当の処理を行う処理に可変数引数を用いています。下記の例は指定のビット位置に1をセットする処理です。

// packing bits with given arguments, which specifies bit position.
//   pack_bits(5, 0, 1) -> (b100011) bit0,1,5 are set.

// 再帰取り出しの一番最初の関数
template <typename Head>
constexpr uint32_t pack_bits(Head head) { return  1UL << head; }

// head を取り出し、残りのパラメータを再帰呼び出しにて pack_bits に転送
template <typename Head, typename... Tail>
constexpr uint32_t pack_bits(Head head, Tail&&... tail) {
  return (1UL << head) | pack_bits(std::forward<Tail>(tail)...);
}

// コンパイル後、以下の２つは同じ結果になります。
constexpr uint32_t b1 = pack_bits(1, 4, 0, 8);
// b1 and b2 are the same!
const uint32_t b2 = (1UL << 1)|(1UL << 4)|(1UL << 0)|(1UL << 8);

この処理では template のパラメータパック (typename... の部分) で、再帰的な処理を行い引数の展開を行っています。上記の例ではconstexprの指定があるため、コンパイル時に計算が行われマクロ定義やb2のようなconst値の指定と同等の結果になります。また変数を引数として動的に計算する関数としても振る舞うこともできます。

以下の例では、expand_bytes関数により、受信パケットのデータ列からローカル変数に値を格納しています。パラメータパックを用いた場合各引数の型を把握できるため、下記のように、受信パケットのバイト列から、サイズや異なる型にあった値を格納することができます。

auto&& rx = the_twelite.receiver.read(); // 受信パケット

// 展開後のパケットの内容を格納する変数
// パケットのペイロードはバイト列で以下のように並んでいる。
//   [B0][B1][B2][B3][B4][B5][B6][B7][B8][B9][Ba][Bb]
//   <message       ><adc*  ><vcc*  ><timestamp*    >
//   * 数値型はビッグエンディアン並び
uint8_t msg[MSG_LEN];
uint16_t adcval, volt;
uint32_t timestamp;

// expand packet payload
expand_bytes(rx.get_payload().begin(), rx.get_payload().end()
		, msg       // 4bytes of msg
		, adcval    // 2bytes, A1 value [0..1023]
	  , volt      // 2bytes, Module VCC[mV]
	  , timestamp // 4bytes of timestamp
);

イテレータ

イテレータはポインタの抽象化で、例えばメモリの連続性のないようなデータ構造においても、あたかもポインタを使ったようにデータ構造にアクセスできる効果があります。

smplque<uint8_t, alloc_local<uint8_t, 5> > que;
que.push('a'); que.push('b'); que.pop(); que.push('c'); ...

auto&& p = que.begin();
auto&& e = que.end();

while(p != e) { // pがeまで進んだ＝全要素処理した
  Serial << *p;
  ++p; // イテレータのインクリメントは前置演算子を使います。
  　　　// この場合、p++ と記述すると、コンパイラによる最適化が行われる可能性は
       // 高いものの、コード上はイテレータのコピーが発生します。
}

#include <algorithm>
#include <cctype>

// ラムダ式による文字変換
std::for_each(que.begin(), que.end(),
  [](uint8_t& x) { x = std::toupper(x); });

// 範囲for文
for (uint8_t x : que) {
  Serial << x;
}

以下の例では、通常のポインタでは連続的なアクセスができないFIFOキューのイテレータ、さらに、FIFOキューの構造体の特定メンバー(例ではX軸)のみを抽出するイテレータを利用する例です。

// XYZTの４軸構造体を要素とする要素数５のキュー
smplque<axis_xyzt, alloc_local<axis_xyzt, 5> > que;

// テスト用にデータを投入
que.push(axis_xyzt(1, 2, 3, 4));
que.push(axis_xyzt(5, 2, 3, 4));
...

// 構造体としてのイテレータを用いたアクセス
for (auto&& e : v) { Serial << int(e.x) << ','; }

// キューの中の X 軸を取り出す
auto&& vx = get_axis_x(que);
// X軸のイテレータを用いたアクセス
for (auto&& e : vx) { Serial << int(e) << ','; }

// int16_t要素のイテレータなので、STLのアルゴリズム（最大最小）が使える
auto&& minmax = std::minmax_element(vx.begin(), vx.end());

以下は smplque クラスのイテレータの実装の抜粋です。このイテレータでは、キューオブジェクトの実体と、インデックスにより管理しています。キューのメモリが不連続になる（末尾の次は先頭を指す必要があるリングバッファ構造）部分はsmplque::operator []で解決しています。オブジェクトのアドレスが一致することとインデックスが一致すればイテレータは同じものを指していることになります。

この実装部分には <iterator> が要求する typedef なども含まれ、より多くのSTLのアルゴリズムが適用できるようになります。

class iter_smplque {
	typedef smplque<T, alloc, INTCTL> BODY;

private:
	uint16_t _pos; // index
	BODY* _body;   // point to original object

public: // for <iterator>
	typedef iter_smplque self_type;
	typedef T value_type;
	typedef T& reference;
	typedef T* pointer;
	typedef std::forward_iterator_tag iterator_category;
	typedef int difference_type;

public: // pick some methods
	inline reference operator *() {
		return (*_body)[_pos];
	}

	inline self_type& operator ++() {
		_pos++;
		return *this;
	}
};

構造体を格納したコンテナ中の、特定構造体メンバーだけアクセスするイテレータは少々煩雑です。構造体のメンバーにアクセスするメンバー関数を予め定義しておきます。このメンバー関数をパラメータ（R& (T::*get)()）としたテンプレートを定義します。Iterはコンテナクラスのイテレータ型です。

struct axis_xyzt {
    int16_t x, y, z;
    uint16_t t;
    int16_t& get_x() { return x; }
    int16_t& get_y() { return y; }
    int16_t& get_z() { return z; }
};

template <class Iter, typename T, typename R, R& (T::*get)()>
class _iter_axis_xyzt {
    Iter _p;

public:
    inline self_type& operator ++() {
        _p++;
        return *this; }

    inline reference operator *() {
        return (*_p.*get)(); }
};

template <class Ixyz, class Cnt>
class _axis_xyzt_iter_gen {
    Cnt& _c;

public:
    _axis_xyzt_iter_gen(Cnt& c) : _c(c) {}
    Ixyz begin() { return Ixyz(_c.begin()); }
    Ixyz end() { return Ixyz(_c.end()); }
};

// 長いので using で短縮
template <typename T, int16_t& (axis_xyzt::*get)()>
using _axis_xyzt_axis_ret = _axis_xyzt_iter_gen<
    _iter_axis_xyzt<typename T::iterator, axis_xyzt, int16_t, get>, T>;

// X 軸を取り出すジェネレータ
template <typename T>
_axis_xyzt_axis_ret<T, &axis_xyzt::get_x>
get_axis_x(T& c) {
    return _axis_xyzt_axis_ret<T, &axis_xyzt::get_x>(c);
}

値にアクセスするoperator *この上述のメンバー関数を呼び出しています。（*_pはaxis_xyzt構造体で、(*_p.*get)()は、T::*getに&axis_xyzt::get_xを指定した場合_p->get_x()を呼び出します）

_axis_xyzt_iter_genクラスはbegin(), end()のみを実装し、上記のイテレータを生成します。これで範囲for文やアルゴリズムが利用できるようになります。

このクラス名は非常に長くなりソースコード中に記述するのは困難です。このクラスを生成するためのジェネレータ関数を用意します。下記の例では末尾の行の get_axis_x() です。このジェネレータ関数を用いることで冒頭のようなauto&& vx = get_axis_x(que);といった簡潔な記述になります。

