マイコン リアルタイム 割り込み制御

マイコンにおける割り込み制御とリアルタイム性の確保

マイコンシステムにおいて、リアルタイム性、つまり特定の時間内にタスクを完了できる能力は、多くのアプリケーションにおいて非常に重要です。この実現のためには、割り込み制御が不可欠な役割を果たします。本記事では、マイコンにおける割り込み制御の仕組みと、リアルタイム性を確保するための手法について解説します。

割り込みとは

割り込みは、CPUが現在実行中のプログラムの処理を中断し、特定のイベント（タイマーの満了、ポートのデータ受信、外部からの信号など）に応じて、別のルーチン（割り込みハンドラ）を実行する仕組みです。これにより、CPUは常に最も重要なタスクに集中できます。

割り込みの仕組み

マイコンにおける割り込みの仕組みは、大きく分けて以下の要素で構成されます。

• 割り込み要求 (Interrupt Request - IRQ): 割り込みが発生したことをCPUに通知する信号です。
• 割り込み優先度 (Interrupt Priority): 割り込みの重要度を示す数値です。優先度が高い割り込みは、優先度の低い割り込みよりも先に処理されます。
• 割り込みハンドラ (Interrupt Handler): 割り込みが発生したときに実行される特定のルーチンです。割り込みの処理を担当します。
• 割り込みコントローラ (Interrupt Controller): 複数の割り込み源からの要求を管理し、CPUに適切な割り込みを通知する機構です。

リアルタイム性の確保のために

マイコンシステムでリアルタイム性を確保するためには、以下の点を考慮する必要があります。

• 割り込み優先度の設定: タスクの重要度に応じて、割り込み優先度を適切に設定します。
• 割り込みハンドラの最適化: 割り込みハンドラは、処理速度が重要なため、できる限り短く、効率的に記述する必要があります。
• タスクのスケジューリング: 複数のタスクを組み合わせて実行する場合、タスクのスケジューリング方法を工夫することで、リアルタイム性を向上させることができます。例えば、RTOS（リアルタイムオペレーティングシステム）を使用することが有効です。

まとめ

マイコンシステムにおける割り込み制御とリアルタイム性の確保は、複雑な課題ですが、上記で述べたように適切な仕組みを理解し、実装することで、リアルタイム性の高いシステムを構築することができます。システムの要求特性を十分に分析し、最適な割り込み制御戦略を策定することが重要です。