Site Loader

Atmel — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 июня 2017; проверки требуют 5 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 июня 2017; проверки требуют 5 правок.

Atmel Corporation — компания производитель полупроводниковых электронных компонентов, основана в 1984 году. Один из лидеров производства микроконтроллеров (MCS-51, ARM, AVR, AVR32). Также разрабатывает и производит небольшие модули энергонезависимой памяти для электронных изделий, ПЛИС, цифровые микросхемы-радиоприёмники и передатчики, сканеры отпечатков пальцев. Компания для своих клиентов может предложить систему на кристалле, объединяющую затребованные компоненты. Продукция Atmel широко применяется в компьютерных сетях, промышленности, медицине, связи, автомобилях, космосе, военных устройствах, а также кредитных картах.

Стивен Лауб — президент и генеральный директор корпорации.

Акции продаются на бирже, NASDAQ: ATML.

Первый микроконтроллер Atmel появился в 1993 году и был основан на классическом микроконтроллерном ядре Intel 8051. Продукция Atmel включает микроконтроллеры MCS-51, AT91SAM и AT91CAP (основаны на ядре ARM), микроконтроллеры на их собственных ядрах Atmel AVR и AVR32, радиочастотные (RF) устройства, микросхемы памяти типов EEPROM и флеш (включая память, основанную на DataFlash), и некоторое количество других продуктов этой же отрасли.

Atmel поставляет свои устройства как стандартные, полностью укомплектованные. В некоторых случаях Atmel может предложить SoC-решения.

  • Микроконтроллер Atmel ATMEGA32

  • Микроконтроллер Atmel AT90S2333

В годы кризиса в 2008 году Microchip предложила Atmel объединиться. Но компании так и не смогли договориться.

  • 2 октября фирмы Microchip и ON Semiconductor сделали публичное предложение о покупке Atmel[1].
  • 29 октября компания Atmel отклонила предложение компаний Microchip и ON Semiconductor[2][3].
  • 13 ноября фирмы Microchip и ON Semiconductor объявили о начале недружественного поглощения Atmel[4].
  • 18 ноября фирмы Microchip и ON Semiconductor отказались от недружественного поглощения Atmel[5].

20 сентября 2015 года Dialog Semiconductor заявляет о намерении купить Atmel[6].

В январе 2016 года фирма Microchip покупает Atmel за 3,56 млрд долларов[7], Atmel выплачивает неустойку компании Dialog Semiconductor в размере 137,3 млн долларов.

Основные конкуренты Atmel

Atmel микроконтроллеры: помощники начинающим программистам

Компания Atmel – производитель популярных семейств микроконтроллеров, каждое из которых имеет свои направления. Интересен этот производитель тем, что микроконтроллеры Atmel семейства AVR очень популярны в среде радиолюбителей. Кроме AVR контроллеров компания выпускает устройства с архитектурой ARM и i8051.

Популярность устройств обусловлена огромным количеством литературы по микроконтроллерам AVR. Каждый может освоить с нуля и писать простые коды с минимальным набором знаний.

Плата Atmel AVR

Какие бывают микроконтроллеры Atmel

Начнем с самого популярного, для освоения микроконтроллеров в целом, – Atmel AVR. Его можно разделить на два направления:

  1. 8-битные микроконтроллеры.
  2. 32-битные микроконтроллеры.

Среди простых проектов для любителей электроники особую популярность снискала именно 8-битная часть семейства. Есть хорошая справочная литература «Микроконтроллеры AVR семейства classic фирмы Atmel», в которой описана вся архитектура, назначение отдельных узлов, регистров и прочего. Не стоит беспокоиться, что она посвящена уже устаревшему семейству AVR Classic – в наши дни оно вытеснено контроллерами Attiny и Atmega, хотя самая маленькая и быстрая модель – AT90S2313 выпускается и по сей день, слегка в модернизированном виде – Attiny 2313.

Современные семейства программно и функционально совместимы с более старыми, а переход с Classic на Mega и Tiny требует минимальных трудозатрат и изменений программного кода. Среди семейства особенную популярность заслужил микроконтроллер с маркировкой Atmega 328p, применяемый во многих популярных платах Arduino. Почти все они имеют небольшое количество энергонезависимой памяти с ограниченным числом циклов записи (до 100 000) – EEPROM.

Такая память нужна не для текущих вычислений, потому что быстро закончится её ресурс, а для хранения данных в долгосрочной перспективе. Энергонезависимость EEPROM памяти обеспечивает сохранность всей информации после обесточивания микроконтроллера.

Семейство Atmel Smart базируется на архитектуре ARM. Компания правообладатель ARM свободно продает лицензии на разработку контроллеров со своей архитектурой разным производителям, что ускоряет распространение и популяризацию первых. Стоит отметить яркого представителя – микроконтроллер AT91SAM3X8E, является сердцем Arduino DUE, 32-бита. Это позволяет очень легко начать знакомство с такой архитектурой и разработку устройств энтузиастам электроники. Atmel ARM по характеристикам превосходит большинство микроконтроллеров Atmel AVR

Семейство Atmel 8051 – основано на по-настоящему легендарной архитектуре. Intel 8051 является одним из первых массовых микроконтроллеров с широчайшей сферой применения. Позволяет проектировать высокопрецизионные устройства с огромным быстродействием, практически сравнимым с быстродействием схем на логике. В линейке есть микроконтроллеры, работающие на частотах в 100 МГц, при этом выполняющие 100 миллионов операций в секунду, а это отличные показатели для этой архитектуры. Вы можете добиться быстродействия в долях микросекунд.

Способы связи компьютера и микроконтроллера Atmel

Чаще всего связь с МК устанавливается через COM-порт. На современных компьютерах и ноутбуках последовательного порта нет. Это вызывает необходимость использования USB-UART преобразователь, который распознаётся как виртуальный COM-порт.

Чтобы заливать прошивку в микроконтроллер, нужен либо этот преобразователь, либо специализированный программатор, например, AVRISP MKii – вы можете его собрать сами, но и в его составе есть микроконтроллер.

Происходит «каламбур»: для сборки программатора нужен программатор. Чтобы выйти из этой ситуации, используется специальный чип AT90USB162. Он, в свою очередь, при подключении к USB порту компьютера распознаётся как полноценное USB устройство, прошивку в которое можно загрузить с помощью утилиты Flip от Atmel.

Утилита Flip поддерживает программирование через следующие интерфейсы:

С помощью flip можно загрузить прошивку для программатора микроконтроллеров Атмела без использования COM-порта, а схема AVRISP mk II изображена ниже.

Для работы микроконтроллеров по интерфейсу UART (маркировка интерфейса – rs-232) в Atmel AVR выделен регистр UDR (UART data register), а настройки его работы хранятся в конфигурационных регистрах UCSRA, UCSRB и UCSRС. Настройки битов приемопередатчика Rx, Tx, кстати, хранятся в UCSRA.

Вопросы программирования микроконтроллеров

Для программирования МК ваш код нужно компилировать, для этого есть множество программного обеспечения, пример одного из них – это компилятор IAR. Использование этого компилятора не ограничено одними лишь Atmel. 8051, AVR, AVR32, ARM – это лишь небольшой перечень из более чем 20 поддерживаемых архитектур.

IAR – это универсальное решение для программирования микроконтроллеров различного типа и уровня. Хотя компиляторов есть большое количество, например, WinAVR и CodeVision, но они не осуществляют компилирование программ для тех же АРМов и других архитектур.

