ARM Cortex-M プロセッサのプログラミング

講義の一つにまとめるARM Cortex-Mプロセッサ
コンセプトから本物のノウハウまでご確認ください。

講座のテーマ📖

_{ソース：ARM}

CORTEX-Mプロセッサは、ドローン、スマートファクトリー、自律走行車、宇宙航空、医療診断機器、家電、モノのインターネット、環境エネルギーなど、さまざまな分野の組み込みシステムで使用される最も人気があり注目されている32ビットマイクロプロセッサです。

CORTEX-Mプロセッサは、性能よりも価格、消費電力の効率を重視するアプリケーションに適しています。低ゲート数、低割り込みレイテンシ、デバッグ機能を備えたプロセッサです。
デフォルトの命令セットでTHUMB2命令をサポートします。
NVICはプロセッサコアと密接に統合され、低レイテンシの割り込み処理を実現しています。
割り込み応答時間を改善するための「テールチェーン」および「 LATE ARRIVING 」割り込みをサポートします。
アトミックアクセスをサポートするためのビットバンド書き込みおよび読み取り操作を含むビットバンドをサポートします。

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開発者

過去数十年間、今ほど開発者の価値が尊重される時はなかったと思います。将来の希望が何かと青少年に聞いたとき、医師、検査という答えとともに「開発者」という言葉を聞くこともできるからです。

開発者が貴重になり、それに応じて身代金も上がるので、とにかく大学の人気順位にコムボール、電子工が上位ランクになるのを見ると映画タイトル「これ以上良くはない」という言葉のように、19世紀アメリカ西部時代の黄金を求めてエルドラドに去る人々が重なります。むしろ開発者全性時代と呼んでもいいようです。

問題解決能力を持つ開発者？

2016年に国内M社の内部から流れてきたこのコメントがニュースにも上がり、しばらく会ったことがありました。そして、このようなことがなかったとしても、誰もが一度ずつ生きてきて聞いたことがある言葉です。ところで問題解決能力を持つ開発者とは？これがなぜ問題になったのでしょうか。

私が理解しているこの文の意味は、単純な視点で見るとこれです。例を見てください。このコードは明らかに私が編んだコードです。このプログラムには間違いなくバグがあります。私もそれを知っています。ところでこれを解決できないのです。短くは数時間、数日、長くは数ヶ月間です。

本当にこのようなことが起きるのかと聞かれたら、当然、このような状況がいくらでも可能だと申し上げたいですね。だから問題化までになったのでしょう。

コーディングは少しの知識しか持っていれば誰でもできます。しかし、トラブルシューティングは異なる次元の問題です。

組み込みシステム開発者

組み込みシステムで動作するソフトウェアを作成することは困難ですが、まれに発生する難しい問題を解決することはさらに困難です。なぜなら事案によってはソフトウェアだけで問題の範囲を絞り込んで考えると問題解決ができないかもしれないからです。組み込みシステムのコンポーネントが「ハードウェア+ソフトウェア」であることを考える必要があります。

今でも毎年新しい多くの種類のシリコンが世界に出ています。さらに、これらのチップを適用したより多くの種類のハードウェアが作成されます。これはすべてハードウェア的に完璧だと信じられますか？

トラブルシューティングでは、ハードウェアのバグの可能性も考慮する必要があります。問題が簡単に解決されない場合、ソフトウェア開発者はこれがハードウェア問題かソフトウェア問題かを一度考えることができなければなりません。

ところがこれが普段に訓練されていなければならないという点です。何の根拠もなく、「これはハードウェアの問題だ」あるいは「ソフトウェアの問題だ」と主張するのは誰も説得しにくいです。

私が経験した少数のソフトウェア開発者は、自意であれ他のハードウェアについても知識が不十分であり、まったく興味がありませんでした。そのため、問題解決能力を持った開発者は、この分野ではさらに貴重であります。

パラダイムの切り替え

結論はすでに出てきたのです。ハードウェアを理解しようとする必要があります。
ハードウェアを理解することは、必ずしもプリント回路基板に電子部品をはんだ付けしてみることを意味するわけではありません。 LEDやボタンキーを完全に制御することを意味するわけでもありません。

むしろ、アセンブリを勉強しながら組み込みシステムが動作する基本原理を理解する必要があります。私が信じて理解する組み込みソフトウェアを解放する2つの重要なキーワードは、アセンブリーと割り込みです。

アセンブリはハードウェアを理解するためであり、割り込みは非同期的に実行されるソフトウェアメカニズムであるだけにシステムの安定性を損なう可能性が高いです。したがって、信頼性の高いソフトウェアを作成するためによく学習しておく必要があります。

