#include 
#include 

ISR(INT0_vect) {
    // 割り込み処理の内容
    PORTB ^= _BV(PB5);
}

int main(void) {
    DDRB |= _BV(PB5);
    EIMSK |= _BV(INT0);
    sei();
    while(1) {
        // メインループ
    }
    return 0;
}

上記のコードはAVRマイクロコントローラ向けのC言語による、割り込みハンドラの実装例です。ISR（割り込みサービスルーチン）マクロを使用して、INT0ピンの割り込みに対する処理を定義しています。

この例では割り込みが発生するたびにPORTBのPB5ビットを反転させ、LEDの点滅などの動作を実現できます。メインループは無限ループになっていますが、割り込みにより処理が中断されて指定した処理が実行されるのです。

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マイクロコントローラでの割り込み活用

マイクロコントローラにおいて割り込み処理は、外部センサーからのデータ取得やリアルタイム制御などに広く活用されています。たとえば温度センサーからの急激な温度変化を検出し、即座に冷却システムを起動するような用途に適しています。

#include 
#include 

volatile uint16_t temperature = 0;

ISR(ADC_vect) {
    temperature = ADC; // ADC変換結果を保存
    if(temperature > THRESHOLD) {
        // 冷却システムを起動
        PORTB |= _BV(PB0);
    }
}

int main(void) {
    // ADCの設定
    ADMUX = _BV(REFS0);
    ADCSRA = _BV(ADEN) | _BV(ADIE) | _BV(ADPS2) | _BV(ADPS1) | _BV(ADPS0);
    
    sei(); // 割り込みを有効化
    
    while(1) {
        ADCSRA |= _BV(ADSC); // ADC変換開始
        // その他のメイン処理
    }
    return 0;
}

上記はADC（アナログ-デジタル変換）完了時の割り込みを使用し、温度センサーの値を読み取っているコード例です。温度が閾値を超えたとき、即座に冷却システムを起動する処理が実行されます。

このようなリアルタイム性の高い処理は、割り込みを使用することで効率的に実装できます。メインループで常に温度をチェックする必要がなく、システムリソースを効率的に利用できるのです。

割り込み処理のデバッグ技法

割り込み処理のデバッグはタイミングの問題や再現性の低さから、通常のプログラムよりも困難を伴うことがあります。このためログ出力やLEDを使用した可視化など、特別なデバッグ技法が必要になることが多いのです。

#include 
#include 
#include 

volatile uint8_t interrupt_count = 0;

ISR(INT0_vect) {
    interrupt_count++;
    PORTB |= _BV(PB5); // デバッグ用LEDを点灯
    _delay_ms(100);
    PORTB &= ~_BV(PB5); // LEDを消灯
}

int main(void) {
    DDRB |= _BV(PB5); // PB5を出力に設定
    EIMSK |= _BV(INT0); // INT0割り込みを有効化
    sei();
    
    while(1) {
        if(interrupt_count > 0) {
            // 割り込み回数に応じた処理
            interrupt_count = 0;
        }
    }
    return 0;
}

このコードでは割り込みが発生するたびにLEDを短時間点灯させ、割り込みの発生を可視化しています。また、割り込みの発生回数をカウントしてメインループでその値を確認することで、割り込みの頻度を把握することが可能です。

このような手法を用いることで割り込み処理の動作を視覚的に確認し、タイミングの問題や予期せぬ割り込みの発生を検出できます。複雑なシステムではロギング機能やデバッグポートを使用し、より詳細な情報を収集することも効果的です。

※上記コンテンツの内容やソースコードはAIで確認・デバッグしておりますが、間違いやエラー、脆弱性などがある場合は、コメントよりご報告いただけますと幸いです。