IAR Embedded Workbench – полное название этой мощной рабочей среды. Применение ИАРА позволяет добиться меньше размера и большего быстродействия кода; он набирает всё большую популярность из-за своих огромных возможностей.

Пример экрана IAR Embedded Workbench

Работа с микроконтроллерами требует постоянного выполнения одинаковых действий, таких как компиляция, прошивка, сброс к заводским установкам; для автоматизации этих процессов нужно использовать Makefile – набор инструкций для компилятора, в нём записаны обозначения действий с файлами программного кода и другие команды.

Для отладки готовых программ был разработан Atmel ice. Он нужен для внутрисхемной отладки программирования и прошивки устройств. Имеет два разъёма:

  1. Универсальный AVR, поддерживающий любой интерфейс;
  2. ARM.

Судя по отзывам реальных пользователей, работает он быстрее аналогов – AVR Dragon, например, при этом захватывает архитектуру АРМов и имеет больше функций.

Выводы

Фирма Atmel сейчас принадлежит Microchip’у, но продолжает выпускать свои семейства микроконтроллеров. Их популярность не угасала за многие годы, однако в последнее время наблюдается активная конкуренция с STM. Пока рано говорить, кто из них вырвется вперед, рассуждения об этом – тема отдельной статьи.

Выбор семейства зависит только от разработчика и поставленных перед ним задач, а AVR контроллеры помогли многим разработчикам «войти» в программирование микроконтроллеров.

Почему бы я не рекомендовал Atmel или о непонимании успеха Arduino / Habr

Хочу немного поделиться негативным опытом использования микроконтроллеров Atmel в промышленной разработке.

Atmel как целевую платформу выбрал заказчик, хотя мы его и отговаривали (еще даже не зная, что нам предстоит — интуиция, что ли?). Ну что же, «заказчик всегда прав».

В продукте было два контроллера — 32-битный UC3A3 и 8-битный ATMega164. В качестве дебаггера выбрали AVR One!, в качестве среды разработки — AVR Studio 5.0 (последняя версия на момент старта).

И началось!

У двух из трех купленных AVR One! в течении первого же месяца отвалились JTAG-коннекторы. У одного из них пропадал контакт питания. Каждый дебаггер, к слову, стоит около 600 евро!

При первом подключении дебаггера к компу с установленной AVR Studio 5.0 последняя захотела обновить ему прошивку. И не просто захотела, а отказывалась работать без этого. Процедура обновления прошивки благополучно зациклилась в «обновление — ожидание готовности устройства — обновление завершено неуспешно — обновление…», произвести ее удалось только после долгих танцев с бубнами.

На начальной стадии работа ведется на Evaluation платах. Были такие и у Атмела. Вот только на «готовых» эвалкитах к большинству пинов процессора банально не было доступа! А универсальный пакет STK600, позволяющий «воткнуть» в него практически любой контроллер при помощи переходника (решение реально супер, если бы не одно но), имел маленький недостаток — его схема была недоступна ни в открытом доступе, ни за деньги! Блин, вот реально — тулкит, предназначенный для экспериментов с платформой, поставлялся без схемы! И схема его охранялась очень и очень тщательно, судя по многочисленным веткам на AVR freaks. Поскольку мы не могли представить себе, как же можно работать без наличия схемы, мы разумно отказались от покупки этого тулкита (который ни разу не дешевый, к слову!).

Еще веселее стало, когда приступили собственно к написанию и отладке кода.

Самым веселым оказалось то, что пошаговая отладка оказалась в принципе невозможной. Дело в том, что поставив где-нибудь в коде брейкпоинт, дождавшись остановки программы в этом месте и выполнив «шаг вперед», ты оказывался… в обработчике прерывания! (Естественно, в прерывании при этом никаких брейкпоинтов не было!). А поскольку прерывания в системе были всегда (таймеры и т.п.), процесс отладки выглядел следующим образом: приходилось ставить следующий брейкпоинт на следующей строке и нажимать Run вместо Step Over. Особенно весело это было, когда надо было отследить if или switch. Или же выполнить Step Into, а не Step Over…

Вторым радостным моментом оказалось то, что когда ты останавливался в прерывании, ты не видел стека вызовов. Особенно радовало, когда этим прерыванием было исключение процессора. На предыдущем проекте на контроллере от Freescale в аналогичной ситуации ты отлично видел весь стек вызовов — в каком месте произошло исключение процессора и что к нему привело. Здесь же все, что ты видел — это то, что исключение произошло. А где и почему — оставалось только догадываться.

Третьим радостным моментом оказалось, например, вот что: код

int a[4];

a[0] = 1;
a[1] = 2;
a[2] = 3;
a[3] = 4;

категорически отказывался работать на ATMega! Элемент a[1] после этого кода оставался равным 0!

И особенно порадовал ответ техподдержки Atmel «Да, данный процессор имеет указанную проблему, попробуйте заменить его на другой!». Ага, а ничего, что уже как бы плата с ним произведена? Следующим ответом техподдержки было «Попробуйте заменить в AVR Studio родной AVR toolchain на open source WinAVR. Это, как ни странно, помогло, массив стал инициализироваться как надо. Правда, заголовочные файлы этого toolchain представляли из себя местами кашу, и часть заголовков пришлось брать от „родного“…

Плюс вся система работала крайне нестабильно. Дебаггер мог просто перестать видеть контроллер. Студия могла перестать видеть дебаггер. Или перестать запускать код на выполнение.

К счастью, на AVR freaks часть проблем была описана и решения найдены. Например, вместо 600-евровых AVR One! были куплены 50-евровые AVR Dragon, работающие гораздо стабильнее — с ними разработка стала в принципе возможной. (Из серии „Зачем, блин, платить больше?“).

И пришлось перейти с AVR Studio 5.0 на более старую AVRStudio32, поскольку первая была настолько глючно-сырой, что работать в ней было невозможно. Интерфейс, конечно, у пятой студии был удобным, ничего не скажешь, но когда удобная в использовании среда банально не работает — удобство оказывается бессмысленным, увы.

AVRStudio32 c точки зрения интерфейса оказалась очень специфической штукой. То ли Eclipse-based сыграло свою роль, то ли Atmel внес свою лепту… Приведу лишь один пример.

Нам понадобилось изменить точку запуска, которая по умолчанию выставлена в среде разработки на начало flash контроллера. В AVRStudio32 за это отвечает так называемая „конфигурация запуска“ (найти которую, кстати, отнюдь не очевидная задача). Так мало того, что параметры конфигурации запуска не сохраняются в проекте (а это означает, что изменения должен был вносить каждый разработчик „ручками“ и их нельзя было коммитить в репозиторий), так кроме этого студия могла в какой-то из моментов по своему желанию создать новую конфигурацию, с параметрами по умолчанию, сделав ее текущей. Нет, когда это все уже знаешь, то исправить это не вопрос. Но вот когда не знаешь, а выглядит все так, что после очередного изменения вдруг все перестало работать, то становится очень даже невесело…

То, что примерно за год разработки дебаггеры банально три или четыра раза выходили из строя, уже было просто досадной мелочью.