なぜアセンブリなのか

開発者の間では、アセンブリ言語を見ているさまざまな視点があります。まずはここ国内有名開発者コミュニティ掲示板の記事を一度読んでみてください

現代のコンパイラは、過去に比べてよりスマートになりました。最適化されたコードをうまく作成します。システムのパフォーマンスを向上させるために、アセンブリ言語でコーディングするのは過去の話です。それでは、私がアセンブリ言語を心から強調する理由はどこですか？

アセンブリを学ぶ理由は、組み込みシステムの動作原理をよりよく理解するためだと見なければなりません。アセンブリは、開発者が組み込みシステムの中身を覗くのを助けます。

木を見ないで森を見るという言葉のように、どんな勉強をしているのか、常に学習対象の構造（体系）を理解しようと努力しなければなりません。組み込みシステムは「ハードウェア+ソフトウェア」であることをもう一度考えてみる必要があります。

2年以上開発しても組み込みシステムの開発能力が飛躍的に向上していない場合は、今やあなたの学習方法を根本的に変えてみてください。

「どんな分野でも10,000時間を投資すればその分野の専門家になる」という言葉があります。私も共感する言葉ですが、この文章を少し変えたいですね。そうです。 「どの分野でも効果的な方法で10,000時間を投資すれば、その分野の専門家になる」。

アセンブリ語学習の効果

上記の利点に加えて、アセンブリを勉強しておくと、いくつかの利点があります。

まず、どんなソフトウェアだった1～5%程度のアセンブリコードは無条件に含まれます（その理由はアセンブリ語を勉強してみると分かります）。その固有のアセンブリコードまで理解すると、そのソフトウェアの100％完全な制御が可能になります。
第二に、アセンブリ言語で書かれているブートコード（ブートローダではない）を理解し、自分でコーディングできる基盤を作成します。
第三に、デバッグ（問題解決）ツール使用能力のスペクトルが広がり、深くなります
第四に、ソフトウェアを質的に改善してシステムのパフォーマンスを向上させ、メモリを効率的に活用できます。
第五に、どのハードウェアで動作するソフトウェアを他のハードウェアでも動作させることをポーティングと呼びますが、このときアセンブリーの使用能力は不可欠です。
第6に、C言語のポインタを簡単に理解できます。

結論

このトレーニング（ARM Cortex-Mプロセッサプログラミング）では、これら2つ（アセンブリ、割り込み）を確実に扱います。

私はアセンブリ言語に興味がないと思う人はこのコースを無視してフィルタリングしてください。真の価値を理解してくださる方とだけ一緒に行きたいです。

オフラインARMプロセッサ教育では、個人的な信念で受講生の方々にこの内容をずっと強調してきています。このコースでは、組み込みシステムを別の視点で見つめる視点を提供したいと思います。

次の内容を学びます📚

上記はすべて今回の講義の重要なテーマです。さて、詳細を見てみましょう。

14年以上熟練したARMプロセッサ講義ノウハウ💡

14年の間に総受講者数1000人以上を対象にARMプロセッサの現場講義をしてきた積み重ねの経験で、より多くの学習者と出会うためにこんなにオンラインでも講義を作ることになりました。現場講義基準 5日分量の内容を15時間以内に最適化したオンライン講義で皆さんを探していきます。

こんな方におすすめです！ 🔑

組み込みシステム
入門者

すでにCORTEX-M
使用していますが、
体系的な整理
必要な方

組み込みソフトウェアへ
理解度を高める
ハードウェア開発者

成功したRTOS移植と
運用のため
マイコンの知識
必要な方

加えて、こんな方も学べばいいです！

• 👉 システム安定性、信頼性の高い製品開発をご希望の方
• 👉 ARMアセンブリ言語を学びたい方
• 👉インラインアセンブリ、リンカスクリプト、ブートコード学習が必要な方
• 👉 オフラインクラスに参加する時間的な余裕がない方

この講義だけの特別な点✨

• 特徴 1.映像を110以上の小チャプターで分け、後で閲覧にも役立つように構成しました。
• 特徴 2. 2Dアニメーションを積極的に活用して理解に役立つようにしました。
• 特徴 3.受講生が直接現場で実習に参加するのと同じ体験になるようにしました。
• 特徴 4.不要な内容は大胆に捨てられ、さらにコアに集中するのを助けます。
• 特徴 5.データブックのような開発者マニュアルを見なくても映像だけで学習できるようにできるだけ気にしました。

_{講義で使用されている400以上のスライドからなる教材（pdf）が付属しています。}

使用ツールを確認してください🧰

• コンパイラ：STM32CubeIDE
• 練習ボード：STmicro社公式ボードSTM32F429I-DISC1
  
• 練習の例と教材ファイル：CMPro_tutorials.zip（ s102_実習環境構築STM32CubeIDEはじめに）
• 講義で使用したボードはSTM32F429I-DISC1です。

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