Atmel AVR pod Linuxom

Programátor

V pravom zmysle slova programátor je človek, ktorý programuje, ale ja mám na mysli elektronický obvod, pomocou ktorého zapíšeme program do flash pamäte mikrokontroléra. Elektrickú schému programátora vidíte na obrázku.

Je to veľmi jednoduché zapojenie, nemusíte ani vyrábať dosku plošných spojov. Ja som použil dosku z iného zapojenia, na ktorej som pílkou na železo prerušil medené „cestičky”, aby som mal medené ostrovčeky. Na tie som prispájkoval súčiastky a drôty s napájacím napätím a vodiče kábla na paralelný port. Pätica mikrokontroléra držala len na drôtoch (vo vzduchu) . Na stránke s návodom sa spomína, že kábel medzi konektorom na paralelný port a programátorom musí byť čo najkratší. V mojom prípade mal dĺžku asi 1m a ešte to fungovalo bez problémov. Musím ešte poznamenať, že na týchto schémach je konektor na paralelný port nakreslený zo strany kolíkov, nie zo strany spájkovania (ja som to najskôr zapojil naopak a nefungovalo to). Do obvodu som prispájkoval päticu a mikrokontrolér som zasunul, až keď bol programátor hotový. Ako zdroj sa dá použiť hocičo, čo sa strká do zásuvky a má 7 až 35 V, napríklad nabíjačka na mobil. (Nenechajte sa popliesť údajom na nabíjačke, že jej napätie je 4 V. V skutočnosti nabíjačky Nokia i Motorola majú asi 11 V. Údaj o napätí platí pri odbere 300 mA.)

Neskôr som rovnaký obvod zapojil na skúšobnej doske (tzv. kontaktné pole), to tiež dobre funguje, hoci na spomenutej stránke sa neodporúča dávať kryštál na skúšobnú dosku, pretože vraj nie je vhodná pre vysokofrekvenčné obvody. Fotka obvodu na skúšobnej doske .

Programátor je jednoduchý a dokonca niektoré súčiastky sa ešte dajú vynechať. Ja som skúsil vynechať kondenzátory C1, C2 a kryštál a všetko fungovalo (mikrokontrolér má pri výrobe nastavené použitie vnútorného RC oscilátora s frekvenciou 1 MHz. Ak chcete, aby procesor mal frekvenciu kryštálu, musíte naprogramovať tzv. prepojky, viď stránku http://www.captain.at/electronics/atmel-programmer/ ). No a ak máte stabilizovaný zdroj 5 V, môžete vynechať súčiastky IO2, C3, C4 a C5.

Skúšal som programovať aj ATmega162 a fungovalo to. Najprv som však musel trochu zmeniť zapojenie (napájanie pripojiť na vývody 20 a 40, kryštál na vývody 18 a 19 a svetelnú diódu na vývod 15 — viď tento katalógový list).

Programy

Na mojom Xubuntu 6.10 som si inštaloval tieto balíky príkazom apt-get install: gcc-avr, binutils-avr, avr-libc a uisp. Vytvoril som adresár, kde som uložil súbory avrledtest.c a Makefile. Sú to textové súbory a sú zo stránky http://www.linuxfocus.org/English/March2002/article231.shtml, ale trochu som ich zmenil. Funkcia delay_ms() obsahovala chybu, v skutočnosti bolo jedno, aké číslo dostala ako argument, vždy spôsobila rovnaké oneskorenie. No a vyhol som sa funkciám cbi() a sbi().
Súbor avrledtest.c:

#include <avr/io.h>

void delay_ms(unsigned short ms)
{
        unsigned short outer1, outer2, bla;
        outer1 = 20;
        while (outer1) {
               outer2 = 10;
               while (outer2) {
                        bla =0;
                        while (bla<ms) bla++;
                        outer2--;
                }
                outer1--;
        }
}

int main(void)
{

        DDRD = 32; // šiesty vývod portu D je výstup (PD5)
        while (1) {

                PORTD = 0;     // vypnutie LED — bity registra PORTD sa nastavia na 0 
                delay_ms(1000);

                PORTD = 32;      // zapnutie LED —  bit 5 registra PORTD sa nastaví na 1 
                delay_ms(1000);

        }
        return 0;
}

Súbor Makefile:

MCU=atmega16
CC=avr-gcc
OBJCOPY=avr-objcopy

CFLAGS=-g -mmcu=$(MCU) -Wall -Wstrict-prototypes -Os -mcall-prologues

all: avrledtest.hex
avrledtest.hex : avrledtest.out
        $(OBJCOPY) -R .eeprom -O ihex avrledtest.out avrledtest.hex
avrledtest.out : avrledtest.o
        $(CC) $(CFLAGS) -o avrledtest.out -Wl,-Map,avrledtest.map avrledtest.o
avrledtest.o : avrledtest.c
        $(CC) $(CFLAGS) -Os -c avrledtest.c -o avrledtest.o

load: avrledtest.hex
        uisp -dlpt=/dev/parport0 --erase  -dprog=dapa
        uisp -dlpt=/dev/parport0 --upload if=avrledtest.hex -dprog=dapa  -v=3 --hash=32

clean:
        rm -f *.o *.map *.out

Funkčnosť programátora vyskúšame príkazom uisp -dprog=dapa. Mali by sme dostať správu:

Atmel AVR ATmega16 is found.

