Работа с портами ввода и вывода Ардуино через регистры.

[aidar_i]

Периферия микроконтроллера настроена так, что работает очень медленно.
Пример: digitalWrite() и digitalRead() выполняются около 3.5 мкс, когда прямая работа с портом микроконтроллера занимает 0.5 мкс, что почти на порядок быстрее.
Чтобы общаться с внешним миром у микроконтроллера есть порты ввода-вывода, в каждом из которых есть несколько отдельных битов ( выводов), на которых можно установить ноль (0) или единицу (1).
У ATmega328 таких портов 3 это порты B,C и D. На каждом порту по 8 битов(за исключением порта C он 7 - разрядный) которыми можно (нужно) управлять. Но управлять с некоторыми ограничениями.
Ограничения:
D0 и D1 используются для прошивки микроконтроллерах на плате Arduino через USB;
C6 – используется для перезагрузки (reset);
B6 и B7 - на этих выводах микроконтроллера подключается внешний кварцевый резонатор.
Остальные биты можно использовать если они не задействованы. Можно использовать:
порт B – B0, B1, B2, B3, B4, B5 (соответственно выводы мк с 14 по 19) (выводы Ардуино 8-13);
порт C – С0, С1, С2, С3, С4, С5 (выводы — с 23 по 28) (выводы Ардуино 14-19);
порт D – D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7 (выводы — 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 11, 12, 13) (выводы Ардуино 2-7). Пины D0 и D1 используйте, если не прошиваете Ардуино через UART и не используете Serial.
Это возможность управлять портами из FLProg.
Последняя версия, исправлена ошибка и добавлен новый блок.
Блоки для цифровых входов и выходов (не ШИМ и не аналоговые):

Цифровые входы и выходы Ардуино1.flp

(3.15 МБ) 78 скачиваний

Выбранные входы, выходы исключаются программой из списка свободных выводов.
Пример, где контроллер,если не ATmega328, в блоке пропишется рекомендация сменить контроллер на ATmega328.

Цифровые входы и выходы Ардуино2.flp

(3.06 МБ) 85 скачиваний

Замеры программы из первого примера показали на штатных входах и выходах при разомкнутой 6,56 мкс и при нажатой кнопке 6,69 мкс(увеличилась) , а на этих блоках соответственно 0,44 мкс и 0,25 мкс (уменьшилась).


____________________________
Обновлен 22.10.2021 10-40.

[Ingwar]

что почти на порядок быстрее.

Сравнение скорости с этими делалось?

[aidar_i]

Сравнение скорости с этими делалось?

Здесь прямое обращение портам!

[Ingwar]

Здесь прямое обращение портам!

Да я не спорю, просто из любопытства спросил )

[Sancho]

aidar_i, Всегда с уважением отношусь к Вашим работам,но в данном случае вопросы.
Новый редактор не пробовал, не знаю.
Какого бы размера не был проект, сколько плат, с данной конфигурацией при отключении антидребезга входы всё-равно читаются только в начале цикла, т.е. в плату с выходом по условию входа не вставишь.
Всё равно, при отключении антидребезга, создаётся переменная для него.
Надеюсь, что Вы поняли ход моих мыслей.

Отправлено спустя 26 минут 6 секунд:

Всё равно, при отключении антидребезга, создаётся переменная для него.

И для выхода тоже! Читал в АиФ, что можно обойтись без неё.

[Dryundel]

Какого бы размера не был проект, сколько плат, с данной конфигурацией при отключении антидребезга входы всё-равно читаются только в начале цикла, т.е. в плату с выходом по условию входа не вставишь.
Всё равно, при отключении антидребезга, создаётся переменная для него.

Sancho, вот правда, не фига не понял. Можно пояснения? И при чем здесь антидребезг?
По моему для кнопки (для которой нужен дебонс), данная тема вообще не актуальна. 3,5мкс по сравнению с 30мс дебонса вообще ни о чем.
Или ты не про то?

[aidar_i]

Уберу я эту переменную, уберу. Просто там много работы, поэтому пока так.
Антидребезг я поставил просто, чтобы было.
Переменную выхода тоже можно убрать.

Отправлено спустя 8 минут 24 секунды:
Уже прикинул, вот код полученный, работает.

Код: Выделить всё

void setup()
{
    DDRC &= ~(1<<PC1);
    PORTC |=(1<<PC1) ;
    pinMode(13, OUTPUT);
    digitalWrite(13, 0);
}
void loop()
{
   
    //Плата:1
    digitalWrite(13, !((PINC & 1<<PC1)));
}

Спасибо за наставления
Блок буду править!
Антидребезг выкину, зачем засунул?

[AndrejK]

Пример: digitalWrite() и digitalRead() выполняются около 3.5 мкс, когда прямая работа с портом микроконтроллера занимает 0.5 мкс, что почти на порядок быстрее.

Вроде не 3.5 мкс, а 3.5 мс.

[ecoins]

Периферия микроконтроллера настроена так, что работает очень медленно.
Пример: digitalWrite() и digitalRead() выполняются около 3.5 мкс, когда прямая работа с портом микроконтроллера занимает 0.5 мкс, что почти на порядок быстрее.
Чтобы общаться с внешним миром у микроконтроллера есть порты ввода-вывода, в каждом из которых есть несколько отдельных битов ( выводов), на которых можно установить ноль (0) или единицу (1).
У ATmega328 таких портов 3 это порты B,C и D. На каждом порту по 8 битов(за исключением порта C он 7 - разрядный) которыми можно (нужно) управлять. Но управлять с некоторыми ограничениями.