また、この軸だけを抽出するイテレータは、配列型のsmplbufクラスでも同様に利用できます。

割り込み・イベント・状態ハンドラの実装

ユーザ定義クラスによりアプリケーション動作を記述するため、代表的なハンドラは必須メソッドとして定義が必要ですが、それ以外に多数ある割り込みハンドラ、イベントハンドラ、ステートマシンの状態ハンドラをすべて定義するのは煩雑です。ユーザが定義したものだけ定義され、それのみのコードが実行されるのが理想です。

class my_app_def {
public: // 必須メソッドの定義
	void network_event(twe::packet_ev_nwk& pEvNwk) {}
	void receive(twe::packet_rx& rx) {}
	void transmit_complete(twe::packet_ev_tx& pEvTx) {}
	void loop() {}
	void on_sleep(uint32_t& val) {}
	void warmboot(uint32_t& val) {}
	void wakeup(uint32_t& val) {}

public: // これらを必須記述とするのは煩雑
  // DIO割り込みハンドラ 20種類ある
  // DIOイベントハンドラ 20種類ある
  // タイマー割り込みハンドラ 5種類ある
  // タイマーイベントハンドラ 5種類ある
  // ...
}

MWXライブラリでは、数の多い DIO割り込みハンドラ（TWELITEハード上は単一の割り込みですが、利用しやすさのためDIO一つずつにハンドラを割り当てることにしました）などを、テンプレートによる空のハンドラーとして定義した上、ユーザ定義のメンバー関数をそのテンプレートの特殊化することにより定義する手法を採用しました。

// hpp file
class my_app_def : class app_defs<my_app_def>, ... {
  // 空のハンドラ
  template<int N> void int_dio_handler(uint32_t arg, uint8_t& handled) { ; }

  ...
  // 12番だけ実装する

public:
  // TWENET から呼び出されるコールバック関数
  uint8 cbTweNet_u8HwInt(uint32 u32DeviceId, uint32 u32ItemBitmap);
};

// cpp file
template <>
void my_app_def::int_dio_handler<12>(uint32_t arg, uint8_t& handled) {
  digitalWrite(5, LOW);
  handled = true;
  return;
}

void cbTweNet_u8HwInt(uint32 u32DeviceId, uint32 u32ItemBitmap) {
  uint8_t b_handled = FALSE;
  switch(u32DeviceId) {
  	case E_AHI_DEVICE_SYSCTRL:
      if (u32ItemBitmap & (1UL << 0)){int_dio_handler<0>(0, b_handled);}
      if (u32ItemBitmap & (1UL << 1)){int_dio_handler<1>(1, b_handled);}
      ...
      if (u32ItemBitmap & (1UL << 12)){int_dio_handler<12>(12, b_handled);}
      ...
      if (u32ItemBitmap & (1UL << 19)){int_dio_handler<19>(19, b_handled);}
    break;
  }
}

実際のユーザ記述コードは、マクロ化やヘッダファイルのインクルードを行うことで、簡素化されていますが、上記は解説のために必要なコードを含めています。

TWENETからの割り込みハンドラからmy_app_def::cbTweNet_u8HwInt() が呼び出されます。cppファイル中では、int_dio_handler<12>のみが特殊化されて記載された内容でインスタンス化されます。12番以外はhppファイル中のテンプレートからインスタンス化されます。結局以下のように展開されることになります。

  	case E_AHI_DEVICE_SYSCTRL:
      if (u32ItemBitmap & (1UL << 0)){;}
      if (u32ItemBitmap & (1UL << 1)){;}
      ...
      if (u32ItemBitmap & (1UL << 12)){
          int_dio_handler<12>(12, b_handled);}
      ...
      if (u32ItemBitmap & (1UL << 19)){;}
      break;

    // ↓　↓　↓

    // 結局、このように最適化されることが期待できる。
   	case E_AHI_DEVICE_SYSCTRL:
      if (u32ItemBitmap & (1UL << 12)){
        // int_dio_handler<12> もinline展開
        digitalWrite(5, LOW);
        handled = true;
      }
      break;

最終的に、コンパイラの最適化により12番以外のコードは無意味と判断されコード中から消えてしまうことが期待できます（ただし、上記のように最適化されることを保証するものではありません）。

つまりユーザコード上では12番の割り込み時の振る舞いを定義したいときはint_dio_handler<12> を記述するだけで良い、ということになります（注：DIO割り込みを有効にするには attachInterrupt() を呼び出す必要があります）。登録しないハンドラはコンパイル時の最適化により低コストな呼び出しで済むことが期待できます。

// mwx_appcore.cpp
void wakeup() __attribute__((weak));
void wakeup() { }

Streamクラス

ストリームクラスは、主にUART(シリアルポート)の入出力に用います。MWXライブラリでは、出力用の手続きを主に定義しています。一部入力用の定義もあります。

ここでは派生クラスが必要とする実装について解説します。

template <class D>
class stream {
protected:
	void* pvOutputContext; // TWE_tsFILE*
public:
  inline D* get_Derived() { return static_cast<D*>(this); }
	inline D& operator << (char c) {
		get_Derived()->write(c);
		return *get_Derived();
	}
};

class serial_jen : public mwx::stream<serial_jen> {
public:
 	inline size_t write(int n) {
		return (int)SERIAL_bTxChar(_serdef._u8Port, n);
	}
};

上記は1文字書き出すwrite()メソッドの実装です。親クラスのstream<serial_jen>からはキャストを実行するget_Drived()メソッドを用いて、serial_jen::write()メソッドにアクセスしています。

必要に応じて write(), read(), flush(), available() といったメソッドを定義します。

書式出力にはMarco Paland氏によるprintfライブラリを利用しています。MWXライブラリから利用するための実装が必要になります。下記の例で派生クラスのserial_jenで必要なことは1バイト出力のための vOutput() メソッドを定義することと、vOutput()がstaticメソッドであるため出力のための補助情報を親クラスのpvOutputContextに保存することです。

template <class D>
class stream {
protected:
	void* pvOutputContext; // TWE_tsFILE*
public:
	inline tfcOutput get_pfcOutout() { return get_Derived()->vOutput; }

	inline D& operator << (int i) {
		(size_t)fctprintf(get_pfcOutout(), pvOutputContext, "%d", i);
		return *get_Derived();
	}
};

class serial_jen : public mwx::stream<serial_jen> {
	using SUPER = mwx::stream<serial_jen>;
	TWE_tsFILE* _psSer; // シリアル出力のためのローレベル構造体
public:
  void begin() {
    SUPER::pvOutputContext = (void*)_psSer;
  }

	static void vOutput(char out, void* vp) {
		TWE_tsFILE* fp = (TWE_tsFILE*)vp;
		fp->fp_putc(out, fp);
	}
};

get_pfcOutput()により、派生クラスで定義したvOutput()関数を指定し、そのパラメータとしてpvOutputContextが渡されます。上記の例では<<演算子がint型で呼び出されたときserial_jen::vOutput()とUART用に設定済みのTWE_tsFILE*をfctprintf()関数に渡しています。

Wire, SPIのワーカーオブジェクト

Wireクラスでは、2線デバイスとの送信・受信時に、通信開始から終了までを管理する必要があります。ワーカーオブジェクトを利用する記述について内容を記述します。

if (auto&& wrt = Wire.get_writer(SHTC3_ADDRESS)) {
	Serial << "{I2C SHTC3 connected.";
	wrt << SHTC3_TRIG_H;
	wrt << SHTC3_TRIG_L;
	Serial << " end}";
}

periph_twowire::writer クラスの抜粋です。streamインタフェースを実装するために mwx::stream<writer> を継承しています。steamインタフェースを利用するために write() と vOutput()メソッドの実装を行っています。

コンストラクタでは2線シリアルの通信開始を、デストラクタで通信終了のメソッドを呼び出しています。また、operator bool()演算子では、2線シリアルのデバイスの通信開始に成功した場合 true を返すようになっています。

class periph_twowire {
public:
	class writer : public mwx::stream<writer> {
		friend class mwx::stream<writer>;
		periph_twowire& _wire;

	public:
		writer(periph_twowire& ref, uint8_t devid) : _wire(ref) {
	  	_wire.beginTransmission(devid); // コンストラクタで通信開始
		}

