組み込みシステムの特性

リソース制約環境下でのリアルタイム制御を実現する組み込みシステムは、汎用コンピュータとは異なり、メモリ容量や処理能力に厳しい制限があります。特にOSを介さない低レイヤー開発（Bare-Metal）では、ハードウェアリソースを直接制御する必要があります。

開発環境の構築

ARM Cortex-MシリーズやSTM32マイコンを対象とした開発では、以下のツールチェーンが標準的です：

• コンパイラ：GCCベースのARMツールチェーン
• デバッガ：OpenOCDとJ-Linkの組み合わせ
• ビルドシステム：CMakeによるプロジェクト管理

ハードウェア直接操作の実装

レジスタ操作はvolatile修飾子を用いたポインタアクセスで実現します。以下の例ではポートBのLED制御を再設計：

struct GpioRegisters {
    volatile uint32_t mode;
    volatile uint32_t output;
};

constexpr uintptr_t GPIOB_BASE = 0x48000400;
GpioRegisters& gpioB = *reinterpret_cast<GpioRegisters*>(GPIOB_BASE);

void initLed() {
    // ポートBのクロック有効化
    *reinterpret_cast<volatile uint32_t*>(0x4002104C) |= (1 << 1);
    gpioB.mode = (gpioB.mode & ~(0x3 << 6)) | (0x1 << 6); // PB3を出力モード
}

void toggleLed() {
    gpioB.output ^= (1 << 3); // PB3の状態反転
}

割り込み処理の実装

外部割り込みのハンドリングにはベクタテーブルの設定が必須です。割り込み発生後のフラグクリア処理を含む実装例：

void ExternalInterruptHandler() {
    // 事前定義されたフラグ確認
    if (*reinterpret_cast<volatile uint32_t*>(0x40010400) & 0x01) {
        // ユーザー定義処理
        processEvent();
        // 割り込みフラグのクリア
        *reinterpret_cast<volatile uint32_t*>(0x40010400) = 0x01;
    }
}

シリアル通信の実装

UART通信ではボーレート設定が重要です。以下はテンプレート化したレジスタアクセス例：

template<uintptr_t BaseAddr>
struct UartPeripheral {
    volatile uint32_t status;
    volatile uint32_t data;
    volatile uint32_t baudRate;
};

UartPeripheral<0x40004400>& uart2 = *reinterpret_cast<UartPeripheral<0x40004400>*>(0x40004400);

void setupUart(uint32_t clockFreq, uint32_t baud) {
    uart2.baudRate = clockFreq / baud;
    uart2.status = 0x0000200C; // 送受信有効化
}

void sendByte(char c) {
    while (!(uart2.status & 0x0080)); // 送信バッファ空き待ち
    uart2.data = c;
}

メインルーチンでは10ms周期でデータ送信を実装します：

int main() {
    setupUart(8000000, 115200);
    while (true) {
        sendByte('A');
        delay(10); // 10msウェイト
    }
}