IOポートに関する補足

１．IOポートへの出力

IOポート（入出力ポート）は，メモリと同じアドレス空間にある。（メモリマップトIO）IOポートはメモリの一部のように見え，あるアドレスにあるメモリに対して読み込み／書き込みをすることでで，８ビットデータをIOポートに書き込んだり読み出したりすることができる。あるIOポートがメモリ上のどのアドレスに存在するようになっているかは，ハードウェアマニュアルを見ると書いてある。

ある出力ポートに８ビットデータを書き込むと，そのポートにつながるＣＰＵの端子から1と0のビットパターンが電圧のVcc（５Ｖ）またはGNDレベル（０Ｖ）として出力される。
ある入力ポートから８ビットデータを読み出すと，そのポートにつながるＣＰＵの端子に与えられた電圧のVccまたはGNDレベルを1と0として読み出すことができる。

２．出力ポート５のアドレスとCPUの外側

H8/3048のマザーボードでは，ポート５の第０ビットと第１ビットがそれぞれ２つのLEDにつながれているため，ポート５の第０ビットと第１ビットに1と0を出力することにより，LEDの点灯消灯を実現できる。（図１，２，３参照）

図１　マザーボード，ＣＰＵカード，ＣＰＵの接続
ポート５の第０ビットと第１ビットはＣＰＵの５３番ピン，５４番ピンから外部に出ており，ＣＰＵカードのコネクタ３（ＣＮ３）の31，32ピンに接続されています。
マザーボード上ではＣＮ3の31，32ピンから1.5ｋΩの抵抗を介してＬＥＤにつながっています。


図２　ＣＰＵカード実際のＣＰＵカードのＣＮ3の31，32ピン右の図とは上下が逆なので注意	図３　マザーボードマザーボード上でＣＮ3の31，32ピンから引き出されているＬＥＤ

３．ポート５の実体

AKI-H8/3048は，H8/300Hアドバンスモードのモード７で動作しているこの時のアドレスとメモリの関係は表１のようになっている。
メモリ空間は１Mバイト（16進数5桁）になる。

実際のプログラムでは，16Mバイトメモリ空間モードに対応できるような記述となるため，アドレスは16進数6桁で記述している。
１Mバイトメモリ空間の場合，アドレスの上位4ビットは捨てられて16進数5桁でコンパイルされるため，実用上は差し支えない。

特に，ポート５に関しては表２のようになっている。　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表１　メモリマップ（H8/300Hアドバンスモードのモード７）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ハードウェアマニュアルから読み取ることができる。

メモリの種類	アドレス	備考
ROM	0x00000-0x1FFFF (128kbyte)	実際にはフラッシュメモリ，書き込みモードでのみ書き込むことが出来る。電源が切れても，内容は保たれる。割り込みベクタテーブル，プログラム，定数，変数の初期値の格納場所
RAM	0xFEF10-0xFFF0F ( 4kbyte)	電源が切れると内容は消滅する。変数，スタック（オート変数，戻りアドレス，レジスタ退避）の格納場所
I/Oレジスタ	0xFFF1C-0xFFFFF (228byte)	I/Oレジスタ　ポート５はこの中の一部である

　　　　　　　　　　　　　　表２　ＩＯレジスタポート５
　　　　　　　　　ハードウェアマニュアルから読み取ることができる。

ポート５レジスタの役割	アドレス
DDR　データディレクションレジスタ（8ビット幅） DR（8ビット）の各ビットを入力用に使うか出力用に使うかを定義するビットごとに0なら入力，1なら出力の設定となる。	0xFFFC8
DR　データレジスタ（8ビット幅）ＩＯレジスタ	0xFFFCA

よくある質問
Q：どうしてポート５の第０ビットと第１ビットにLEDがつながれているのですか。
A：マザーボードの設計者がLEDをつなぐ位置をポート５の第０ビットと第１ビットに決めています。
Q：他のポートの適当なビットにLEDをつなぐことができますか
A：出力に使えるポートのビットであり，他の用途に使われていないのならLEDをつなぐことができます。
　ただし，ソフトウェアを対応させないとLEDを点灯することができません。

