【dualCH32V003】92ByteでPD6から高速矩形波を出してみたにょ【40円マイコン】

はじめに

奇しくも本日は4月1日(エイプリルフール)、さすがに92ByteでLチカとか、しかも3MHz超えの脅威の速度で実現するなんてね(///)
CH32V003J4M6（SOP8）の超小型ファームウェアチャレンジを続けています。
今回は Arduino IDE 2 の枠組みを残したまま、どれだけ小さくできるか に挑戦しました。

これまでは主に環境整備（Arduino IDE 2のインストール、CH32V003対応ボードパッケージの設定など）に力を入れてきたので、ようやくここまで小さくまとめることができました。さらに dual CH32V003 ボード を作成し、動作確認も行いました。

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主な最適化ポイント

この 92 Byte を実現するために、以下の変更を行いました。

• Arduino IDE 2 の標準スタートアップをバイパスするため、_start 関数を naked 属性 + .text.entry セクションで直接定義
• setup() / loop() は空のまま残しつつ、一切の Arduino 高レベル関数を使わずレジスタ直叩きのみに
• LTO（Link Time Optimization） を有効化してデッドコードを徹底除去
• GPIO トグルを BSHR レジスタの Set/Reset を2命令で交互実行する極めてタイトなループに最適化
• #define USE_MAXHZ で内部 HSI 24MHz を PLL で 48MHz に倍増するクロック設定を追加

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platform.txt の編集内容（重要）

単に -flto -Os を追加するだけでなく、setup() / loop() をリンクしないように以下の編集を行いました。

platform.txt（または platform.local.txt）に追加・修正した主な行：

compiler.c.extra_flags=-flto -Os -ffunction-sections -fdata-sections
compiler.cpp.extra_flags=-flto -Os -ffunction-sections -fdata-sections
compiler.c.elf.extra_flags=-flto -Os -Wl,--gc-sections -Wl,--undefined=_start

これにより：

• LTO + サイズ最適化が効く
• 不要な Arduino スタートアップ関数（setup() / loop() 関連）がリンク時に削除されやすくなる
• _start を明示的に undefined 扱いにして naked エントリポイントを優先

この組み合わせが 92 Byte 達成の鍵 になりました。

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結果

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ソースコード

#define USE_MAXHZ

void loop() {}
void setup() {}

extern "C" {
  void _start(void) __attribute__((section(".text.entry"), naked));

  void _start(void) {
    volatile unsigned int* const RCC_CR   = (unsigned int*)0x40021000;
    volatile unsigned int* const RCC_CFGR = (unsigned int*)0x40021004;
    volatile unsigned int* const RCC_APB2 = (unsigned int*)0x40021018;
    volatile unsigned int* const GPIO_CFG = (unsigned int*)0x40011400;  // PD CFGLR
    volatile unsigned int* const GPIO_BSHR= (unsigned int*)0x40011410;

#ifdef USE_MAXHZ
    *RCC_CR |= (1 << 24);                        // 内部HSIをベースにPLLで48MHz化
    while ((*RCC_CR & (1 << 25)) == 0);          // PLL ready 待ち
    *RCC_CFGR = 0;
    *RCC_CFGR |= (1 << 0);                       // System clock switch
#endif

    *RCC_APB2 |= (1 << 5);                       // IOPDEN（GPIOD クロック有効化）

    // PD6 を Push-Pull 出力（最大速度）に設定
    *GPIO_CFG = (*GPIO_CFG & ~(0xFu << 24)) | (0x3u << 24);

    const unsigned int set = (1u << 6);
    const unsigned int rst = (1u << 22);

    while (1) {
      *GPIO_BSHR = set;   // PD6 High
      *GPIO_BSHR = rst;   // PD6 Low
    }
  }
}

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dual CH32V003 での動作確認

先日作成した dual CH32V003 ボード（2つの CH32V003J4M6 を搭載）に、この 92 Byte ファームウェアを書き込んで動作確認しました。

• 両方のチップで PD6 から安定した矩形波が出力されていることをオシロで確認
• 片方は内部 HSI 24 MHz ベース、もう片方は #USE_MAXHZ 有効で 48 MHz モードに設定
• 2チップ同時動作でもクロック干渉や電源ノイズがほとんどなく、きれいな波形が得られました

この dual 構成は、センサー用途や小型 IoT デバイスで便利そうです。

ここにPOSTが表示されます

書き込み・確認手順（Arduino IDE 2）

1. Arduino IDE 2.x を起動
2. CH32V003 対応ボードパッケージをインストール
3. 上記の platform.txt 編集後、コンパイル
4. WCH-LinkE などで書き込み
5. オシロで PD6 を観測 → きれいな矩形波が出れば成功

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参考リソース

• Arduino Core for CH32V003（AlexanderMandera 版）
• OpenWCH 公式 Arduino Core
• CH32V003 Reference Manual（PDF）

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この 92 Byte というサイズ感と、dual CH32V003 での動作確認、どれも CH32 RTA として面白いと思います。elchika の皆さんはどう思いますか？ぜひコメントお待ちしています！

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