Проблема ускорения работы с портами актуальна.
Чаще это проблема актуальнее с дискретным выводом и настройка порта -так если для AVR328, то в реализациях с интерфейсом 1-Wire (например ds1820) возникают проблемы с реализациями.
Варианты решения этой проблемы неплохо реализованы как раз в библиотекe OneWire.h (поддиректория util), которая используется в FLProg - там реализация для многих и многих контроллеров.
ecoins потратил много усилий, для того чтобы исследовать эту проблему, были проведены много измерений и тестовых испытаний.
В действительности это актуально для 8-разрядных контроллерах, немного для ESP8266, для ESP32 и STM32 прямое обращение к регистрам почти не дает выигрыша быстройдействия.
Тем не менее мы дискретный вывод "правильно" реализовали для всех типов контроллеров, которые поддерживают библиотеки ecoins.
Это привело к существенному ускорению, в т.ч. и для аппаратного SPI !!! Или при применения интерфейса LCD через 6 пинов, и просто дискретный вывод.
Есть еще нюансы при реализации комплексного решения - в блоках ecoins это реализовано.
Так же реализован быстрый дискретный ввод в т.ч. и с защитой от дребезга (работает без "тормозов").
Все блоки реализованы с определением номера пина на входе блока - это позволяет реализовать простой переход от между контроллерами разных типов без переделки проекта.

Вроде не 3.5 мкс, а 3.5 мс.

Конечно микросекунды....

[aidar_i]

aidar_i, Всегда с уважением отношусь к Вашим работам,но в данном случае вопросы.
Новый редактор не пробовал, не знаю.
Какого бы размера не был проект, сколько плат, с данной конфигурацией при отключении антидребезга входы всё-равно читаются только в начале цикла, т.е. в плату с выходом по условию входа не вставишь.
Всё равно, при отключении антидребезга, создаётся переменная для него.
Надеюсь, что Вы поняли ход моих мыслей.

Отправлено спустя 26 минут 6 секунд:

Всё равно, при отключении антидребезга, создаётся переменная для него.

И для выхода тоже! Читал в АиФ, что можно обойтись без неё.

Обновил блок: удалил антидребезг, переменные все.
Антидребезг лучше аппаратными способами

СпойлерПоказать

https://arduinomaster.ru/datchiki-ardui ... nopki/#i-2

[AndrejK]

Конечно микросекунды....

Точно! Почему в голову запало "мс". Так и жил эти годы с ненавистью к digitalWrite() и digitalRead(), потому давно уже перешел на управление напрямую.

[Dryundel]

aidar_i, а что значит "Подтяжка к GND"? Разве в ATmega328 есть PULLDOWN-резисторы? Или я что то пропустил?

[aidar_i]

aidar_i, а что значит "Подтяжка к GND"? Разве в ATmega328 есть PULLDOWN-резисторы? Или я что то пропустил?

Это я разогнался Конечно к VCC. Если выбрать к GND, эта команда отключает подтяжки к +, это равносильно , тому что Нет.
Удалю.
Вообще внутренние подтяжки тоже не нужны, лучше внешние.

[aidar_i]

Окончательный вариант, убрал лишнее, добавил, чтобы, для удобства, номер пина отражался на на блоке. Пины 0 и 1 вернул, используйте, если не прошиваете Ардуино через UART и не используете Serial.
Так же добавлена проверка выбранного контроллера и предупреждение о смене контроллера.

[Sancho]

Окончательный вариант, убрал лишнее, добавил, чтобы, для удобства, номер пина отражался на на блоке.

Отлично!
Ждём выходы.

[aidar_i]

Обновил блок, по рекомендации Naladchik добавил проверку правильного типа выбранного контроллера (ATmega328) и вывод надписи об этом в блоке.
Работа по созданию выходов тоже продвигается.

[aidar_i]

Добавил в первое сообщение блок для выходов.

[ecoins]

Выскажу некоторые критические соображения по оптимизации кода для Arduino Nano:
1.Прекрасный контроллер по конструктиву и функционалу, но в нем встроены ключевые ограничения по доступной памяти -30к ROM и 3к RAM.
2.Когда появляются новые решения, блоки - например продвинутые блоки LCD, или использование TFT дисплеев и пр., очень быстро проекты разрастаются и приходиться переходить на другой контроллер.
3.К слову оптимизация быстродействия ввода-вывода через прямой доступ к регистрам дело хорошее, но оно также приводит к увеличению размера кода.
-----------
Может быть не стоит растрачивать усилия для совершенствования кода для Arduino Nano, а сосредоточить объединенные усилия на более важные задачи?
Например, считаю важной задачей совершенствования кода для реализации ModBus, чтобы одновременно могли работать несколько мастеров и слэйвов (актуально для MEGA2560,STM32).
------------
По конструктиву Arduino Nano.
Если бы кто-то взялся за разработку в этом же конструктиве плату на каком-нибудь кристалле ATmega и корпусе, чтобы чип встал на плату, с добавлением на плату 4-х пиновых разъемов под три UART - получилась бы интересная плата, которую можно было бы продвигать например под маркой FLProg.
ecoins в подобном проекте готов выступить технически, организационно, материально и пр.

[Ingwar]

Сравнение скорости с этими делалось?

Здесь прямое обращение портам!

Скачал, проверил, сравнил. Скорость одинаковая. Но у Айдара чуть экономнее в используемой памяти. Молодец!

[Dryundel]

Может быть не стоит растрачивать усилия для совершенствования кода для Arduino Nano, а сосредоточить объединенные усилия на более важные задачи?

Однозначно стоит!!!
Разработки ecoins не единственно верное направление приложения усилий!

Например, считаю важной задачей совершенствования кода для реализации ModBus, чтобы одновременно могли работать несколько мастеров и слэйвов (актуально для MEGA2560,STM32).

Замечательно! Вот только зачем все это в данной теме?!