勘どころ

ポート５レジスタのアドレスが0xFFFC8であることはCPUの設計者が決めたことなので，使用者は変更することができない。
ポート５のbit0とbit1の先にLEDをつけたのはマザーボードの設計者が決め，配線がされているため，
使用者はプログラムの書き換えでLEDを操作するポートを変更することはできない。

４．ポート５の実体を意識したLED点灯消灯のプログラム

ポート５の下位2ビットからデータを出力するためには，次の手順となる
（１）ポート５は入出力兼用であるため，下位2ビットを出力に使うように設定する
（２）ポート５の下位2ビットに任意のデータを出力する。
　　　（2進法で00，01，10，11の4通りしかない）

具体的な手順は，図4を参考に，次の通りとなる。
（１）ポート５データディレクションレジスタ（8ビット幅）
　メモリマップドＩＯレジスタ　アドレス　FFFFC8
　ビットごとに0なら入力，1なら出力の設定となる。
　ここでは下位2ビットを出力とし，他を入力の設定にするため3を書き込む
（２）ポート５データレジスタ（8ビット幅）
　メモリマップドＩＯレジスタ　アドレス　FFFFCA
　下位2ビットにデータを書き込む

図４　CPUがポート5を通してLEDをON−OFFさせる様子
0xFFFC8がポート5を入力に使うのか出力に使うのかを設定するところ
0xFFFC9は使われていない（奇数番地）
0xFFFCAに1を出力するとLEDが点灯し，0を出力すると消灯する
注意　0xFFFC8，0xFFFC9，0xFFFCAは連続する3つのアドレスである。

動作させるプログラムの手順は上記のとおりだが，Ｃプログラムでどのように記述するかについてはいろいろ工夫がある。
実用上は「４．４　ヘッダ記載のstruct表現によるプログラム」が使われているが，「４．１」から「４．３」は説明のために表
記方法を工夫している例である。

４．１　ポインタと＃defineを用いて，あるアドレス（ポートＰ５）に直接データを書き込むプログラム

リスト１

#define P5DDR *(unsigned char*)0xfffc8
#define P5DR  *(unsigned char*)0xfffca

void msecwait(int msec)
/*mesc間なにもしない時間稼ぎ関数*/
{
    int i,j;
    for (i=0;i<msec;i++) {
        for (j=0;j<1588;j++);    /*1588は実測によって求めた値*/
    }
}

main()
{
    /*P5の下位2ビットを出力に設定*/
    /* P5のDDRの下位2ビットに1を与えるとこの設定になる*/
    /*DDRとはDataDirectionRegister(データ方向設定レジスタ)*/
    P5DDR =  0x3;     /*0x3 = 00000011(二進数)*/
    while(1) {/*これは無限ループ*/
        /*LED0をONに，LED1をOFFにする
          P5のDRの第0ビットを1に，第1ビットを0にする*/
        /*DRとはDataRegister(データレジスタ)*/
        P5DR=1;
        msecwait(1000);/*1000msecの間なにもしない*/
        /*LED0をOFFに，LED1をONにする
          P5のDRの第0ビットを0に，第1ビットを1にする*/
        /*LED0をOFFにする  P5のDRの第0ビットを0にする*/
        P5DR=2;
        msecwait(1000);
    }
}

４．２　ポインタとｓｔｒｕｃｔを用いた表現によるプログラム

リスト２

struct port5 {
    unsigned char      DDR;
    char               dummy;  /*ここは使われない*/
    unsigned char      DR;
};

#define P5 (*(struct port5*)0xfffc8)