Mne však najprv uisp vyhlásil, že /dev/parport0 neexistuje. Musel som zadať:

sudo mknod /dev/parport0 c 99 0
sudo chmod 666 /dev/parport0

Ak sa tieto príkazy vykonali úspešne a aj potom uisp vyhlasuje chybu, skontrolujte, či máte mikrokontrolér pripojený na napájacie napätie. Mne to v prípade ATmega162 fungovalo aj bez toho (asi mu stačilo napájanie z paralelného portu PC). Po rozbehaní uisp a paralelného portu si spustíme terminál, nastavíme sa do adresára, kde máme avrledtest.c a Makefile a zadáme

make

Ak nedostaneme žiadne varovania ani chybové hlásenia, objaví sa súbor avrledtest.hex, ktorý zapíšeme do flash pamäte príkazom

make load

Neskôr bude možno šikovnejšie zadávať len make load, lebo aj tento príkaz porovná čas poslednej zmeny súboru avrledtest.c a avrledtest.hex a spustí avr-gcc, ak treba. Pripomínam, že horeuvedený program avrledtest predpokladá, že ako zdroj hodinových impulzov používate vnútorný RC oscilátor s frekvenciou 1 MHz. Vtedy je perióda blikania LED asi 2 sekundy. V prípade, že budete chcieť naprogramovať napríklad komunikáciu USART, je lepšie použiť kryštálový oscilátor, ktorý vyžaduje, aby bol pripojený vonkajší kryštál. Tento oscilátor musíte umožniť naprogramovaním prepojky CKOPT (viď stránku http://www.captain.at/electronics/atmel-programmer/ ).

Bitové operácie v C

Na nastavenie bitov v registroch na žiadanú hodnotu používam v horeuvedenom programe iba operátor priradenia =, ale pri písaní programov pre mikroprocesory je takmer vždy potrebné používať aj operátor bitového logického súčtu (OR), súčinu (AND) a negácie (NOT). Operátor bitového súčtu je znak | a vykoná logický súčet bit po bite v dvoch číslach. Vo výsledku bude 1 na mieste, kde aspoň v jednom z čísel je 1 a nula len na mieste, kde je v obidvoch číslach 0. Napríklad

10001000₂ | 11100000₂  je rovné 11101000₂

(Dolný index 2 za číslom znamená, že číslo je v dvojkovej sústave.) Teda napríklad ak chceme v jazyku C nastaviť piaty bit premennej number na 1 a ostatným ponechať pôvodnú hodnotu, robí sa to takto:

number = number | 32 ;

Čo je to isté ako number |= 32;. Tak isto operátor logického súčinu — znak & vykoná logický súčin bit po bite. No a operátor bitovej negácie je ~. Napríklad ak chceme v programe nastaviť piaty bit v čísle number na 0 a ostatné ponechať na pôvodnej hodnote, napíšeme

number = number & (~32);

Keďže 32 sa rovná 100000₂, môžeme pre prehľadnejší zápis použiť operátor bitového posunu vľavo <<. Tento operátor posunie číslo vľavo o určený počet bitov. Napríklad 1<<5 sa rovná 32. Je to to isté ako vynásobenie čísla piatou mocninou dvojky.

Literatúra

• Dôkladný zdroj podrobností o ATmega16 je jeho katalógový list. Mne takmer stačil na vyriešenie mojej úlohy. Obsahuje ukážky kódu v asembleri i v jazyku C, použiteľné snáď pre všetky C prekladače.
• Celkom dobrá kniha o ATmega16 je „Práce s mikrokontroléry ATMEL AVR ATmega16”, autor David Matoušek. Ak si ju nechcete kúpiť, môžete si ju požičať z CVTI. Táto kniha je užitočná napriek tomu, že sa v nej píše o programovaní v asembleri, lebo podrobne opisuje mikrokontrolér, jeho AD prevodník, komunikáciu USART, prerušenia...
• V ponuke GM electronic som našiel knihu „Mikrokontroléry Atmel AVR — programování v jazyce C”, autor Vladimír Váňa. V tejto knihe sa píše o programovaní v prostredí Code Vision AVR.
• V knižnici CVTI je aj kniha „C pro mikrokontroléry”, autor Mann Burkhard. Píše sa v nej aj o AVR, ale nie v spojení s gcc-avr. Má kapitolu o sdcc (Small Device C Compiler), ktorá obsahuje viacero príkladov programov pre tento prekladač.
• priaznivci P2P programov si môžu nejakú dobrú knihu stiahnuť vo formáte djvu. Stačí vyhľadávať niečo ako
  "Atmel AVR" djvu
  v každej z tých hrubších kníh bude pravdepodobne aj kapitola o gcc-avr.
• Dobrý zdroj inšpirácie je server www.hw.cz. Je tam aj článok o programe uisp .
• Na záver tejto časti uvádzam linky na dve stránky, z ktorých som vychádzal:
  http://www.captain.at/electronics/atmel-programmer/ — návod na programovanie ATmega16 pomocou uisp a gcc-avr. Na stránke www.captain.at nájdete aj návod na rozbehanie komunikácie s počítačom (RS-232).
  http://www.linuxfocus.org/English/March2002/article231.shtml — návod na programovanie AT90S4433 pomocou uisp a gcc-avr