Еще одной такой досадной мелочью был прикол с тем, что Atmel называет Fuses — специальные биты, управляющие поведением микроконтроллера, доступные при помощи специальных команд. Неосторожное движение или ошибка — и процессор оказывался непригодным к дальнейшему использованию без очень сложных телодвижений. Можно было, например, переключить его с использования внутренней тактовой частоты на внешнюю. Поскольку внешней, конечно же, в наличии не было, процессор переставал работать. Вернуть этот бит без подачи внешней синхронизации было невозможно в принципе. А еще можно было, например, „выключить“ JTAG — после чего к контроллеру невозможно было подключиться дебаггером.

Вполне естественно, что во время разработки возникают ошибки. Но когда такая ошибка приводит к остановке процесса на непонятно сколько времени — мягко говоря, совсем невесело.

Одна из последних проблем оказалась не менее веселой — по какой-то из причин микроконтроллеры один за одним переставали работать, и дебаггеры тоже переставали их видеть. Времени на анализ было потрачено прилично, оказалось же вот что.

Немного доп. информации: каждый контроллер от Atmel имеет так называемый Device Code, однозначно идентифицирующий семейство. Есть спец. команда, чтобы этот код прочитать. Дебаггер и студия как раз его и используют для идентификации того, что подключено. По идее, значение это read only, и нигде в спецификации не указано обратное. Оказалось, что это не так.

Цитата из Errata:

Signature may be Erased in Serial Programming Mode
If the signature bytes are read before a chiperase command is completed, the signature may be erased causing the device ID and calibration bytes to disappear. This is critical, especially, if the part is running on internal RC oscillator.

Особенно же впечатлило решение проблемы:

Problem Fix / Workaround:
Ensure that the chiperase command has exceeded before applying the next command.

То есть, если Device ID уже оказался стертым, записать его назад возможности не предоставляется. Хуже всего то, что вместе с ним стирается еще и калибровка внутренней частоты, которая также невосстановима, насколько я понял из доступной информации.

Должен сказать, что после команды Chip Erase в коде стояла задержка в два раза больше, чем того требовала спецификация. Однако Device ID волшебным образом стирался по непонятной причине…

Что же, негативный опыт — тоже опыт. Вряд ли я по доброй воле выберу теперь Atmel для чего-либо.

А что касается Arduino — понятно, конечно, что те, кто решает с ней поиграться, с большинством проблем банально не столкнутся, но — после всего описанного выше я все же не понимаю столь высокой ее популярности.

И кстати, выбор заказчиком платформы, похоже, как раз и был обусловлен популярностью Ардуино…

UPD: Вот, кстати, из последних глюков: на ATMega164 есть три группы фьюзов: fuse, fuse_high, fuse_ext. Так вот, по неизвестной причине изменить fuse_high не получается. При этом изменить fuse — получается, и что самое интересное — после любого изменения fuse (даже ничего не значащего, например, включение-выключение вывода тактовой частоты наружу на пин, который висит в воздухе) начинает работать и изменение fuse_ext.

Микроконтроллеры Atmel — Вольтик.ру

 Компания Atmel – лидер в области производства и разработки микроконтроллеров. Её микроконтроллеры используются во многих встраиваемых решениях, 8-битные контроллеры серии megaAVR с AVR архитектурой положили начало платформе Arduino, сделавшей программирование и использование микроконтроллеров простым как никогда ранее. Кроме AVR, компания производит микроконтроллеры на базе архитектур ARM и MCS-51.

 Но микроконтроллеры AVR всё-таки являются самым популярным детищем Atmel благодаря хорошему сочетанию производительности, энергоэффективности и цены. Они хорошо оптимизированы для программирования на языке C либо собственном языке ассемблера. Первые 8-битные микроконтроллеры этой архитектуры были представлены в 1996 году, 32-битные AVR32 появились через 10 лет – в 2006 году.

AVR имеет гарвардскую архитектуру (данные программы и переменных хранятся в разных адресных пространствах) и систему команду RISC (сокращенный набор команд, увеличивающий быстродействие). Вычислительное ядро, память и остальная периферия находятся на одном кристалле, благодаря чему микроконтроллеры AVR представляют собой SoC (System on chip, система на кристалле).

Кроме флеш-памяти и ОЗУ в AVR микроконтроллерах имеется программируемая EEPROM память. Объём памяти программ – до 512 КБ, Рабочая частота 8-битных AVR контроллеров – до 32 МГц, 32-битных – до 66 МГц. Некоторые из них имеют нативную поддержку интерфейса USB. На сегодняшний день 8-битные AVR микроконтроллеры морально устарели, а семейство AVR32 не получило широкого распространения.

В последнее время компания Atmel перешла на разработку ARM микроконтроллеры вместо дорабатывания AVR. ARM микроконтроллеры Atmel являются представителями семейств Cortex-M0+, Cortex-M3, Cortex-M4, Cortex-M7. Такое многообразие МК на базе ARM удовлетворит почти любые запросы. Они имеют большие по сравнению с AVR объёмы памяти и тактовые частоты: до 2 МБ памяти программ и до 160 КБ SRAM. Эти микроконтроллеры имеют тактовую частоту до 120 МГц. Кроме того, они имеют нативную поддержку сенсорного ввода Atmel QTouch и интерфейса USB. У МК Atmel на базе ARM Cortex-M4 энергопотребление минимально возможное среди конкурентов, что позволяет создавать высокоавтономные устройства.

 Микроконтроллеры обоих упомянутых выше семейств поддерживают последовательные интерфейсы передачи данных  SPI, I2C и UART.

 Также Atmel выпускает микроконтроллеры семейства MCS-51 на замену снятым с производства Intel 8051. Их производится более 50 видов. Объём флеш-памяти – до 64 КБ. Микроконтроллеры этого семейства (производства не только Atmel) более 30 лет работают в различных электронных устройствах – от светофоров и торговых автоматов до бортовых авиационных самописцев.

AVR микроконтроллеры: популярное семейство

Семейство AVR – включает в себя 8 битные микроконтроллеры для широкого спектра задач.

AVR проекты

Для сложных проектов с большим количеством входов/выходов вам предоставлены микроконтроллеры AVR семейства Mega и AVR xmega, которые выпускаются в корпусах от 44 до 100 выводов и имеют до 1024 кб Flash памяти, а скорость их работы – до 32 миллионов операций в секунду.

Практически все модели имеют возможность генерировать ШИМ, встроенный АЦП и ЦАП.

Миллионы радиолюбителей разрабатывают интересные проекты на AVR – это самое популярное семейство МК, о них написано очень много книг на русском и других языках мира.

Интересно. Для прошивки нужен программатор, один из самых распространённых – это AVRISP MKII, который вы легко можете сделать из своей Arduino.

Популярность семейства АВР поддерживается на высоком уровне уже много лет, в последние 10 лет интерес к ним подогревает проект Arduino – плата для простого входа в мир цифровой электроники.

Сферы применения различных Tiny, Mega

Четко описать сферу применения микроконтроллера нельзя, ведь она безгранична, однако можно классифицировать следующим образом:

  1. Tiny AVR – самые простые в техническом плане. В них мало памяти и выводов для подключения сигналов, цена соответствующая. Однако это идеальное решение для простейших проектов, начиная от автоматики управления осветительными приборами салона автомобиля, до осциллографических пробников для ремонта электроники своими руками. Они также используются в Arduino-совместимом проекте – Digispark. Это самая маленькая версия ардуины от стороннего производителя; выполнена в формате USB-флешки.
  2. Семейство MEGA долго оставалось основным у продвинутых радиолюбителей, они мощнее и имеют больший, чем в Tiny, объём памяти и количество выводов. Это позволяет реализовывать сложные проекты, однако семейство очень широко для краткого описания. Именно они использовались в первых платах Arduino, актуальные платы оснащены, в основном, ATMEGA

Выход любого МК без дополнительных усилителей потянет светодиоды или светодиодную матрицу в качестве индикаторов, например.

