どうやってテストする
先週、マイコンに接続する制御ボードの半田付けを終えた
哲さん。今日は、愛犬ロボの狂犬病予防注射の帰りとなり
いつもより、遅くなった。注射のためか、ロボは少し動き
が鈍い。啓二さんの愛犬はＡｉｂｏ。Ａｉｂｏには、注射
なんか必要ないよなあと思いつつ、歩いていく。餌も自分
で補給しに行くし、手がかからないよなあ、と溜息をつき
歩いていく。考えごとをしていたので、啓二さんが仕事の
ために借りているアパートを通り過ぎようとして、ロボが
吼えた。吼えた声に気がついて、啓二さんが窓を開けて顔
を出した。
啓二：おーい、今日は、２号さんのところにでも行くのか。
哲 ：やめてくれよ。２号さんなんて、いないよ。
瑞希にでも聞かれたら、家庭内紛争が起きる。
考えごとをして、行き過ぎただけだ。
啓二：何を考えているんだよ。危ないぞ。
ロボが吼えたから、いいようなものの、一人で歩いて
いたら、車に轢かれたかもしれない。
哲 ：まったくだ。今日は、何をするんだ。
啓二：プログラムで、ハードウエアをテストするのさ。
哲 ：半田付けならば、バッチリだぜ。
啓二：えらく自信をもっているんだなあ。
でも、確実に接続されているかを調べるにこしたことはない。
ソフトを開発している奴は、変な自信があるせいか、確認が
疎かなんだよなあ。
哲 ：ああ、それはあるかもなあ。うちの新人もそうだ。絶対に
自分がやったことは、完璧だって頑張るんだ。困った奴だ。
啓二：お前、その新人君と同じことを言ったんだぞ。
現実の前には、謙虚でないと駄目だぞ。
哲 ：へいへい、わかりましたよ。
ところで、ハードウエアをテストするときの定石
なんてあるのか。
啓二：うーん、人によるけど、自分で決めている方法はある。
哲 ：どんな方法だ。
啓二：瑞希さんにイルミネーションを見せるときに使った方法だ。
哲 ：あれ、何だったっけか。
啓二：カウンタとデコーダを使って、ＬＥＤをイルミネーションに
しただろう。あれが、自分なりに決めている方法なんだ。
哲 ：そうだったのか。でも、あれは出力だけだろう。
入力はないじゃないか。
啓二：出力をテストしてＯＫならば、入力に取りかかる。
入力は、出力が確実になってからで充分なんだ。
ただし、テストだから、複雑じゃない方がいいぞ。
哲 ：じゃ、まず出力のテスト方法を教えてくれよ。
啓二：だから、カウンタとデコーダを使えばいいんだって。
お前、プログラマだろう。カウンタはどうやって作るのさ。
哲 ：変数を用意して、０クリア後、＋１ずつして、ある値に
達したら０クリアして、同じことを繰返す。
啓二：だろう。それを手順として書き出してみろよ。
哲 ：こんなの簡単、簡単。
ステップ１ 変数Ａを０にする。
ステップ２ Ａ＋１→Ａ。
ステップ３ Ａ＝Ｎならば、ステップ１に戻る。
ステップ４ ステップ２に戻る
啓二：後で判定するのか。あまり関心しないなあ。
前で判定しろよ。
哲 ：プロにケチをつけるとは、大した奴だな。
ステップ１ 変数Ａを０にする。
ステップ２ Ａ＝Ｎならば、ステップ１に戻る。
ステップ３ Ａ＋１→Ａ。
ステップ４ ステップ２に戻る
少し、汚いなあ。
啓二：やっぱり、Windowsマシンのプログラマ、ＳＥだな。
哲 ：何だよ。もっといい方法があるのかよ。
啓二：いつも、いつもうまくいくわけじゃないけれど、
次の方がすっきりする。
ステップ１ 変数Ａを０にする。
ステップ２ Ａ＋１→Ａ。
ステップ３ ＡをＮで割った余り→Ａ。
ステップ４ ステップ２に戻る
ってな具合だ。
哲 ：剰余系を使うのか。言われてみれば、綺麗なアルゴリズムだ。
啓二：お前の半田付けした制御ボードには、ＲＧＢの３色を１パッ
ケージにしたＬＥＤがついている。だから、点灯と消灯を
テストするには、０〜７をＬＥＤの３つのピンに与えれる。
哲 ：そうだよなあ。