		~writer() {
			_wire.endTransmission(); // デストラクタで通信終了
		}

		operator bool() {
			return (_wire._mode == periph_twowire::MODE_TX);
		}

	private: // stream interface
		inline size_t write(int n) {
			return _wire.write(val);
		}

		// for upper class use
		static void vOutput(char out, void* vp) {
			periph_twowire* p_wire = (periph_twowire*)vp;
			if (p_wire != nullptr) {
				p_wire->write(uint8_t(out));
			}
		}
	};

public:
	writer get_writer(uint8_t address) {
		return writer(*this, address);
	}
};
class periphe_twowire Wire; // global instance

// ユーザコード
if (auto&& wrt = Wire.get_writer(SHTC3_ADDRESS)) {
	Serial << "{I2C SHTC3 connected.";
	wrt << SHTC3_TRIG_H;
	wrt << SHTC3_TRIG_L;
	Serial << " end}";
}

get_writer()メソッドによりオブジェクトwrtを生成します。この時にオブジェクトのコピーは通常発生しません。C++コンパイラのRVO(Return Value Optimization)という最適化により、writerはwrtに直接生成されるためコピーは発生せず、コンストラクタで実行されているバスの初期化を多重に行ったりすることはありません。ただしRVOはC++の仕様では保証されておらず、念のためMWXライブラリ中ではコピー、代入演算子の削除、moveコンストラクタを定義しています（moveコンストラクタが評価される可能性はないと考えられますが）。

if節の中の wrtは、まずコンストラクタにより初期化され同時に通信開始します。通信開始でエラーがなければ、条件判定時のbool演算子がtrueを返し、if節スコープ内の処理が行われます。スコープを脱出するとデストラクタにより、2線シリアルバスの利用終了処理を行います。通信の相手先がない場合は falseが戻り、wrtオブジェクトは破棄されます。

Wire, SPI特有の定義としてoperator << (int)の定義をオーバーライドしています。ストリームのデフォルトの振る舞いは、数値を文字列に変換して出力するのですが、WireやSPIで数値文字列をバスに書き込むことは稀で、反対に設定値など数値型のリテラルをそのまま入力したいことが多いのですが、数値型リテラルは多くの場合int型として評価されるため、この振る舞いを変更します。

			writer& operator << (int v) {
				_wire.write(uint8_t(v & 0xFF));
				return *this;
			}

ここではint型の値については8bitに切り詰めて、その値を出力しています。

1.1.2 - 定義

ライブラリ中で共通的に読み込まれる定義について、定義内容を引用します。

mwx_common.h

##include <cstdint> // for type name
typedef char char_t;
typedef uint8_t byte;
typedef uint8_t boolean;

##ifndef NULL
##define NULL nullptr
##endif

1.1.3 - クラスオブジェクト

クラスオブジェクトは、MWXライブラリであらかじめ定義されたオブジェクトで、TWENETを取り扱うthe_twelite、ペリフェラルの利用のためのオブジェクトが定義されています。

各オブジェクトは.setup(), .begin()メソッドの呼び出しを行って初期化する必要があります。

(UART0を利用するSerialオブジェクトのみ初期化は必要ありません)

1.1.3.1 - the_twelite

概要

the_tweliteはsetup()関数内で設定と開始the_twelite.begin()を行います。setup()以外では設定は行えません。

void setup() {
  ...
 	the_twelite
		<< TWENET::appid(APP_ID)
		<< TWENET::channel(CHANNEL)
		<< TWENET::rx_when_idle();
  ...
  the_twelite.begin();
}

上記の例では、アプリケーションIDの設定、通信チャネルの設定、受信回路の設定を行っています。

様々な手続きが含まれます。

// シリアル番号を得る
uint32_t u32hwser = the_twelite.get_hw_serial();

// チャネルを 11 に設定する
the_twelite.change_channel(11);

// １秒のスリープを行う
the_twelite.sleep(1000);

// リセットを行う
the_twelite.reset_system();

また無線ネットワークを取り扱うクラスやボード対応をまとめたクラス、ユーザ記述のイベントドリブン処理を行うクラスを登録できるようになっています。このクラスを登録することにより、専用化した機能を手軽に利用できるようになります。これらのクラスを本解説中では「ビヘイビア」と呼称します。

void setup() {
	/*** SETUP section */
	// use PAL_AMB board support.
	auto&& brd = the_twelite.board.use<PAL_AMB>();

	...

	// Register Network
	auto&& nwk = the_twelite.network.use<NWK_SIMPLE>();
	nwk << NWK_SIMPLE::logical_id(u8ID);

上記の例では環境センサーパル<PAL_AMB>と、シンプル中継ネットワーク<NWK_SIMPLE>の２種類を登録しています。これらを登録することにより環境センサーパル上のセンサーなどハードウェアを簡易に取り扱うことが出来ます。また煩雑な無線パケットの取り扱いについて中継の処理や重複で届いたパケットの自動破棄などの機能を暗黙に持たせることが出来ます。

メソッド

<<演算子 (設定)

オブジェクトthe_tweliteの初期設定を行うために<<演算子を用います。

以下に挙げる設定用のクラスオブジェクトを入力とし、設定をしなければデフォルト値が適用されます。

TWENET::appid(uint32_t id)

パラメータidに指定したアプリケーションIDを設定します。これは必須指定です。

設定の読み出しは uint32_t the_twelite.get_appid() で行います。

TWENET::channel(uint8_t ch)

パラメータchに指定したチャネル番号（11..26)を設定します。

設定の読み出しはuint8_t the_twelite.get_channel()で行います。

TWENET::tx_power(uint8_t pw)

パラメータpwに指定した出力設定を(0..3)を設定します。デフォルトは(3:出力減衰無し)です。

設定値の読み出しはuint8_t the_twelite.get_tx_power()で行います。

TWENET::rx_when_idle(uint8_t bEnable)

パラメータbEnableが1であれば常に受信回路を動作させ、他からの無線パケットを受信できるようになります。デフォルトは0で、もっぱら送信専用となります。

設定値の読み出しはuint8_t the_twelite.get_rx_when_idle()で行います。

TWENET::chmgr(uint8_t ch1 = 18, uint8_t ch2 = 0, uint8_t ch3 = 0)

チャネルマネージャを有効にします。チャネルを複数指定すると複数チャネルでの送受信を行います。ch2,ch3に0を指定すると、その指定は無効になります。

STG_STD

インタラクティブモードの設定値を反映します。

auto&& set = the_twelite.settings.use<STG_STD>();
...
set.reload();       // 設定値をロード
the_twelite << set; // インタラクティブモードの設定値を反映

反映される項目は以下です。

• app_id
• channel
• tx_power
• MAC ack 使用時の再送回数

begin()

void begin()

事前に設定（<<演算子参照)や、ビヘイビアの登録を済ませた後に実行します。通常はsetup()関数内の一番最後に記述します。

• the_twelite 設定完了
• ビヘイビアの初期化

例

void setup() {
	// use PAL_AMB board support.
	auto&& brd = the_twelite.board.use<PAL_AMB>();

	// settings
 	the_twelite
		<< TWENET::appid(APP_ID)
		<< TWENET::channel(CHANNEL)
		<< TWENET::rx_when_idle();

	// Register Network
	auto&& nwk = the_twelite.network.use<NWK_SIMPLE>();
	nwk << NWK_SIMPLE::logical_id(u8ID);

	// somo others

	// begin the TWENET!
	the_twelite.begin();
}

change_channel()

inline bool change_channel(uint8_t u8Channel)

チャネル設定を変更します。失敗時にはチャネルは変更されずfalseを戻します。

get_channel_phys()

uint8_t get_channel_phys()

現在設定中のチャネル番号(11..26)を取得する。MAC層のAPIより取得します。

get_hw_serial()

inline uint32_t get_hw_serial()