AVR xMega или старшие микроконтроллеры

Разработчики Atmel создали AVR xMega, как более мощный МК, при этом принадлежащий к семейству AVR. Это было нужно для того, чтобы облегчить труд разработчика при переходе к более мощному семейству.

В AVR xMega есть два направления:

  • МК с напряжением питания 1.8-2.7 вольта, работают с частотой до 12 мГц, их входа устойчивы к величине напряжения в 3.3 В;
  • МК с напряжением питания 2.7-3.6 вольта уже могут работать на более высоких частотах – до 32 мГц, а вход устойчив к 5 вольтам.

Также стоит отметить: AVR xMega отлично работают в автономных системах, потому что имеют низкое энергопотребление. Для примера: при работающих таймерах и часах реального времени RTC потребляют 2 мА тока, и готовы к работе от прерывания внешнего или по переполнению таймера, а также по времени. Для выполнения целого ряда функций применяется множество 16 разрядных таймеров.

Работа с USB портом

Начнем с того, что для программирования микроконтроллера нужно использовать последовательный порт, однако на современных компьютерах COM порт часто отсутствует. Как подключить микроконтроллер к такому компьютеру? Если использовать преобразователи USB-UART, эта проблема решается очень легко. Простейший преобразователь вы можете собрать на микросхемах FT232 и Ch440, а его схема представлена ниже.

Такой преобразователь размещен на платах Arduino UNO и Aduino Nano.

Некоторые микроконтроллеры AVR имеют встроенный (аппаратный) USB:

  • ATmega8U2;
  • ATmega16U2;
  • ATmega32U2.

Такое решение нашло применение для реализации связи компьютера и Arduino mega2560 по USB, в которой микроконтроллер «понимает» только UART.

Назначение ЦАП и АЦП микроконтроллеров AVR

Цифроаналоговыми преобразователями (ЦАП) называют устройства, преобразующие сигнал единиц и нолей (цифровой) в аналоговый (плавно изменяющийся). Главные характеристики – разрядность и частота дискретизации. В АЦП преобразуется аналоговый сигнал в цифровой вид.

Порты с поддержкой АЦП нужны для того, чтобы подключить к микроконтроллеру аналоговые датчики, например, резистивного типа.

ЦАП нашёл своё применение в цифровых фильтрах, где входной сигнал проходит программную обработку и вывод через ЦАП в аналоговом виде, ниже вы видите наглядные осциллограммы. Нижний график – входной сигнал, средний – этот же сигнал, но обработанный аналоговым фильтром, а верхний – цифровой фильтр на микроконтроллере Tiny45. Фильтр нужен для формирования нужного диапазона частот сигнала, а также для формирования сигнала определенной формы.

Схема осциллографа на микроконтроллере Atmega328

Пример использования АЦП – это осциллограф на микроконтроллере. К сожалению, частоты мобильных операторов и процессора ПК отследить не удастся, а вот частоты порядка 1 мГц – легко. Он станет отличным помощником при работе с импульсными блоками питания.

А здесь расположено подробное видео этого проекта, инструкции по сборке и советы от автора:

Какую литературу читать о микроконтроллерах AVR для начинающих?

Для обучения молодых специалистов написаны горы литературы, давайте рассмотрим некоторые из них:

  1. Евстифеев А.В. «Микроконтроллеры AVR семейства Mega». В книге подробно рассмотрена архитектура микроконтроллера. Описано назначение всех регистров и таймеров, а также их режимы работы. Изучена работа интерфейсов связи с внешним миром SPI и т. д. Система команд раскрыта для понимания радиолюбителю среднего уровня. Материал книги «Микроконтроллеры avr семейства mega: руководство пользователя» поможет изучить структуру чипа и назначение каждого из его узлов, что, безусловно, важно для любого программиста микроконтроллеров.
  2. Белов А.В. – «Микроконтроллеры AVR в радиолюбительской практике». Как видно из названия, эта книга, в большей степени, посвящена практической стороне работы с микроконтроллерами. Подробно рассмотрен ставший классическим микроконтроллер ATiny2313, а также многие схемы для сборки.
  3. Хартов В.Я. «Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих». Поможет разобраться в AVR studio 4, а также стартовом наборе STK Вы научитесь работать с последовательными и параллельными интерфейсами, такими как UART, I2C и SPI. Книга «Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих» написана преподавателем МГТУ им. Н.Э.Баумана и используется там для изучения этой темы.

Изучение этого семейства микроконтроллеров помогло начать работать и разрабатывать проекты многим любителям электроники. Стоит начинать именно с популярного семейства, чтобы всегда иметь доступ к морю информации.

Среди радиолюбителей начального уровня есть только один конкурент AVR – PIC микроконтроллеры.

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги
Современное радиолюбительство невозможно представить без микроконтроллеров, и это очевидно. В последние десятилетия микроконтроллеры различных производителей стали широко распространены в разных сферах деятельности человека. Нередко их можно встретить в самых неожиданных устройствах и конструкциях. Мы с вами являемся свидетелями компьютеризации и автоматизации окружающих нас процессов. Истина такова, что без знания основ программирования создавать современные конкурентоспособные устройства стало практически невозможно…

Содержание / Contents

Если вы читаете эту статью, вероятно у вас возникло желание понять, как работают микроконтроллеры, и скорее всего появились вопросы:
1. Какой микроконтроллер выбрать для работы?
2. Какую среду разработки использовать для программирования выбранного микроконтроллера?
3. Как прошивать контроллер, и какие дополнительные приборы и акссесуары нужны для удобной работы с ними?
4. Какую литературу изучать?
5. Где в интернете можно задавать вопросы и получать конкретные ответы?

Попробуем ответить на эти вопросы.

Большой популярностью у радиолюбителей пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM.

В промышленности, несколько иначе, первое место с большим отрывом занимает Renesas Electronics на втором Freescale, на третьем Samsung, затем идут Microchip и TI, далее все остальные.
Популярность определяется ценой и доступностью, немалую роль играют наличие технической информации и стоимость программного сопровождения.

Мы будем изучать 8-битные микроконтроллеры AVR, семейства ATMEGA 8 и 16 серии. Выбор определился, опять же доступностью, наличием множества любительских разработок, огромным количеством учебного материала. Наличием разнообразных встроенных компонентов и функциональностью этого семейства.

Для AVR созданы разные интегрированные среды разработки (IDE, Integrated development environment).
IDE – это система программных средств, используемая программистами для разработки программного обеспечения (ПО), в состав которой входят:
• текстовый редактор,
• компилятор и/или интерпретатор,
• средства автоматизации сборки,
• отладчик.

Наиболее распространенные из них AVRStudio, ATmelStudio, WINAVR, CodeVision, IAR Embedded Workbench.
Для того, чтобы писать программы, мы воспользуемся бесплатной IDE ATmelStudio версии 6 и выше.
Скачать Atmel Studio можно с официального сайта после регистрации (регистрация абсолютно бесплатная и ни к чему не обязывает!)

ATmelStudio позволяет создавать проекты, и писать программы как в ассемблере, так и на СИ.

Изначально всегда стоит вопрос: какой язык программирования выбрать, чтобы писать эффективные программы?

