忘れられたUSB内蔵PIC16F1454/5をイマドキ使う(その5):USB-MIDI変換2

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前の記事でも書いた通り、MLAのMIDI ExampleはUSBコネクタを挿せばMIDIデバイスとして認識され、それだけでは何のデータも送受信しない。メインルーチンは以下のように構成されており、「USB以外を初期化」、「USBを初期化」、「USBの接続処理」した後に無限ループ内で「USBデバイスとしてのタスク」と「アプリケーションとしてのタスク」を順に実行し続けると言う、極めて普通でわかりやすい。


void main(void) {
    SYSTEM_Initialize(SYSTEM_STATE_USB_START);
    USBDeviceInit();
    USBDeviceAttach();
    while(1) {
        USBDeviceTasks();
        APP_DeviceAudioMIDITasks();
    }
}

ちなみにUSBDeviceTasks()はポーリングなら無限ループ内で、割り込みなら割り込みルーチン内で呼ばれることになる。将来的に割り込みはシリアル通信で使いたいし、元々のサンプルもポーリングになっているので、USB向けの割り込みは使用しないことにする。
MIDIを取り扱うルーチンは無限ループ内のAPP_DeviceAudioMIDITasks()である。その構成は以下のとおり。


void APP_DeviceAudioMIDITasks() {
    if( (USBGetDeviceState() < CONFIGURED_STATE) ||
        (USBIsDeviceSuspended() == true)) {
        return;
    }
    if(!USBHandleBusy(USBRxHandle))  {
        //INSERT MIDI PROCESSING CODE HERE
        //Get ready for next packet (this will overwrite the old data)
        USBRxHandle = USBRxOnePacket(USB_DEVICE_AUDIO_MIDI_ENDPOINT,(uint8_t*)&ReceivedDataBuffer,64);
    }
    if(BUTTON_IsPressed(BUTTON_DEVICE_AUDIO_MIDI) == true) { /* ここでスイッチの処理*/}
}

デカデカと「//INSERT MIDI PROCESSING CODE HERE」とあるように受信ルーチンは自分で書けよｗってことで、このサンプルでは受信しても何もしない。受信の実態はUSBRxOnePacket()で、送信はUSBTxOnePacket()である。スイッチはリセットスイッチを流用しており、リセット無効にしてからスイッチ入力端子としているが、押すと適当なノートオンパケットを送信し、離すとノートオフパケットを送信する。受信側は64バイトのバッファにデータが入り、送信時にはバッファは使っていない。

名前が気に入らないがsystem.c内にコンフィギュレーションビットの定義が書いてある。大切なのはsystem.h内で「#define USE_INTERNAL_OSC」を有効にすることだ。Microchipの評価ボードは外部発振らしいので、ここは最初は無効になっている。


#if defined (USE_INTERNAL_OSC)
    // CONFIG1
    #pragma config FOSC = INTOSC 
    #pragma config WDTE = OFF
    #pragma config PWRTE = OFF
    #pragma config MCLRE = OFF
    #pragma config CP = OFF
    #pragma config BOREN = ON
    #pragma config CLKOUTEN = OFF 
    #pragma config IESO = OFF
    #pragma config FCMEN = OFF

この中で重要なのはFOSC=INTOSC、MCLRE=OFF（リセットボタンを入力スイッチとして使う）くらいか。USBに接続しっぱなしだからクロックは固定なのでIESOとかFCMENはOFFでいいし、電源関係の監視（PWRTE、BOREN）も不要だろう。

USB-MIDI変換なので、「USBからのMIDIパケットをシリアルポートに順次流していく処理」と、「シリアルから来たバイト列をMIDIパケットに変換してUSB送信する処理」を考える。とにかくシリアルポートを初期化しないといけないが、最初からMIDI速度である31250にするとターミナル接続が面倒な場合があるので、Debug中は普通のボーレート（9600や115200）にできるようにしておいた。


void USART_init(unsigned long fosc, unsigned long baud) {
    TRISCbits.TRISC4=0; // TX
    TRISCbits.TRISC5=1; // RX
    BAUDCONbits.BRG16 = 1;
    RCSTAbits.SPEN = 1;
    RCSTAbits.CREN = 1;
    TXSTAbits.TXEN = 1;
    TXSTAbits.BRGH = 1;
    SPBRG = (uint16_t)((fosc/4UL/baud) -1UL);
    PIE1bits.RCIE=1;

USBからのデータは受信バッファに入っているので、有効なパケットを１つずつ読み出し、バイト列にしてシリアルに流す、と言う部分はNoteOn/Off程度なら一見ちゃんと動いた。だがある程度まとまった8バイト程度のMIDIパケットや10バイト程度のシステムエクスクルーシブを送ってみると動作しない。結局、シリアルは送受信バッファ、USBは送信バッファを持つようにした。詰まりやすいシリアル送信バッファには1024しかないRAMの半分を当てた。


#define TXRING_BUFFER_SIZE 512
#define TXRING_BUFFER_MASK (TXRING_BUFFER_SIZE-1)
typedef volatile struct {
    uint8_t buf[TXRING_BUFFER_SIZE];
    uint8_t rp,wp;
} txRingQue_t, *txRingQue_p;

シリアル送信はputch(c)でバッファに積み、割り込みで実際に送信する構成である。割り込みルーチンはUSB用にsystem.c内に定義があるので、これを削除する必要がある。実際にはuart.hとuart.c内でシリアル関連の処理は完結させ、putchとgetchだけでMIDI関連とインタフェースする。

受信データがあればパケットを一つずつ取り出して「usb_midi_to_uart(c)」に送り、受信データがあれば「uart_midi_to_usb(c)」に送る、と言う単純な受け渡ししかやってないが、これらの中身が大変だった。


void APP_DeviceAudioMIDITasks() {
    if( (USBGetDeviceState() < CONFIGURED_STATE) || (USBIsDeviceSuspended() == true)) return;
    if(!USBHandleBusy(USBRxHandle)) {
        uint8_t length = USBHandleGetLength(USBRxHandle);
        uint8_t *p = RXdataBuffer;
        for(uint8_t i = 0; i < length; i += 4u) {
            USB_AUDIO_MIDI_EVENT_PACKET c;
            c.v[0] = p[i];
            c.v[1] = p[i+1u];
            c.v[2] = p[i+2u];
            c.v[3] = p[i+3u];
            usb_midi_to_uart(c);
        }
        USBRxHandle = USBRxOnePacket(USB_DEVICE_AUDIO_MIDI_ENDPOINT, (uint8_t *)&RXdataBuffer, 64);
    }
    uint8_t c;
    while(getch(&c)) {
        P_USB_AUDIO_MIDI_EVENT_PACKET p=uart_midi_to_usb(c);
        if(p!=NULL) set_usbTxQue(&usbtxq,*p);
    }
    usb_send_from_tx_queue();
}

残りは次の記事で。