モジュールのシリアル番号を取得します。

sleep()

inline void sleep(
        uint32_t u32Periodms,
        bool_t bPeriodic = true,
        bool_t bRamOff = false,
        uint8_t u8Device = TWENET::SLEEP_WAKETIMER_PRIMARY)

モジュールをスリープさせる。

is_wokeup_by_dio()

bool is_wokeup_by_dio(uint8_t port)

スリープからの復帰要因が指定したディジタルピンである場合にtrueを返します。

is_wokeup_by_wktimer()

bool is_wokeup_by_wktimer()

スリープからの復帰要因がウェイクアップタイマーである場合にtrueを返します。

reset_system()

inline void reset_system()

システムをリセットします。リセット後はsetup()からの処理となります。

stop_watchdog()

inline void stop_watchdog()

ウォッチドッグタイマーを停止します。長時間のポーリング待ちを行うような場合はタイマーを停止します。

restart_watchdog()

inline void restart_watchdog()

ウォッチドッグタイマーを再開します。

ビヘイビア

twe_tweliteには３つのビヘイビアを登録でき、これらを格納する以下のクラスオブジェクトを定義されています。

• network : ネットワークを実装するビヘイビアです。通常は<NWK_SIMPLE>を登録します。
• network2 : ネットワークを実装するビヘイビアです。最初に networkでペイロードのデータ構造などの判定により受理しなかったパケットを、別のネットワーク ビヘイビアで処理させたい場合に使用します。(参考: NWK_LAYERED と NWK_SIMPLEの併用)
• board: ボード対応のビヘイビアです。ボード上の各デバイス利用手続きが付加されます。
• app: ユーザアプリケーションを記述したビヘイビアです。割り込みやイベント記述、ステートマシンによる状態遷移によるふるまいの記述が可能です。また複数のアプリケーション記述を定義しておいて、起動時に全く振る舞いの違うアプリケーションを選択する記述が容易に行えます。
• settings: 設定（インタラクティブモード）を実行するためのビヘイビアです。<SET_STD>を登録します。

use<B>()

// 例
auto&& brd = the_twelite.board.use<PAL_AMB>();

ビヘイビア<B>を登録します。登録はsetup()内で行います。戻り値は登録したビヘイビアに対応するオブジェクトの参照です。

登録後は登録時と同じ書式でオブジェクトの取得を行います。

void loop() {
  auto&& nwk = the_twelite.network.use<NWK_SIMPLE>();
}

NWK_SIMPLE *pNwk = nullptr;

setup() {
  auto&& nwk = the_twelite.network.use<NWK_SIMPLE>();
	pNwk = &nwk;
}

void transmit() {
  if (auto&& pkt = pNwk->prepare_tx_packet()) {
    ...
  }
}

クラスオブジェクト

the_tweliteには上述のboard, network, appの３つのクラスオブジェクトが定義されていますが他に以下が定義されています。

tx_status

送信完了状態を通知する。

is_complete()

bool is_complete(uint8_t cbid)

指定したIDのパケットが送信完了したときにtrueを返す。

is_success()

bool is_success(uint8_t cbid)

指定したIDのパケットが送信完了し、かつ送信成功したときにtrueを返す。

receiver

受信パケットを取得する。

available()

bool available()

まだ読み出していない受信パケットが存在する場合にtrueを返す。

read()

packet_rx& read()

パケットを読み出します。

1.1.3.2 - Analogue

定数

ピンの定義

pinMode(PIN_DIGITAL::DIO0, PIN_MODE::INPUT);
pinMode(PIN_DIGITAL::DIO1, PIN_MODE::INPUT);

メソッド

setup()

void setup(
        bool bWaitInit = false,
        uint8_t kick_ev = E_AHI_DEVICE_TICK_TIMER,
        void (*fp_on_finish)() = nullptr)

ADCの初期化を行います。setup()では、半導体内部のレギュレータの始動、周期実行するためのタイマーデバイスの指定、指定チャネルすべてのADCが終了したときに呼び出されるコールバック関数の指定します。

begin()

void begin(uint8_t bmPorts, uint8_t capt_tick = 1)

１番目のパラメータにはADCを行いたいポートを指定します。ポートの指定はピンの定義で述べたポート番号に対応するビットをセットしたビットマップになります。例えば PIN_ANALOGUE::A2とPIN_ANALOGUE::VCCの２つのピンの値を得たい場合は (1 <<PIN_ANALOGUE::A1 | 1<<PIN_ANALOGUE::VCC )を指定します。pack_bitsを用いpack_bits(PIN_ANALOGUE::A1,PIN_ANALOGUE::VCC)のように記述することもできます。

begin()の呼び出し後、速やかに最初のADC処理が開始され、その終了割り込から次のピンの処理を開始します。すべての処理が終われば(指定されている場合）コールバック関数が呼び出されます。次のタイマー割り込みが発生まで待ってから新たなADC処理を開始します。

２番目のパラメータは、ACを開始するまでのタイマー割り込みの回数を指定します。例えばTickTimerは1msごとに呼び出されますが、パラメータに16を指定すれば 16msごとの処理になります。

void begin()

デフォルトのADCピン(PIN_ANALOGUE::A1,PIN_ANALOGUE::A2)を指定してADC処理を開始します。end()では中断したADC処理を再開します。

end()

void end()

ADC処理を終了し、半導体内部のレギュレータを停止します。

available()

inline bool available()

ADCの値が取得後にtrueになります。本関数により確認した後は次のADC完了まではfalseです。

read(), read_raw()

inline int16_t read(uint8_t s)
inline int16_t read_raw(uint8_t s)

ADC値を読み出します。パラメータには読み出したいADCピンを指定します。read()はmVに変換した読み値、read_raw()はADCの値(0..1023)を戻します。

ADC割り込みハンドラ

ADCの割り込みハンドラはsetup()の呼び出し時にperiph_analogue::ADC_handler()に設定されます。

半導体のペリフェラルライブラリで別途ハンドラを指定すると正常に動作しなくなります。

スリープ時の振る舞い

ADCがbegin()により周期実行状態であれば、スリープ復帰後もADC処理を再開します。

void wakeup()
{
    Analogue.setup(true, E_AHI_DEVICE_TIMER0, adc_handler);
    Analogue.begin(pack_bits(PIN_ANALOGUE::A1), 1);
}

1.1.3.3 - Buttons

メソッド

setup()

void setup(uint8_t max_history);

パラメータのmax_historyは、begin()で設定可能な参照回数の最大値です。ここではメモリーの確保と初期化を行います。

begin()

void begin(uint32_t bmPortMask,
				   uint8_t u8HistoryCount,
				   uint16_t tick_delta);

Buttonsの動作を開始します。１番目のパラメータbmPortMaskは監視対象のデジタル入力のビットマップを指定します。bit 0がDIO 0, … , bit N がDIO Nに対応します。複数指定することができます。２番目のu8HistoryCountは値の確定をするのに必要な回数です。３番目のtick_deltaは値の確認を行う間隔をmsで指定します。

値の確定にはu8HistoryCount*tick_delta[ms]かかることになります。例えばu8HistoryCount=5, tick_delta=4の場合は、状態の確定に最低約20msかかります。

確認はTickTimerのイベントハンドラで行っています。割り込みハンドラではないので、処理等の遅延の影響を受けますが、メカ式ボタン等のチャタリング抑制には十分です。

end()

void end()

Buttonsの動作を終了します。

available()

inline bool available()

変化が検出されたときにtrueを返します。read()を実行するとクリアされます。

read()

bool read(uint32_t& u32port, uint32_t& u32changed)

availableになったとき呼び出します。u32portは現在の入力DIOのビットマップ、u32changedは変化が検出されたDIOのビットマップです。

Buttonsが動作していない場合はfalseを返します。

動作について

初回の値確定

Buttonsが動作を開始した時点では、DIOの入力状態は未確定です。値が確定した時点でavailableになります。このときread()で読み出すビットマップのMSB(bit31)が１にセットされます。