じゃあ、カウンタだけで、デコーダは、いらないじゃないか。
啓二：この場合はな。でも、Ｒ、Ｇ、Ｂを１個１個点灯して調べたい
こともあるよな。信号機みたいにさ。
哲 ：確かに、そっちの方がわかりやすいかもな。
啓二：だろう。そこで、デコーダの出番さ。
ステップ０ （赤緑青）＝（１００）
ステップ１ （赤緑青）＝（０１０）
ステップ２ （赤緑青）＝（００１）
ステップ３ （赤緑青）＝（０１０）
ステップ４ ステップ０に戻る
としてみる。
カウンタは、０〜３を刻んで、デコーダは、カウンタの出力を
入力として、パターンを出力すればいいのさ。
哲 ：こっちの方が、応用は利きそうだな。
カウンタは、ハードウエアを気にしないでカウントする。
デコーダは、ハードウエアを意識してパターンを出力するか。
啓二：その通り。
カウンタは、次のように構成するだけいい。
ステップ０ 変数Ａを０にする。
ステップ１ デコーダにＡを渡す。
ステップ２ Ａ＋１→Ａ。
ステップ３ Ａの下位２ビットを取得→Ａ。
ステップ４ ステップ１に戻る
こうして、無限ループを構成すると、変数Ａは、０〜３を
繰返す。
哲 ：論理積を使って、剰余系の代わりをさせているのか。
啓二：そう。ちなみに、変数Ａを０にするのも、論理演算で充分なんだ。
排他的論理和を使えば、０クリアができる。
これを代入命令でやってしまうと、遅くなるし、プログラムメモリ
を余分に消費する。
哲 ：Ｃ／Ｃ＋＋のコンパイラが、そこまでやっているか不安になってきた。
啓二：だろう。最適化オプションで、高速にしたりしても、どうやっている
のかは、アセンブラのコードを吐出させて見た方がいいよ。
今のコンパイラは、賢いから、この程度の最適化はしていると思うが
確認はしておくべきだなあ。
哲 ：で、デコーダは、どうするんだ。
高級言語ならば、配列を使って引っ張りだして、終わりにするけど。
啓二：それで、いいよ。
ただし、ＲＯＭの部分にパターンを書かないと駄目だけどね。
サブルーチンで、こんな風にするか。
ステップ０ テーブルのアドレスをＴに代入。
ステップ１ Ｔ＋Ａ→Ｔ。
ステップ２ アドレスＴからデータを取得し、Ａに転送。
ステップ３ Ａの値を出力する。
ステップ４ 戻る
哲 ：なんだ、テーブルルックアップか。簡単だな。
啓二：だから、ハードウエアをテストするには、時間をかけずに、
策を労することなく、作るのがいいんだって。
それなりの心得があれば、誰が見てもわかって作れるのが
理想なのさ。
哲 ：うん。確かにそうだ。
これならば、中学生の子供にもわかりやすいしなあ。
お前、先生ができるぞ。
啓二：もう、専門学校や大学で教えているんだから、先生しているって。
哲 ：じゃあ、今度は入力だな。
啓二：慌てるなって。まずソースコードを作って、アセンブル、リンク
して、転送してテストしてみろよ。ピラミッドみたいに、１個の
石を置いて、着実に下から積み上げないと、どこでミスしたか
検討がつかないだろうが。
哲 ：そうか。まあ、こんな程度ならば、軽い軽い。
（ソースを入力し、アセンブル、リンクしてダウンロードし走らせてみる）
げえ、全部点灯しているぞ。何でだ。
こんな簡単なプログラムなのに、どこか間違ったか。
啓二：どれどれ、周波数チェッカーで、マイコンの出力を確認してみるか。
（何やら、ツールを出して、マイコンの出力にあててみる）
ピッ、ピッと音がしているから、マイコンはちゃんと０と１を交互
に出しているなあ。
ああ、人間が認識できないほど高速に動いているんだ。
ウエイトを入れないと駄目だった。
哲 ：何だ、そうか。空ループを回して、無駄時間を作ればいいのか。
ところで、その周波数チェッカーって何だ。
啓二：これか。これは、高速なクロックをカウンタに入れて、人間の
耳が感知できる周波数まで落として、動作を確認するためにと
作ったんだ。現場に測定器を持ちこむのが、面倒だったんで、