Отвечу просто: нужно уметь писать как минимум на двух языках ассемблере и СИ. Ассемблер просто необходим, когда нужно написать быстрые и компактные подпрограммы и макросы, различные драйверы устройств. Но, когда требуется создать объемный проект, построенный на сложных алгоритмах, без знания СИ может быть потрачено очень много времени, особенно в процессе отладки, а если возникнет желание перенести на другую платформу, например PIC18, или STM, может стать неразрешимой проблемой.
Кроме этого, сейчас появились аппаратные вычислительные платформы Arduino, работа с которыми требует знаний языка СИ++.
Поэтому будем писать программы как в ассемблере, так и на СИ.

Чтобы наглядно видеть результат своей работы, не используя паяльник или макетную плату достаточно установить программу Proteus.

Используем датагорский кит — программатор Project-005 «D-AVR910». Кроме этого, нужно будет приобрести макетные платы, блок питания с выходным напряжением 5 Вольт. Можно в качестве БП с малыми пульсациями использовать наш кит Project-006 «POWER FILTER», применив стабилитрон на 5 Вольт.
Возможно, со временем мы с Игорем предложим проект для сборки отладочной платы.

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шагиА вот, например:
• Практическое программирование AVR на ассемблере. Ревич, 2011
• 1000 и одна микроконтроллерная схема Вып. 1-2. Рюмик, 2010-2011
• 10 практических устройств на МК AVR Книга 1-2. Кравченко, 2008-2009
• Самоучитель разработчика устройств на МК AVR. Белов, 2008
• МК AVR семейств Tiny и Atmega. Ефстифеев, 2008
• CodeVisionAVR. Пособие для начинающих. Лебедев, 2008
• Микропроцессорное управление устройствами, тиристоры, реле. Белов, 2008
• Аналоговые интерфейсы МК. Стюард, Болл, 2007
• Создаем устройства на МК AVR. Белов, 2007
• МК AVR в радиолюбительской практике. Полный разбор ATTINY2313. Белов, 2007
• Сетевой и межсетевой обмен данными с МК. Иди, 2007
• МК AVR. практикум для начинающих. Хартов, 2007
• Применение AVR Схемы, алгоритмы, программы. Баранов, 2006
• Микроконтроллеры AVR. Вводный курс. Мортон, 2006
• Измерение, управление и регулирование с помощью AVR. Трамперт, 2006
• Программирование на языке С для AVR и PIC МК. Шпак, 2006
• Конструирование устройств на МК. Белов, 2005
• МK — это же просто, тома 1-3. Фрунзе, 2002-2003
• Язык программирования Си, 2-е издание. Керниган, Ритчи, 2009
• Программирование микроконтроллеров ATMEL на языке С. Прокопенко, 2012Задавать вопросы вы можете на нашем или любом другом форуме, где так или иначе затронуты темы по микроконтроллерам. Главное на форумах правильно формулировать вопросы, чтобы четко получать ответы. Абстрактные вопросы не приветствуются, и скорее всего вместо ответа вы получите жесткую критику, или ваш вопрос останется без внимания! • 8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением
• Прогрессивная RISC архитектура
130 высокопроизводительных команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл
32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения
Полностью статическая работа
Приближающаяся к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц) производительность
Встроенный 2-цикловый перемножитель

• Энергонезависимая память программ и данных
8 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash)
Обеспечивает 1000 циклов стирания/записи
Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки
Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write)
512 байт EEPROM
Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи
1 Кбайт встроенной SRAM
Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя

• Встроенная периферия
Два 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предварительным делителем, один с режимом сравнения
Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения
Счетчик реального времени с отдельным генератором
Три канала PWM
8-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусах TQFP и MLF)
6 каналов с 10-разрядной точностью
2 канала с 8-разрядной точностью
6-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусе PDIP)
4 канала с 10-разрядной точностью
2 канала с 8-разрядной точностью
Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс
Программируемый последовательный USART
Последовательный интерфейс SPI (ведущий/ведомый)
Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором
Встроенный аналоговый компаратор

• Специальные микроконтроллерные функции
Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания
Встроенный калиброванный RC-генератор
Внутренние и внешние источники прерываний
Пять режимов пониженного потребления: Idle, Power-save, Power-down, Standby и снижения шумов ADC

• Выводы I/O и корпуса
23 программируемые линии ввода/вывода
28-выводной корпус PDIP, 32-выводной корпус TQFP и 32-выводной корпус MLF

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шагиПрограммирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

• Рабочие напряжения
2,7 — 5,5 В (ATmega8L)
4,5 — 5,5 В (ATmega8)

• Рабочая частота
0 — 8 МГц (ATmega8L)
0 — 16 МГц (ATmega8)

отличия ATMEGA16 от 8
• 16 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash)

• Интерфейс JTAG (совместимый с IEEE 1149.1)
Возможность сканирования периферии, соответствующая стандарту JTAG
Расширенная поддержка встроенной отладки
Программирование через JTAG интерфейс: Flash, EEPROM памяти, перемычек и битов блокировки

• Четыре канала PWM / ШИМ

• 8-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь
8 несимметричных каналов
7 дифференциальных каналов (только в корпусе TQFP)
2 дифференциальных канала с программируемым усилением в 1, 10 или 200 крат (только в корпусе TQFP)

• Шесть режимов пониженного потребления: Idle, Power-save, Power-down, Standby, Extended Standby и снижения шумов ADC

• 32 программируемые линии ввода/вывода

• 40-выводной корпус PDIP и 44-выводной корпус TQFP

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шагиЕсли Вы только начинаете, то нужно скачать и установить программу AtmelStudio с официальной страницы atmel.com
После установки программы AtmelStudio можно приступить к созданию проекта.
Проект – это ваша программа, которую вы будете писать, отлаживать и прошивать, после компиляции, в память микроконтроллера.

Чтобы создать проект, надо открыть программу, появиться такая заставка,

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

и откроется страница создания проекта

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Чтобы создать новый проект, нужно кликнуть по «New Project…»
В этом случае откроется новое окно, где можно выбрать язык программирования, название проекта, его месторасположение, название пакета с файлами проекта и возможность создания каталога для дальнейшего использования в других перекрестных проектах. Чтобы создать проект, где мы будем программировать в ассемблере, нужно выбрать — Assembler, после этого поменяем название проекта, его расположение, и выбираем ОК.

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Появится следующее окно

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Выбираем “megaAVR, 8-bit” и находим нужный нам микроконтроллер, мы выбрали ATmega8. В правой части заставки появляется список устройств, работающих с этим микроконтроллером, один из которых мы можем подключить. Выбираем ОК.

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Появляется страница редактора текста, которая позволяет редактировать и отлаживать программу. Пока страница чистая, указано время и дата создания и название файла проекта, имя пользователя. Есть дополнительные окно устройств ввода-вывода, окно отчетов компиляции программы. Теперь мы

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги
можем программировать в ассемблере.
Аналогично создается проект для программирования на языке СИ.
Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Выбираем семейство микроконтроллеров “megaAVR, 8-bit”

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Далее, наименование микроконтроллера и выбираем ОК.

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Появляется страница редактора текста. Здесь мы можем программировать в СИ.