動作確定を要するため、入力値が定常的に変化するポートを監視する目的では利用できません。

スリープ

スリープ前にButtonsが稼働状態であれば、復帰後に再開します。再開後、初回確定を行います。

1.1.3.4 - EEPROM

先頭部分は設定（インタラクティブモード）に利用されるため、併用する場合は後半のアドレスの利用を推奨します。設定（インタラクティブモード）でどの程度の領域を消費するかは、その実装に依存します。最小限度の設定であっても先頭から256バイトまでは利用されるため、それ以降の利用を推奨します。

メソッド

read()

uint8_t read(uint16_t address)

EEPROMからaddressに対応するデータを読み出します。

write()

void write(uint16_t address, uint8_t value)

EEPROMからaddressに対してvalueを書き込みます。

update()

void update(uint16_t address, uint8_t value)

write()と同じく書き込みを行いますが、先にaddressにあるデータを読み出してvalueと違う場合のみ、書き込みを行います。EEPROMの書き換え寿命を考慮し、書換回数を減らしたいときに用います。

get_stream_helper()

auto&& get_stream_helper()
// 戻り値型は長くなるためauto&&と省略しています。

後述のmwx::streamを用いた読み書きを行うために、ヘルパーオブジェクトを取得します。

mwx::streamインタフェースを用いた入出力

stream_helper ヘルパーオブジェクトを経由して、mwx::streamによる演算子やメソッドを用います。mwx::streamを用いるとuint16_tやuint32_t型といった整数型の読み書き、uint8_tの固定長配列型の読み書き、format()オブジェクトによる書式整形などが可能になります。

auto&& strm = EEPROM.get_stream_helper();
// ヘルパーオブジェクトの型名は長くなるためauto&&により解決しています。

このオブジェクトに対して<<演算子などmwx::streamで定義されたインタフェースを利用できます。

strm.seek(1024); // 1024バイト目に移動

strm << format("%08x", 12345678); // 12345678を16進数の8文字で記録
strm << uint32_t(0x12ab34cd);     // 0x12ab34cd の4バイトを記録
uint8_t msg_hello[16] = "HELLO WORLD!";
strm << msg_hello;                // バイト列 "HELLO WORLD!" を記録(終端なし)

// 結果
// 0400: 30 30 62 63 36 31 34 65 12 ab 34 cd 48 45 4c 4c
//        0  0  b  c  6  1  4  e  0x12ab34cd  H  E  L  L
// 0410: 4f 20 57 4f 52 4c 44 21 00 00 00 00 ff ff ff ff
//        O SP  W  O  R  L  D  !

.seek()を用いてEEPROMのアドレスを1024に移動しています。

上記では８バイト文字列(00bc614e)、４バイト整数(0x12ab34cd)、16バイトバイト列(HELLO WORLD!...)、1バイト終端文字を書き込んでいます。

strm.seek(1024);

uint8_t msg1[8];
strm >> msg1;
Serial << crlf << "MSG1=" << msg1;
// MSG1=00bc614e

uint32_t var1;
strm >> var1;
Serial << crlf << "VAR1=" << format("%08x", var1);
// VAR1=12ab34cd

uint8_t msg2[16]; // "HELLO WORLD!"の文字数
strm >> msg2;
Serial << crlf << "MSG2=" << msg2;
// MSG2=HELLO WORLD!

.seek()を用いてEEPROMのアドレスを1024に移動しています。

先ほど書き出したデータ列を読み出します。順番に8バイト文字、4バイト整数、16バイト文字列を>>演算子を用いて読み出します。

1.1.3.5 - PulseCounter

パルスカウンターは２系統あります。PC0はPulseCounter0, PC1はPulseCounter1に割り当てられます。また**PulseCounterはPulseCounter1**の別名です。

メソッド

begin()

void begin(uint16_t refct = 0,
           E_PIN_INT_MODE edge = PIN_INT_MODE::FALLING,
           uint8_t debounce = 0)

オブジェクトを初期化し、計数を開始します。１番目のパラメータrefctは割り込みやavailable判定の基準となるカウント数です。この数を超えたときにアプリケーションに報告されます。またrefctには0を指定することもできます。この場合は、スリープ起床要因にはなりません。

２番目のパラメータedgeは割り込みが立ち会がり(PIN_INT_MODE::RISING)か立下り(PIN_INT_MODE::FALLING)を指定します。

３番目のdebounceは、0,1,2,3の値をとります。1,2,3の設定はノイズの影響を小さくするため値の変化の検出に連続した同じ値を要する設定です。

end()

void end()

検出を中止します。

available()

inline bool available()

指定カウント数(begin()のrefct)が０の場合は、カウントが１以上でtrueを返します。

指定カウント数(begin()のrefct)が1以上の場合は、検出回数が指定カウント数を超えた場合にtrueとなります。

read()

uint16_t read()

カウント値を読み出します。読み出し後にカウント値を0にリセットします。

1.1.3.6 - Serial

• Serialオブジェクトはシステム起動時に UART0, 115200 bps で初期化され、ライブラリ内で初期化処理が行われます。ユーザコード上は、setup()から利用できます。
• Serial1オブジェクトは、ライブラリ内で用意されていますが、初期化処理は行っていません。UART1を有効化するためには、必要な初期化手続き Serial1.setup(), Serial1.begin() を行ってください。

setup()

void setup(uint16_t buf_tx, uint16_t buf_rx)

オブジェクトの初期化を行う。

• TX/RX用のFIFOバッファのメモリ確保
• TWE_tsFILE 構造体のメモリ確保

begin()

void begin(unsigned long speed = 115200, uint8_t config = 0x06)

ハードウェアの初期化を行う。

end()

（未実装）ハードウェアの使用を停止する。

get_tsFile()

TWE_tsFILE* get_tsFile();

Cライブラリで利用する TWE_tsFILE* 形式での構造体を得る。

1.1.3.7 - SerialParser

初期化時(begin())にヒープから内部で使用するバッファ領域を確保するmwx::serial_parser<mwx::alloc_heap<uint8_t>>型として定義されています。

詳細はクラス serparser を参照してください。

1.1.3.8 - SPI

注意事項

定数

初期化と終了

SPIバスの利用手続きはbegin()メソッドによります。

begin()

void begin(uint8_t slave_select, SPISettings settings)
SPISettings(uint32_t clock, uint8_t bitOrder, uint8_t dataMode)

ハードウェアの初期化を行います。

例

void setup() {
  ...
  SPI.begin(0, SPISettings(2000000, SPI_CONF::MSBFIRST, SPI_CONF::SPI_MODE3));
  ...
}

void wakeip() {
  ...
  SPI.begin(0, SPISettings(2000000, SPI_CONF::MSBFIRST, SPI_CONF::SPI_MODE3));
  ...
}

end()

void end()

SPIのハードウェアの利用を終了します。

読み書き

読み書きの手続きは、以下の2種類あります。いずれかを選択して利用します。

• メンバ関数版 (以下のメンバ関数を用いた入出力)
  beginTransaction(), endTransaction(), transfer(), transfer16(), transfer32()
• ヘルパークラス版(stream機能が使用可能)
  transceiver

使用例

次のサンプルコードは、Analog Devices の温度センサ ADT7310 から1秒おきに温度を取得し、シリアルポートへ出力します。

#include <TWELITE>
#include <SM_SIMPLE>

enum class STATE : uint8_t {
    INTERACTIVE = 255,
    INIT = 0,
    INIT_WAIT,
    SENSOR,
    LOOP_WAIT
};
SM_SIMPLE<STATE> step;

struct SensorData {
    uint8_t highByte;
    uint8_t lowByte;
    uint16_t rawValue;
    int32_t tempValue16th;
    div_result_i32 temperature;
} sensorData;

void setup() {
    step.setup(); // 状態マシンの初期化
}

void loop() {
    do {
        switch (step.state()) {
        case STATE::INIT: // 初期状態
            SPI.begin(0 /* DIO19をチップセレクトとして使用 */
                      , { 400000UL /* クロック周波数 */
                    , SPI_CONF::MSBFIRST
                    , SPI_CONF::SPI_MODE3
            }
                      );