ありあわせの部品で作ったんだ。ひとつ作っておくと、便利だぞ。
哲 ：じゃ、空ループを入れて、もう一度。
（コードを修正し、アセンブル、リンクしてダウンロードし走らせてみる）
おー、できた、できた。色が１個１個変化していく。
啓二：じゃあ、次だ。入力のチェックを入れよう。
スイッチの値を読みこんで、そのまま、ＬＥＤに出力してやればいい。
哲 ：それで、先に出力を作ったのか。
啓二：そういうこと。
まず手順を書いてみろよ。
哲 ：ほいきた、きたか、さっさと。
ステップ０ スイッチの値を読みこみ、変数Ａに入れる。
ステップ１ 変数Ａの値を出力。
ステップ２ ステップ０に戻る
でいいだろう。
啓二：正論理と負論理を考えたら、デコーダを入れた方がいいな。
哲 ：どういうことだよ。
啓二：７８ｋは、プルアップ抵抗を内蔵しているから、お前の
制御ボードには、スイッチに抵抗をつけていない。その
まま７８ｋのピンに入れてある。
哲 ：確かにそうだ。
啓二：で、この内蔵のプルアップ抵抗は、スイッチを押さないで
値を読みこむと論理の１を入力させる。
押したら、ＬＥＤが点く方がわかりやすいだろう。
哲 ：そうだな。
啓二：スイッチを押すと、点灯。スイッチを押さないと、消灯。
これを考えると、手順は、次のようになる。
ステップ０ スイッチの値を読みこみ、変数Ａに入れる。
ステップ１ 変数Ａの値を反転。
ステップ２ 変数Ａの値を出力。
ステップ３ ステップ０に戻る。
哲 ：論理値を反転させるには、どうするんだ。
啓二：デコード用のサブルーチンを作ってもいいし、排他的論理和で
反転してもいい。この場合は、排他的論理和で充分かな。
じゃあ、やってみてくれ。内蔵のプルアップ抵抗を利用するの
を忘れないようにな。
哲 ：ほい、ほい。
（コードを作成し、アセンブル、リンクしてダウンロードし
走らせてみる。この間、約１０分ほど）
おー、できた、できた。スイッチを押すと、ＬＥＤが点灯する。
啓二：これで、おしまいだ。
哲 ：待てよ。ブザーのテストが終わってないぞ。
啓二：忘れていた。スイッチのテスト用のプログラムの中で、どちらかの
スイッチの出力を、ブザーにも出せばできるよ。
哲 ：どれ、どれ。
（コードを修正し、アセンブル、リンクしてダウンロードし
走らせてみる。この間、約３分ほど）
スイッチを押してみると。おー、鳴った、鳴った。
そのとき、部屋のドアをノックする音が。啓二さんがドア
を開けてみると、なんと哲さんの奥さん、瑞希さんがいる。
亭主が浮気をしているのではと疑い、尾行していたのだ。
が、知合いの啓二さんのアパートで、マイコンの手ほどき
を受けていることを、開け放した窓から聞こえる声で知り
ドアをノックしたのだった。
哲 ：あれ、瑞希、何でここにいるの。
瑞希：それは、こっちのせりふ。何にしてたのよ、まったく。
哲 ：いや、あの、その、愛がロボットを作りたいと言って
いたんで、ロボットに使うマイコンのことを、太田に
教わっていたんだ。
瑞希：何か怪しいと思っていたのよ。何故、隠していたの。
この前イルミネーションを持ってきたときから、怪
しいと思っていたんだけど。その前は、ジンギスカン
の臭いをつけて帰ってきたし。
結婚するとき、隠しごとはなしだったはずよね。
哲 ：ごめん。驚かしてやろうと思ってさ。
瑞希：少しは、家事の手伝いをしてよねえ。遊んでばかりで。
哲 ：実は、料理も教えてもらってたんだ。
（苦し紛れに、嘘を言う）
瑞希：あっ、そう。じゃあ、今度から、土曜と日曜の夕飯は
作ってくれるのねえ。助かるわ。
哲 ：はい、はい、やります。やらして、頂きます。
（奥さんには、弱い）
瑞希：それじゃあ、ロボを連れて帰ってるから。
哲 ：もう少ししたら、帰るから。
瑞希：じゃあ、太田さん、お邪魔様。
啓二：バイビー！
こうして、嵐は過ぎていった。