/*
この設定により，それぞれ１バイトずつなので，次のように配置されることになる
P5.DDR    FFFC8
P5.dummy  FFFC9　ここは使われない
P5.DR     FFFCA
*/

void msecwait(int msec)
/*mesc間なにもしない時間稼ぎ関数*/
{
    int i,j;
    for (i=0;i<msec;i++) {
        for (j=0;j<1588;j++);    /*1588は実測によって求めた値*/
    }
}

main()
{
    /* P5のDDRの下位2ビットに1を与える*/
    P5.DDR =  0x3;     /*0x3 = 00000011(二進数)*/
    while(1) {/*これは無限ループ*/
        /*LED0をONに，LED1をOFFにする
          P5のDRの第0ビットを1に，第1ビットを0にする*/
        P5.DR=1;
        msecwait(1000);/*1000msecの間なにもしない*/
        /*LED0をOFFに，LED1をONにする
          P5のDRの第0ビットを0に，第1ビットを1にする*/
        P5.DR=2;
        msecwait(1000);
    }
}

４．３　ビットフィールドと共用体を用いた表現によるプログラム

P5.DRをバイト単位で扱ったり，ビット単位で扱えるように工夫している
ビットフィールドと共用体の解説は→Cadd.html

リスト３

struct port5 {
    unsigned char      DDR;
    char               dummy;  /*ここは使われない*/
    union {
        unsigned char  BYTE;
        struct {
            unsigned char dummy6 :6; /*6ビット ここは使われない*/
            unsigned char B1     :1; /*1ビット*/
            unsigned char B0     :1; /*1ビット*/
        } BIT;
    } DR;
};

#define P5 (*(struct port5*)0xfffc8)

void msecwait(int msec)
/*mesc間なにもしない時間稼ぎ関数*/
{
    int i,j;
    for (i=0;i<msec;i++) {
        for (j=0;j<1588;j++);    /*1588は実測によって求めた値*/
    }
}

main()
{
    /*P5の下位2ビットを出力に設定*/
    P5.DDR =  0x3;     /*0x3 = 00000011(二進数)*/
    while(1) {/*これは無限ループ*/
        /*LED0をONに，LED1をOFFにする
          P5のDRの第0ビットを1に，第1ビットを0にする*/
        P5.DR.BYTE=1;
        msecwait(1000);/*1000msecの間なにもしない*/
        /*LED0をOFFに，LED1をONにする
          P5のDRの第0ビットを0に，第1ビットを1にする*/
        P5.DR.BYTE=2;
        msecwait(1000);
        /*LED0をONに，LED1をOFFにする
          P5のDRの第0ビットを1に，第1ビットを0にする*/
        P5.DR.BIT.B0=1;
        P5.DR.BIT.B1=0;
        msecwait(250);/*250msecの間なにもしない*/
        /*LED0をOFFに，LED1をONにする
          P5のDRの第0ビットを0に，第1ビットを1にする*/
        P5.DR.BIT.B0=0;
        P5.DR.BIT.B1=1;
        msecwait(250);
    }
}

４．４　ヘッダ記載のstruct表現によるプログラム

ヘッダファイル3048fone.hにはリスト３のポート定義と同じ記述が書かれている。

リスト４

#include <3048fone.h>

void msecwait(int msec)
/*mesc間なにもしない時間稼ぎ関数*/
{
    int i,j;
    for (i=0;i<msec;i++) {
        for (j=0;j<1588;j++);    /*1588は実測によって求めた値*/
    }
}

main()
{
    /*P5の下位2ビットを出力に設定*/
    P5.DDR =  0x3;     /*0x3 = 00000011(二進数)*/
    while(1) {/*これは無限ループ*/
        /*LED0をONに，LED1をOFFにする
          P5のDRの第0ビットを1に，第1ビットを0にする*/
        P5.DR.BYTE=1;
        msecwait(1000);/*1000msecの間なにもしない*/
        /*LED0をOFFに，LED1をONにする
          P5のDRの第0ビットを0に，第1ビットを1にする*/
        P5.DR.BYTE=2;
        msecwait(1000);
        /*LED0をONに，LED1をOFFにする
          P5のDRの第0ビットを1に，第1ビットを0にする*/
        P5.DR.BIT.B0=1;
        P5.DR.BIT.B1=0;
        msecwait(250);/*250msecの間なにもしない*/
        /*LED0をOFFに，LED1をONにする
          P5のDRの第0ビットを0に，第1ビットを1にする*/
        P5.DR.BIT.B0=0;
        P5.DR.BIT.B1=1;
        msecwait(250);
    }
}