            // ソフトウェアリセット
            SPI.beginTransaction();
            for (int i = 0; i < 4; i++) {
                SPI.transfer(0xFF);
            }
            SPI.endTransaction();

            // Continuous Readモード開始
            SPI.beginTransaction();
            SPI.transfer(0x54);
            SPI.endTransaction();

            step.set_timeout(300); // 待機時間の設定
            step.next(STATE::INIT_WAIT);
            break;

        case STATE::INIT_WAIT: // 待機
            if (step.is_timeout()) {
                step.next(STATE::SENSOR);
            }
            break;

        case STATE::SENSOR: // センサーデータの読み取り
            SPI.beginTransaction();
            sensorData.highByte = SPI.transfer(0x00);  // ダミーデータを送信してクロック信号を生成
            sensorData.lowByte = SPI.transfer(0x00);   // ダミーデータを送信してクロック信号を生成
            SPI.endTransaction();

            sensorData.rawValue = (((uint16_t)sensorData.highByte << 8) | sensorData.lowByte) >> 3;
            if (sensorData.rawValue & 0x1000) {
                sensorData.tempValue16th = int32_t(sensorData.rawValue) - 0x2000;
            } else {
                sensorData.tempValue16th = sensorData.rawValue;
            }

            // div100()を使用して温度計算
            sensorData.temperature = div100((sensorData.tempValue16th * 100) / 16);

            // 結果をシリアル出力
            Serial << crlf << sensorData.temperature.format() << "°C";

            step.set_timeout(1000); // 次のキャプチャまで待機
            step.next(STATE::LOOP_WAIT);
            break;

        case STATE::LOOP_WAIT: // 待機
            if (step.is_timeout()) {
                step.next(STATE::SENSOR);
            }
            break;

        default:
            break;
        }
    } while (step.b_more_loop());
}

ここでは、メンバ関数版のインタフェースを利用しています。

1.1.3.8.1 - SPI (メンバ関数版)

beginTransaction()

void beginTransaction()
void beginTransaction(SPISettings settings)

バスの利用開始を行います。SPIのセレクトピンをセットします。

settingsパラメータを与えて呼び出した場合は、バスの設定を行います。

endTransaction()

void endTransaction()

バスの利用を終了します。SPIのセレクトピンを解除します。

transfer(), transfer16(), transfer32()

inline uint8_t transfer(uint8_t data)
inline uint16_t transfer16(uint16_t data)
inline uint32_t transfer32(uint32_t data)

バスの読み書きを行います。trasnfer()は8bit、transfer16()は16bit、transfer32()は32bitの転送を行います。

1.1.3.8.2 - SPI (ヘルパークラス版)

if文の判定式内でオブジェクトの生成を行うことで、オブジェクトの有効期間はif節内のスコープに限定され、if節を抜けた時点でオブジェクトは破棄され、その時点でバスの利用終了の手続きを行います。

uint8_t c;
if (auto&& trs = SPI.get_rwer()) { // オブジェクトの生成とデバイスの通信判定
   // このスコープ(波かっこ)内が trs の有効期間。
   trs << 0x00; // 0x00 を mwx::stream インタフェースで書き出し
   trs >> c;    // 読み出したデータをcに格納。
}
// if 節を抜けるところで wrt は破棄され、バスの利用終了

また、読み書きオブジェクトは、mwx::streamインタフェースを実装しているため<<演算子などを利用できます。

• バスの利用開始と終了をオブジェクトの有効期間と一致させることで、ソースコードの見通しを良くし、また終了手続きの記述漏れなどを防ぎます
• mwx::streamインタフェースによる読み書き手続きを統一します

読み書き

読み込み処理とその終了手続きをスコープ内 if() { ... } で行うためのヘルパークラスを用いた読み込み方法。

inline uint8_t _spi_single_op(uint8_t cmd, uint8_t arg) {
    uint8_t d0, d1;
    if (auto&& x = SPI.get_rwer()) {
        d0 = x.transfer(cmd); (void)d0;
        d1 = x.transfer(arg);
        // (x << (cmd)) >> d0;
        // (x << (arg)) >> d1;
    }

    return d1;
}

上記では get_rwer() メソッドにより生成された x オブジェクトを用いて１バイトずつ読み書きを行っています。

1. if(...) 内で x オブジェクトを生成します。同時にSPIバスのセレクトピンをセットします。（型は、型推論によるユニバーサル参照 auto&& で解決しています。）
2. 生成した x オブジェクトには operator bool () が定義されており、判定式の評価として利用される。SPIバスの場合は常に true となる。
3. x オブジェクトには uint8_t transfer(uint8_t) メソッドが定義されていて、これを呼び出すことでSPIに対して8bitの読み書き転送を行。
4. if() { ... } スコープの末尾で x のデストラクタが呼び出され、SPIバスのセレクトピンを解除します。

get_rwer()

periph_spi::transceiver get_rwer()

SPIバスの読み書きに用いるワーカーオブジェクトを取得します。

ワーカーオブジェクト

transfer(), transfer16(), transfer32()

uint8_t transfer(uint8_t val)
uint16_t transfer16(uint16_t val)
uint32_t transfer32(uint32_t val)

それぞれ8bit,16bit,32bitの転送を行い、読み取り結果を書き込んだデータ幅と同じデータ幅で返す。

<<演算子

operator << (int c)
operator << (uint8_t c)
operator << (uint16_t c)
operator << (uint32_t c)

int型,uint8_t型は8bitの転送を行います。

uint16_t型、uint32_t型は、それぞれ16bitの転送、32bitの転送を行います。

転送結果は最大16バイトの内部FIFOキューに格納され >> 演算子により読み出します。バッファが大きくないので、転送都度読み出すことを想定します。

>>演算子

operator >> (uint8_t& c)
operator >> (uint16_t& c)
operator >> (uint32_t& c)

null_stream(size_t i = 1)
operator >> (null_stream&& p)

直前の転送と同じデータ幅の変数を指定します。

読み出した結果が不要の場合はnull_stream()オブジェクトを使用します。iで指定したデータバイト分だけ読み飛ばします。

1.1.3.9 - TickTimer

void loop() {
  if (TickTimer.available()) {
    if ((millis() & 0x3FF) == 0) { // これは処理されない場合がある
      Serial << '*';
    }
  }
}

メソッド

available()

inline bool available()

TickTimer割り込み発生後にセットされ、その直後のloop()でtrueになります。loop()終了後にクリアされます。

1.1.3.10 - Timer0 .. 4

組み込みオブジェクト名は Timer0..4 ですが、このページでは TimerXと記載します。

メソッド

setup()

void setup()

タイマーを初期化します。この呼び出しにより必要なメモリ領域の確保を行います。

begin()

void begin(uint16_t u16Hz, bool b_sw_int = true, bool b_pwm_out = false)

タイマーを開始します。１番目のパラメータは、タイマーの周期でHzで指定します。２番目のパラメータをtrueにするとソフトウェア割り込みが有効になります。３番目のパラメータをtrueにするとPWM出力を有効にします。

end()

void end()

タイマーの動作を停止します。

available()

inline bool available()

タイマー割り込みが発生した直後のloop()でtrueになり、loop()が終了すればfalseになります。

change_duty()

void change_duty(uint16_t duty, uint16_t duty_max = 1024)

デューティー比の設定です。１番目のパラメータにデューティ比を指定します（小さい値を指定すると波形の平均はGNDレベルに近づき、大きい値を指定するとVccレベルに近づく）。２番目のパラメータはデューティ比の最大値を指定します。

change_hz()

void change_hz(uint16_t hz, uint16_t mil = 0)