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

У нас есть возможность загрузить демонстрационные проекты для работы с платами разработки, выпускаемыми корпорацией ATMEL.
Для этого нужно при создании проекта выбрать пункт “New Examle Project from ASF…”

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Откроется окно следующего вида:

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Здесь вы можете выбрать нужный проект, и экспериментировать как вам хочется…
Третий пункт на страничке создания проектов позволяет быстро открывать последний загруженный проект.

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Так же есть возможность управлять проектом, для этого нужно выбрать название проекта под пунктом “Recent Projects” и кликнуть по правой клавише мыши. Появится меню из 3-х пунктов:

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Open Project – запускает проект.
Open Containing Folder – просмотор содержимого папки проекта
Remove From List – удаление из списка проектов. Сам проект не удаляется, и попытка создать новый проект с таким же именем выдаст ошибку. Полностью удалить проект можно в папке, где он был создан.

Как создается новый проект и про перенос старых проектов, созданных в AVR Studio 4, можно посмотреть на видеоролике от Александра Писанца

Камрад, смотри полезняхи!

Программирование микроконтроллеров в AtmelStudio 6. Часть 1. Первые шаги

Радик (galrad)

РФ. Республика Башкортостан. г.Уфа

1964г.р. Врач. Ученая степень — кандидат медицинских наук. Второе высшее образование — инженер-электроник.

 

Программирование МК AVR на языке assembler в среде Linux / Habr


Ни для кого не секрет, что микроконтроллеры семейства AVR прочно вошли в практику домашних поделок. Кроме того, уже несколько лет наблюдается массовое (на грани эпидемии) увлечение отладочными платами типа Arduino, построенными на базе все тех же AVR. Не буду судить, хорошо это или плохо, ибо статей на эту тему на ресурсе более чем достаточно. Хочу уберечь и моего читателя от споров на тему «что такое Arduino и хорошо это или плохо». Статья не об этом.

Рано или поздно для любого «ардуиньщика» (при условии что он хочет выйти на более высокий профессиональный уровень) наступает момент когда в рамках платформы Arduino ему становится тесно и он начинает задумываться о том а что же в действительности происходит под капотом. И ответы на все его вопросы уже есть, например в виде замечательного курса «AVR. Учебный курс» от глубокоуважаемого DIHALT. Если вы пользователь OS Windows, то и недостатка в инструментах разработки у вас не будет, достаточно бесплатной Atmel Studio, закрывающей все вопросы разработки ПО для МК AVR.

Хоть я и тимлид в коллективе разработчиков ПО прикладного уровня, вопросы «железа» которое в нашей конторе делается на базе AVR с недавних пор стали интересовать меня очень остро. Возникло желание хорошо разобраться во всех аспектах разработки ПО для МК. И так как я являюсь убежденным приверженцем использования в разработке OS на базе ядра Linux, меня заинтересовал вопрос, а как там в линуксах: можно/нельзя ли писать и отлаживать ПО, зашивать его в кристалл с тем же (или примерно тем же) уровнем удобства, который нам доступен в Windows. Тех кого тоже интересует этот вопрос, и в особенности тех, кому тема поста кажется надуманной, приглашаю под кат.

Что касается разработки на C/C++, в среде линукс с этим особых проблем и нет, в виду общей ориентированности этой системы на использование данного языка и наличия достойного набора инструментария. Однако, тот же DIHALT, например, утверждает что программирование для МК неотделимо от знания ассемблера, в чем я с ним соглашусь, в виду логичности его тезисов, изложенных в «Учебном курсе» и собственного (пусть небольшого) опыта системной разработки под x86.

Руководствуясь тезисом, что от асма AVR нам никуда не уйти и сидим мы под линуксом, попробуем посмотреть на то, как можно писать и отлаживать программы. Я использую дистрибутив Arch Linux, поэтому в своем повествовании буду опираться на его экосистему.


Сразу скажу, что связку Atmel Studio + wine я предлагать не буду. Не люблю я wine (хоть и пользуюсь по необходимости). Остановимся на нативных средствах, прежде всего компиляторов, обзор которых в сети и личные ковырялки дали выход на триумвират gavrasm, avra и avr-as. Выбор произошел по двум противоречивым критериям: поддержка синтаксиса предлагаемого Atmel и возможность отладки прошивки по шагам в эмуляторе. Последнее для меня более важно, а в плоскости курса @DIHAL так прям вообще необходимо для понимания процесса работы микроконтроллера. Общность синтаксиса с компиляторами от Atmel дает, опять таки с моей точки зрения, лишь возможность без труда адаптировать проекты Atmel Studio к работе в линуксах, что весьма сомнительное преимущество, ибо тот же avr-as существует и под Windows. Предлагаю читателю обзор перечисленной троицы.

gavrasm и avra


Поддерживают синтаксис Atmel. Первый нашелся в AUR и устанавливается командой
$ yaourt -S gavrasm

Второй так же доступен в AUR
$ yaourt -S avra

Программа вида

test.S

;---- Определяем целевое устройство
        .device atmega16
;---- Сегмент данных
        .dseg
;---- Сегмент кода
        .cseg
        .org 0x0000

        ldi r16, 10
M1:
        inc r16
        rjmp M1

;---- Сегмент EEPROM
        .eseg

Собирается обоими компиляторами сразу в *.hex и результат работы выглядит примерно одинаково. Чтобы не возмущать благородных донов длинными портянками, помещаю результаты компиляции под спойлерыВыхлоп gavrasm
$ gavrasm test.S
+------------------------------------------------------------+
| gavrasm gerd's AVR assembler Version 3.5 (C)2015 by DG4FAC |
+------------------------------------------------------------+
Compiling Source file: test.S
-------
Pass:        1
14 lines done.

Pass 1 ok.
-------
Pass:        2
14 lines done.


3 words code, 0 words constants, total=3 =  0.0%

No warnings!
Compilation completed, no errors. Bye, bye ...

$ ls -l
итого 12
-rw-rw----+ 1 maisvendoo users  52 июл 29 15:46 test.hex
-rw-rw----+ 1 maisvendoo users 741 июл 29 15:46 test.lst
-rw-rw----+ 1 maisvendoo users  92 июл 29 15:46 test.S

Содержимое hex-файла прошивки
:020000020000FC
:060000000AE00395FECFAB
:00000001FF

Содержимое файла листинга

gavrasm Gerd's AVR assembler version 3.5 (C)2015 by DG4FAC
----------------------------------------------------------
Source file: test.S
Hex file: test.hex
Eeprom file: test.eep
Compiled: 29.07.2017, 15:46:38
Pass: 2
1: .device atmega16
2:
3: .dseg
4:
5: .cseg
6: .org 0x0000
7:
8: 000000 E00A ldi r16, 10
9: M1:
10: 000001 9503 inc r16
11: 000002 CFFE rjmp M1
12:
13: .eseg
14:

Program : 3 words.
Constants : 0 words.
Total program memory: 3 words.
Eeprom space : 0 bytes.
Data segment : 0 bytes.
Compilation completed, no errors.
Compilation endet 29.07.2017, 15:46:38


Выхлоп avra
$ avra -l test.lst test.S 
AVRA: advanced AVR macro assembler Version 1.3.0 Build 1 (8 May 2010)
Copyright (C) 1998-2010. Check out README file for more info

   AVRA is an open source assembler for Atmel AVR microcontroller family
   It can be used as a replacement of 'AVRASM32.EXE' the original assembler
   shipped with AVR Studio. We do not guarantee full compatibility for avra.

   AVRA comes with NO WARRANTY, to the extent permitted by law.
   You may redistribute copies of avra under the terms
   of the GNU General Public License.
   For more information about these matters, see the files named COPYING.

Pass 1...
Pass 2...
done

Used memory blocks:
   Code      :  Start = 0x0000, End = 0x0002, Length = 0x0003

Assembly complete with no errors.
Segment usage:
   Code      :         3 words (6 bytes)
   Data      :         0 bytes
   EEPROM    :         0 bytes
$ ls -l
итого 16
-rw-rw----+ 1 maisvendoo users 92 июл 29 15:46 test.S
-rw-rw----+ 1 maisvendoo users  0 июл 29 15:55 test.S.cof
-rw-rw----+ 1 maisvendoo users 13 июл 29 15:55 test.S.eep.hex
-rw-rw----+ 1 maisvendoo users 55 июл 29 15:55 test.S.hex
-rw-rw----+ 1 maisvendoo users 61 июл 29 15:55 test.S.obj

Содержимое hex-файла
:020000020000FC
:060000000AE00395FECFAB
:00000001FF

Листинг генерируется дополнительным ключем -l при сборке
$ cat test.lst

AVRA Ver. 1.3.0 test.S Sat Jul 29 16:02:05 2017

.device atmega16

.dseg

.cseg
.org 0x0000

C:000000 e00a ldi r16, 10
M1:
C:000001 9503 inc r16
C:000002 cffe rjmp M1

.eseg

Segment usage:
Code : 3 words (6 bytes)
Data : 0 bytes
EEPROM : 0 bytes

Assembly completed with no errors.



Анализируя результаты можно сказать, что:
  1. Генерируется файл в формате Intel HEX, пригодный сразу для прошивки в МК
  2. Синтаксис совместим с Atmel

Определенно в синтаксисе avra есть отличия, например
        .device atmel16

дает указание на МК, скрывая от программиста явное указание ссылок на *.inc файл макроопределений. Существует и ряд других нюансов, о которых проще прочесть в документации или в хорошей обзорной статье Valber’а на русском языке. Об особенностях gavrasm можно почитать тут.

Оба рассмотренных компилятора имеют существенный фатальный недостаток — они не генерируют отладочной информации. Хотя в документации по avra такая возможность заявлена

Debugging support AVRA creates a coff file everytime the assembly was sucessful. This file allows AVR Studio or any coff compatible debugger to simulate or emulate the program.

но *.cof файл в выхлопе неизменно оказывается пустым. Отсутствие отладочной информации исключает адекватную отладку по шагам, остро необходимую начинающим. Так что от этих (к слову довольно старых альтернатив) переходим к другому, более могучему компилятору из семейства GNU

avr-as


Установка этого инструментария доступна из официальных репозиториев любого достаточно популярного дистрибутива. В случае с Arch Linux
$ sudo pacman -S avr-gcc avr-libc avr-binutils

GNU assembler (gas) является бэкэндом к компилятору gcc и обычно явно не вызывается. Связано это с идеологией *nix систем, ориентированных на разработку на C/C++, в которой ассемблеру отводится роль младшего нелюбимого сына. Вместе с тем это обеспечивает глубокую интеграцию ассемблерного кода в программы на C/C++ что, редко, но бывает необходимо. К тому же, если говорить об архитектурах x86/x86_64 синтаксис «гнутого» ассемблера (AT&T) разительно отличается от принятой Intel-нотации (хотя на gas можно использовать и интел-синтаксис, компилятор дает такую возможность). Чего стоит обратный по отношению к интел-нотации порядок операндов в командах, например

Применительно к AVR gas не отходит от нотации Atmel в части оформления команд — порядок операнд здесь привычный, например команда:

ldi r16, 10

в gas для AVR выглядит привычно. Другое дело макросы и директивы компилятора, они отличаются от Atmel. Приведенная выше тестовая программа будет выглядеть так:

test.S

#include	"/usr/avr/include/avr/io.h"	

/* Секция данных */
	.data

/* Секция кода */
	.section .text

	.org 0x0000

/* Точка входа, обязательная при вызове avr-gcc вместо avr-as */
	.global main

main:

	ldi r16, 10
M1:
	inc r16
	rjmp M1

Как видно из исходника секция кода определяется директивой предпроцессора .section .text (аналог .cseg). Аналогом .dseg служит .data. Единственное, чего я пока не понял и не узрел в документации, как определяется содержимое EEPROM (аналог .eseg). Надеюсь среди читателей найдется добрый гуру, который натолкнет меня на ответ. Новичкам же, подобным мне, советую покурить документацию тут и вот здесь для уяснения специфики использования gas для AVR.

Мы же теперь соберем hex-файл, пригодный для прошивки МК. Команда:

$ avr-as -mmcu=atmega16 -o test.o test.S

генерирует объектный файл для соответствующего контроллера (в нашем случае ATMega 16). Далее данный объектный файл преобразуется в hex
$ avr-objcopy -O ihex test.o test.hex

Получая на выходе hex-файл вида

test.hex
:060000000AE00395FECFAB
:00000001FF

Тем не менее, мы не ответили на главный вопрос и не обозначили преимущество gas по возможности организации пошаговой отладки. Для этого прежде всего


В линуксах нет достойной альтернативы GDB. Для его использования применительно к МК AVR ставим фронтэнд
$ sudo pacman -S avr-gdb

Данный отладчик обладает всем комплексом противоречий, пугающих новичков: при справедливо заявленной термоядерной мощи порог вхождения его довольно высок. Чтобы разучиться боятся gdb и начать в нем работать очень рекомендую статью величайшего и могучего и, к сожалению, ныне покойного (земля тебе пухом, Мыщъх!) Николая Лихачева aka Крис Касперски «Погружение в технику и философию GDB».

Первое, что нужно для использования gdb — собрать код соответствующим образом, сгенерировав ELF-образ, содержащий отладочные символы

$ avr-as -mmcu=atmega16 -g --gstabs -o test.o test.S

Ключи -g и —gstabs генерируют соответственно отладочные символы и добавляют возможность использовать образ для удаленной отладки в gdb. Компонуем полученный объектный файл в ELF

$ avr-ld -m avr4 -o test.elf test.o

Полученный образ мы используем для отладки нашего теста. Из него же можно сгенерировать и hex-файл

$ avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex test.elf test.hex

явно указывая ключем -j включаемые в прошивку секции, ключем -O ihex формат вывода (intel HEX). Получаем тот же файл, что и в предыдущем случае:

test.hex
:060000000AE00395FECFAB
:00000001FF

Осталось загрузить полученный код в эмулятор и проверить доступные возможности отладки.


Этот вопрос сложнее прочих. Мною было найдено два достойных кандидата: simavr, имеющийся в официальных репозиториях арча и устанавливаемый простым:
$ sudo pacman -S simavr

и более популярный симулятор simulavr, который не был найден даже в AUR, при том что основная масса полезной инфы в сети именно о нем. Собрать из исходников с целью создания PKGBUILD для AUR у меня не вышло, хотя я перебрал все адекватные ветки в официальном репозитории. Пришлось прибить зверский костыль, скачав DEB-пакет для Debian, превратив его в пакет для арча с помощью утилиты debtap.
 $ debtap simulavr_0.1.2.2-7+b2_amd64.deb

и далее полученный арч-пакет без проблем ставиться в систему.

Версия эта довольно древняя, а текущий релиз (судя по дате последнего коммита в репозитории) ушел довольно далеко.