タイマーの周波数を設定します。２番目のパラメータは周波数の小数点３桁分の値を整数で指定します。例えば 10.4 Hz としたい場合は hz=10, mil=400 と指定します。

1.1.3.11 - Wire

定義

別名定義

using TwoWire = mwx::periph_twowire<MWX_TWOWIRE_RCVBUFF>;

mwx::periph_wire<MWX_TWOWIRE_RCVBUFF>はTwoWireとして参照可能です。

型定義

以下の定義型で引数や戻り値の型を記載します。

typedef uint8_t size_type;
typedef uint8_t value_type;

注意事項

初期化と終了

Wire インスタンスの生成

ライブラリ内でインスタンスの生成と必要な初期化は行われます。ユーザコードでは Wire.begin() を呼び出すことで利用可能となります。

requestFrom() メソッドを用いる場合、データを一時保管するための FIFO キューのサイズを指定できます。コンパイル時にマクロMWX_TWOWIRE_BUFF に必要なバイト数を指定してコンパイルする。デフォルトは 32 バイトです。

例： -DMWX_TWOWIRE_BUFF=16

begin()

void begin(
    const size_type u8mode = WIRE_100KHZ,
    bool b_portalt = false)

ハードウェアの初期化を行います。

例

void setup() {
    ...
    Wire.begin();
    ...
}

void wakeup() {
    ...
    Wire.begin();
    ...
}

読み書き

読み書きの手続きは、以下の2種類あります。いずれかを選択して利用します。

• メンバ関数版 (以下のメンバ関数を用いた入出力)

  requestFrom(), beginTransmission(), endTransmission(), write()

• ヘルパークラス版(stream機能が使用可能)

  reader, writer

その他

プローブ（デバイスの存在判定)

bool probe(uint8_t address)

address で指定したデバイスが応答するかを確認します。デバイスが存在する場合は true が戻ります。

setClock()

void setClock(uint32_t speed)

本来はバス周波数を変更するための手続きですが、何も処理をしません。

1.1.3.11.1 - Wire (メンバ関数版)

読み込み

requestFrom()

size_type requestFrom(
    uint8_t u8address,
    size_type length,
    bool b_send_stop = true)

指定バイト数分を一括で読み出します。読みだした結果はキューに保存されるため、直後にキューが空になるまで .read() メソッドを呼び出すようにしてください。

コード例

int len = Wire.requestFrom(0x70, 6);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
  if (Wire.available()) {
		  au8data[i] = Wire.read();
    Serial.print(buff[i], HEX);
  }
}
// skip the rest (just in case)
// while (Wire.available()) Wire.read(); // normally, not necessary.

書き出し

書き出し処理は、beginTransmission() を実行後、write() メソッドにより行います。一連の書き出しが終了したら endTranmission() を呼びます。

	#define DEV_ADDR (0x70)
	const uint8_t msg[2] =
	  {SHTC3_SOFT_RST_H, SHTC3_SOFT_RST_L};

	Wire.beginTransmission(DEV_ADDR);
	Wire.write(msg, sizeof(msg));
	Wire.endTransmission();

beginTransmission()

void beginTransmission(uint8_t address)

書き出しの転送を初期化する。書き出し処理終了後、速やかに endTransmission() を呼び出す。

write(value)

size_type write(const value_type value)

１バイトの書き出しを行う。

write(*value, quantity)

size_type write(
  const value_type* value,
  size_type quantity)

バイト列の書き出しを行います。

endTransmission()

uint8_t endTransmission(bool sendStop = true)

書き出しの終了処理を行います。

1.1.3.11.2 - Wire (ヘルパークラス版)

if文の判定式内でオブジェクトの生成を行うことで、オブジェクトの有効期間はif節内のスコープに限定され、if節を抜けた時点でオブジェクトは破棄され、その時点でバスの利用終了の手続きを行います。

if (auto&& wrt = Wire.get_writer(...)) { // オブジェクトの生成とデバイスの通信判定
   // このスコープ(波かっこ)内が wrt の有効期間。
   wrt << 0x00; // 0x00 を mwx::stream インタフェースで書き出し
}
// if 節を抜けるところで wrt は破棄され、バスの利用終了

また読み書きオブジェクトはmwx::streamインタフェースを実装しているため<<演算子などを利用することができます。

• バスの利用開始と終了をオブジェクトの有効期間と一致させることで、ソースコードの見通しを良くし、また終了手続きの記述漏れなどを防ぐ
• mwx::streamインタフェースによる読み書き手続きの統一

読み込み

読み込み処理とその終了手続きをスコープ内 if() { ... } で行うためのヘルパークラスを用いた読み込み方法です。

const uint8_t DEV_ADDR = 0x70;
uint8_t au8data[6];
if (auto&& rdr = Wire.get_reader(DEV_ADDR, 6)) {
		for (auto&& c: au8data) {
			c = rdr();
		}
}

// same above
uint16_t u16temp, u16humd;
uint8_t u8temp_csum, u8humd_csum;
if (auto&& rdr = Wire.get_reader(SHTC3_ADDRESS, 6)) {
		rdr >> u16temp;
		rdr >> u8temp_csum;
		rdr >> u16humd;
		rdr >> u8humd_csum;
}

上記では get_readr() メソッドにより生成された rdr オブジェクトを用いて１バイトずつ読み出しします。 メソッドのパラメータには読み込みたい二線シリアル ID を指定します。

1. if(...) 内で rdr オブジェクトを生成。（型は、型推論によるユニバーサル参照 auto&& で解決しています。）
2. 生成した rdr オブジェクトには operator bool () が定義されており、判定式の評価として利用される。指定された ID により通信が可能であれば true となる。
3. rdr オブジェクトには int operator () (void) 演算子が定義されていて、これを呼び出すことで２線シリアルバスから１バイトのデータを読み出す。読み込みに失敗したときは -1 が戻り、成功した場合は読み込んだバイト値が戻る。
4. if() { ... } スコープの末尾で rdr のデストラクタが呼び出され、二線シリアルバスの STOP を行う。

get_reader(addr, read_count=0)

periphe_wire::reader
get_reader(uint8_t addr, uint8_t read_count = 0)

I2C 読み出しに用いるワーカーオブジェクトを取得します。

書き出し (writer)

書き出し処理とその終了手続きをスコープ内 if() { ... } で行うためのヘルパークラスを用いた読み込み方法です。

const uint8_t DEV_ADDR = 0x70;
if (auto&& wrt = Wire.get_writer(DEV_ADDR)) {
	wrt(SHTC3_TRIG_H);
	wrt(SHTC3_TRIG_L);
}

// same above
if (auto&& wrt = Wire.get_writer(DEV_ADDR)) {
	wrt << SHTC3_TRIG_H; // int type is handled as uint8_t
	wrt << SHTC3_TRIG_L;
}

上記では get_writer() メソッドにより生成された wrt オブジェクトを用いて１バイトずつ書き出す。 メソッドのパラメータには読み出したい二線シリアル ID を指定します。

1. if(...) 内で wrt オブジェクトを生成する。（型名は長くなるため auto で解決）
2. 生成した wrt オブジェクトには operator bool () が定義されており、判定式の評価として利用される。指定された ID により通信が可能であれば true となる。
3. wrt オブジェクトには int operator () (void) 演算子が定義されていて、これを呼び出すことで２線シリアルバスに１バイトのデータを書き出しす。失敗したときは -1 が戻り、成功した場合は書き込んだバイト値が戻る。
4. if() { ... } スコープの末尾で wrt のデストラクタが呼び出され、二線シリアルバスの STOP を行う。

get_writer()

periph_wire::writer
get_writer(uint8_t addr)

I2C書き出しに用いるワーカーオブジェクトを取得します。

ワーカーオブジェクト (writer)

<<演算子

operator << (int c)
operator << (uint8_t c)
operator << (uint16_t c)
operator << (uint32_t c)

int型,uint8_t型は8bitの転送を行います。データ並び順はビッグエンディアン形式（上位バイトが先に転送される）です。

()演算子

operator() (uint8_t val)
operator() (int val)

１バイト書き出す。

ワーカーオブジェクト (reader)

>>演算子

operator >> (uint8_t& c)
operator >> (uint16_t& c)
operator >> (uint32_t& c)
operator >> (uint8_t(&c)[N]) // Nバイトの固定配列

それぞれのデータ型のサイズ分だけ読み出します。データ並び順はビッグエンディアン形式（先に転送されたほうが上位バイトに格納される）です。

()演算子

int operator() (bool b_stop = false)

//例
uint8_t dat[6];
if (auto&& rdr = Wire.get_reader(0x70)) {
  for(uint8_t& x : dat) {
    x = rdr();
  }
}

１バイト読み出します。エラーがある場合は-1を戻し、正常時は読み出したバイト値を戻します。

b_stopをtrueにすると、その読み出しにおいてSTOPビットを発行します。

例

以下の例は、環境センサーパルの温湿度センサーSHTC3の計測例です。

Wire.begin();
// reset (may not necessary...)
if (auto&& wrt = Wire.get_writer(0x70)) {
	wrt << 0x80; // SHTC3_SOFT_RST_H
	wrt << 0x05; // SHTC3_SOFT_RST_L
}

delay(5); // wait some

// start read
if (auto&& wrt = Wire.get_writer(0x70)) {
	wrt << 0x60; // SHTC3_TRIG_H
	wrt << 0x9C; // SHTC3_TRIG_L
}

delay(10); // wait some

// read result
uint16_t u16temp, u16humd;
uint8_t u8temp_csum, u8humd_csum;
if (auto&& rdr = Wire.get_reader(0x70, 6)) {
	rdr >> u16temp;
	rdr >> u8temp_csum;
	rdr >> u16humd;
	rdr >> u8humd_csum;
}

// checksum 0x31, init=0xFF
if (CRC8_u8CalcU16(u16temp, 0xff) != u8temp_csum) {
	Serial << format("{SHTC3 T CKSUM %x}", u8temp_csum); }
if (CRC8_u8CalcU16(u16humd, 0xff) != u8humd_csum) {
	Serial << format("{SHTC3 H CKSUM %x}", u8humd_csum); }

// calc temp/humid (degC x 100, % x 100)
int16_t i16Temp = (int16_t)(-4500 + ((17500 * int32_t(u16temp)) >> 16));
int16_t i16Humd = (int16_t)((int32_t(u16humd) * 10000) >> 16);

Serial << "temp=" << int(i16Temp)
	   << ",humid=" << int(i16Humd) << mwx::crlf;

1.1.4 - クラス

1.1.4.1 - MWX_APIRET

class MWX_APIRET {
	uint32_t _code;
public:
	MWX_APIRET() : _code(0) {}
	MWX_APIRET(bool b) {
	  _code = b ? 0x80000000 : 0;
  }
	MWX_APIRET(bool b, uint32_t val) {
		_code = (b ? 0x80000000 : 0) + (val & 0x7fffffff);
	}
	inline bool is_success() const { return ((_code & 0x80000000) != 0); }
	inline bool is_fail() const { return ((_code & 0x80000000) == 0); }
	inline uint32_t get_value() const { return _code & 0x7fffffff; }
	inline operator uint32_t() const { return get_value(); }
	inline operator bool() const { return is_success(); }
};

コンストラクタ

MWX_APIRET()
MWX_APIRET(bool b)
MWX_APIRET(bool b, uint32_t val)

デフォルトコンストラクタはfalse,0の組み合わせで構築します。

またbool型とuint32_t型をパラメータとする明示的な構築も可能です。

bool型のコンストラクタを実装しているため、以下のようにtrue/falseを用いることができます。

MWX_APIRET myfunc() {
  if (...) return true;
  else false;
}

メソッド

is_success(), operator bool()

inline bool is_success()
inline operator bool()

MSBに1がセットされていればtrueを返す。

inline bool is_fail()

MSBが0の場合にtrueを返す。

inline uint32_t get_value()
inline operator uint32_t()

bit0..30の値部を取得する。

1.1.4.2 - alloc

alloc_attachやalloc_heapではメモリ確保クラスに応じた初期化メソッド (init_???())を実行する必要があります。

初期化

void attach(T* p, int n) // alloc_attach
void init_local()        // alloc_local
void init_heap(int n)    // alloc_heap

バッファーp・サイズnで初期化します。

メソッド

alloc_size()

uint16_t alloc_size()

バッファのサイズを返す。

_is_attach(), _is_local(), _is_heap()

想定したallocクラスと異なるメソッド呼び出し記述に対して、static_assertのように、コンパイルエラーを発生させるためのメソッドです。

1.1.4.3 - axis_xyzt

struct axis_xyzt {
    int16_t x;
    int16_t y;
    int16_t z;
    uint16_t t;
};

get_axis_{x,y,z}_iter()

/*戻り型は長いテンプレート型名なのでauto&&と記載します*/
auto&& get_axis_x_iter(Iter p)
auto&& get_axis_y_iter(Iter p)
auto&& get_axis_z_iter(Iter p)

axis_xyztを格納したコンテナクラスのイテレータをパラメータとして、X, Y, Z 軸のいずれかの要素にアクセスするイテレータを生成します。

以下の例では、buf.begin(), buf.end()をX軸用のイテレータとしてアルゴリズムstd::minmax_elementに用いています。

##include <algorithm>

void myfunc() {
  // コンテナクラス
  smplbuf_local<axis_xyzt, 10> buf;

  // テスト用にデータを投入
  buf[0] = { 1, 2, 3, 4 };
  buf[1] = { 2, 3, 4, 5 };
  ...

  // 最大、最小値を得るアルゴリズム
  auto&& minmax = std::minmax_element(
    get_axis_x_iter(buf.begin()),
    get_axis_x_iter(buf.end()));

  Serial << "min=" << int(*minmax.first)
        << ",max=" << int(*minmax.second) << mwx::crlf;
}

get_axis_{x,y,z}()

/*戻り型は長いテンプレート型名なのでauto&&と記載します*/
auto&& get_axis_x(T& c)
auto&& get_axis_y(T& c)
auto&& get_axis_z(T& c)

axis_xyztを格納したコンテナクラスのXYZ軸のいずれかの軸を取り出した仮想的なコンテナクラスを生成する関数です。この生成したクラスにはbegin()とend()メソッドのみ実装されています。このbegin()とend()メソッドで取得できるイテレータは前節get_axis_{x,y,z}_iter()のイテレータと同じものになります。

##include <algorithm>

void myfunc() {
  // コンテナクラス
  smplbuf_local<axis_xyzt, 10> buf;

  // テスト用にデータを投入
  buf[0] = { 1, 2, 3, 4 };
  buf[1] = { 2, 3, 4, 5 };
  ...

  // キューの中の X 軸を取り出す
  auto&& vx = get_axis_x(que);

  // 範囲for文の利用
  for (auto&& e : vx) { Serial << int(e) << ','; }

  // 最大、最小値を得るアルゴリズム
  auto&& minmax = std::minmax_element(
      vx.begin(), vx.end());

  Serial << "min=" << int(*minmax.first)
        << ",max=" << int(*minmax.second) << mwx::crlf;
}

1.1.4.4 - packet_rx

このクラスオブジェクトは、ビヘイビアのコールバック関数またはon_rx_packets()により取得できます。

packet_rxでは、特にパケットのデータペイロードをsmplbufコンテナで取り扱えるようにし、expand_bytes()などのユーティリティ関数によりペイロードの解釈記述を簡素化しています。

メソッド

get_payload()

smplbuf_u8_attach& get_payload()

パケットのデータペイロードを取得する。

get_psRxDataApp()

const tsRxDataApp* get_psRxDataApp()

TWENET Cライブラリの受信構造体を得る。

get_length()

uint8_t get_length()