Что же касается simavr, то он ставится без проблем, поддерживает большее число МК, но на попытки подключения к нему отладчиком выдает в консоль сообщения о крэше эмулятора и разобраться с этим мне пока не удалось. Тут я снова апеллирую к сведующему в вопросе читателю и рассчитываю на подсказку.

Пока же мы используем для отладки костыльно поставленный simulavr


Итак, сначала отладим программу хардкорно — из консоли запустим эмулятор
$ simulavr -d atmega16 -c 8000000 -g -P simulavr-disp

запускаем эмулятор ATMega 16 (ключ -d) на частоте 8 МГц (ключ -с) с опцией удаленной отладки и возможность красивого просмотра регистров контроллера (опция -P, которая по данным из сети в свежайшей версии эмулятора убрана). Видим окошко терминала с содержимым регистров и памяти

наблюдаем в консоли запуска сообщение

Waiting on port 1212 for gdb client to connect...

сообщающее нам о том, что эмулятор ждет подключения отладчика на порту 1212 (порт можно указать при запуске ключем -p). В другой консоли стартуем отладчик:
$ avr-gdb -q -tui

первый ключ уберет пафосный выхлоп gdb при запуске, вторая группа ключей активирует просмотр исходников в процессе отладки в применена мной для наглядности (на деле эта опция неудобна по ряду причин). В консоли мы увидим следующее:

Подлючаемся к эмулятору

(gdb) target remote:1212

Загружаем ELF-образ в эмулятор (да, именно его а не hex, на чем я обжегся в самом начале) d ‘vekznjh
(gdb) load test.elf

Загружаем отладочные символы:
(gdb) file test.elf

ответив «yes» на заданный вопрос, получая следующую картину:

Что же, мы видим наш исходник и отладчик, готовый к приему команд. Даем команду next

(gdb) n

и видим как отладчик бодро переместился по коду.

можем посмотреть изменившееся состояние регистров контроллера как в консоли эмулятора

так и в окне отладчика:

(gdb) info registers
.
.
.
r16            0xa      10
.
.
.
SREG           0x0      0
SP             0x0      0x0 <main>
PC2            0x2      2
pc             0x2      0x2 <M1>

С этого момента нам доступен весь богатейший инструментарий, предоставляемый отладчиком gdb. Однако, что линуксоиду хорошо то виндузятнику смерть меня упрекнут мол «чувак, в Atmel Studio есть нормальная отладка с отображением исходников, перемещением по коду хоткеями и просмотром значений вразумительным графическим способом» и будут правы, поэтому попытаемся хотя бы частично решить проблему дружественности отладки, совместив её с разработкой
IDE Eclipse известна давно. За время своего существования она прочно утвердилась в разных областях разработки ПО и может «тупо всё», благодаря обширному набору плагинов, расширяющих её функциональность. В свое время я восторгался ей, но время это прошло, так как в обыденной работе у неё есть масса мелких нюансов, раздувающихся в недостатки (на работе в продакшене я предпочел для того же C/C++ QtCreator в силу специфики деятельности, о чем не жалею).

Тем не менее, с точки зрения решаемой нами задачи она вполне удовлетворяет её требованиям. Для работы с AVR в Eclipse потребуется установка следующих плагинов

и, дабы не перегружать статью я отсылаю читателя к поиску, в котором установка плагинов к Eclipse описывается очень подробно. Важным здесь представляется настройка проекта, о чем я расскажу подробно.

Eclipse по своей сути ориентирован на C/C++ разработку, поэтому для создания ассемблерного проекта воспользуемся генерацией проекта через имеющийся Makefile, который и напишем для нашего теста. Вот он

Makefile

# Декларируем необходимые переменные
DEVICE = atmega16
TARGET = test
OBJECTS = $(TARGET).o
ELF = $(TARGET).elf
HEX = $(TARGET).hex

# Задаем правила компиляции
COMPILE = avr-as -mmcu=$(DEVICE) -g --gstabs

# Главная цель - HEX-файл прошивки
all:	hex

# Правило сборки объекрных молулей: беруться все исходники 
# с расширением *.S и компилятся в объектные модули *.o
.S.o:
           $(COMPILE) -c $< -o [email protected]
	
# Правило очитски - удаляем все продукты сборки
clean:
           rm -f $(HEX) $(ELF) $(OBJECTS)
	
# Компоновка всех объектных модулей в ELF
elf:   $(OBJECTS)
        avr-ld -m avr4 -o $(ELF) $(OBJECTS)

# Преобразование ELF в HEX
hex: elf
        avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex $(ELF) $(HEX)

Написав этот опус открываем Eclipse и создаем новый проект File -> New -> Project, выбирая сишный проект на основе Makefile

жмем Next, в следующем окне выбирая расположение каталога с исходниками и Makefile

Шлепаем Finish и видим наш проект во всей красе

Идем в меню Project -> Build all и получаем все необходимые нам бинарники:

19:34:51 **** Build of configuration Default for project test ****
make all 
avr-as -mmcu=atmega16 -g --gstabs -c test.S -o test.o
avr-ld -m avr4 -o test.elf test.o
avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex test.elf test.hex

19:34:51 Build Finished (took 128ms)

Теперь настроим запуск эмулятора, как внешнего инструмента проекта зайдя в Run -> External Tools, создав новую конфигурацию с настройками соответствующими приведенным скринам

Тут мы сообщаем среде, что хотим запускать эмулятор с нужными нам параметрами командной строки, поместив пункт запуска в меню Run → External Tools.

Применяем настройки, идем в меню Run → External Tools → atmega16 и наблюдаем запуск эмулятора:

Хорошо, теперь настроим конфигурацию отладки нашего проекта. Идем в меню Run → Debug Configuratuions и настраиваем аппаратную отладку через GDB.

не забывая указать тип соединения с сервером симуляции:

и указав, какие действия следует выполнить при запуске отладки:

Обязательно ставим галки на Load image и Load Symbols — это позволяет отладчику загрузить прошивку в эмулятор и прочесть отладочные символы. Ставим точку останова на метку M1.

Жмем кнопки Apply и Debug и… вуаля!

Отладчик послушно стал на указанной точке останова. Доступен просмотр дампа памяти и содержимого регистров. Жмем F5 (или F6) и трассируем наш код по шагам.

Теперь можно хоть до посинения трассировать код, смотреть значения регистров и переменных, править код, снова трассировать, в общем заниматься привычным процессом разработки.


Что хочу сказать в финале? Я уже тысячу раз говорил о том, что все мои статьи на ресурсах хабр и гиктаймс — отражение личного опыта и рупор субъективного мнения. Решена задача — организация разработки ПО для контроллеров AVR в среде Linux. Эта статья — продукт долгого гугления и сбора информации из разрозненных сетевых источников. Цель её — натолкнуть новичка на поиск в нужном направлении. Статья не претендует на академичность, она лишь продукт моих собственных копаний и попытка поделится собранной информацией, а так же привлечь заинтересованных людей к интересной мне теме.

Тут много о чем не сказано, например о прошивке через avrdude, который (sic!) есть кроссплатформенная утилита прошивки для семейства AVR. Если у читателей будет желание, а у меня возможность, мы рассмотрим и её, помигаем светодиодами, пошлем слово «жопа» «счастье» через USART и так далее. Тема неисчерпаема и достойна продолжения. Время покажет.

А пока, благодарю моего читателя за внимание и надеюсь на новую встречу!

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *