Книга по работе с WinAVR и AVR Studio / AVR_08-2010

Книга по работе

Роман Абраш

с WinAVR и AVR Studio

г. Новочеркасск

E-mail: arv@radioliga.com

возникновения этих ситуаций, ни методы борьбы с ними – все про-

Продолжение. Начало в №1-7/2010

исходит необъяснимо случайно, но, к счастью, крайне редко.

Для каждого аппаратного отладчика-эмулятора имеются свои

ПРОБЛЕМЫ И ОГРАНИЧЕНИЯ

отдельные ограничения и «нюансы» – они перечислены в соответ-

Наибольшее количество проблем и ограничений имеет встро-

ствующей документации.

енный в AVR Studio эмулятор. Все они описаны в соответствую-

щих сопроводительных файлах, но на английском языке, поэтому

Дополнительные средства

здесь приведены описания наиболее важных моментов.

Существует ряд бесплатных утилит, значительно облегчающих

1. Полностью или частично не эмулируются встроенные во все

процесс написания и отладки программ для микроконтроллеров AVR.

типы микроконтроллеров периферийные аналоговые устройства,

Практически все они сделаны энтузиастами, хотя имеются и фир-

а так же TWI и USI.

менные.

2. Полностью отсутствует поддержка эмуляции «теневых» ре-

гистров у всех микроконтроллеров. Это проявляется, в частности,

Поддержка LCD-индикаторов

в том, что в режимах Fast-PWM и Phase-correct PWM значение

Фирма Atmel бесплатно предоставляет утилиту для «визуали-

регистра OCR не обновляется при достижении счетчиком TCNT

зации» работы с LCD дисплея-

верхнего значения.

ми микроконтроллеров со

3. Не поддерживается эмуляция регистра ASSR, т.е. невоз-

встроенными драйверами

можна корректная отладка программ, использующих асинхронные

ЖКИ. Это средство позволяет

режимы таймера.

разработать собственный «вир-

4. Не для всех типов микроконтроллеров поддерживаются кор-

туальный» индикатор, «под-

ректно обращения к 16-битным регистрам (в частности, не эмули-

ключить» его к микроконтрол-

руется «защелкивание» значения после чтения младшего байта).

леру (точнее, непосредственно

5. Некоторые биты в регистрах, которые должны сбрасывать-

к его драйверу) и проводить от-

ся в ноль при записи 1, могут сбрасываться и при записи 0.

ладку, наблюдая за тем, как ра-

6. Эмулятор выводит сообщение всякий раз, когда осуществ-

ботает индикатор:

ляется попытка выполнить инструкцию, не поддерживаемую выб-

Данное средство ориентировано на имитацию работы комплекта

ранным микроконтроллером, что делает отладку практически не-

разработчика AVR Butterfly, однако может использоваться и без него.

возможной. Отключить это невозможно, кроме как исправить про-

Чаще требуется применить графический ЖКИ с встроенным

грамму пользователя.

контроллером, которых в настоящее время выпускается большое

7. В окне Watch значения массивов обновляются не всегда.

количество. И основная проблема, с которой сталкивается програм-

Чтобы обновить значения массива, наблюдаемого в этом окне,

мист в этом случае – это отсутствие готовых шрифтов для вывода

необходимо выполнить «сворачивание» и последующее его «раз-

на такие индикаторы текстовой информации. Решение в этом слу-

ворачивание».

чае может заключаться в использовании генератора шрифтов LCD

8. Некоторые типы переменных не отображаются корректно

Font Generator:

(например, long long).

9. Не реализовано разделение секций кода для эмуляции ре-

жимов записи в память программ.

10. Поддерживается только один режим «сна» – Idle mode.

11. WDT поддерживается не для всех моделей микроконтрол-

леров. Для некоторых моделей корректные интервалы WDT реа-

лизовываются только для тактовой частоты 1 МГц. В некоторых

случаях при истечении интервала WDT программа не останавли-

вается на точке останова по вектору сброса.

12. Эмулятор допускает запись в регистры PINx, причем запи-

санное значение сохраняется там.

13. Эмулятор некорректно обеспечивает работу с портами вво-

да-вывода, в которых физически недоступна часть битов – все 8

битов могут использоваться в программе.

14. Регистр UDR модуля USART (UART) не может быть моди-

Эта утилита позволит легко создать оригинальный шрифт в

фицирован никаким способом «извне» – ни вручную пользовате-

виде массива констант, который затем уже можно использовать

лем, ни при помощи стимуляции портов.

для вывода на ЖКИ. Программа ориентирована на другой компи-

15. Корректная работа с парой «совмещенных» регистров

лятор Си – Code Vision CVAVR, однако получаемый код элементар-

USRC и UBRRH возможна только в том случае, если запись в

но адаптируется и для WinAVR GCC.

UBRRH осуществляется только после записи в UBRC.

Программа создана программистом одной из арабских стран,

16. Для всех микроконтроллеров не реализована эмуляция «уд-

поэтому в некоторых случаях пытается выводить текст арабской

военной» скорости SPI.

вязью, но, тем не менее, интерфейс очень прост и удобен.

17. Не реализовано отключение периферии при помощи реги-

стра PRR – и «отключенная» периферия продолжает эмулировать-

Генератор файлов симуляции внешних сигналов

ся нормально.

Утилита создания файлов стимуляции портов Stimuli

Все эти «нюансы» необходимо учитывать при отладке. Мно-

Generator позволяет свести сложность создания этих файлов к

гие из них присущи только определенным типам микроконтролле-

минимуму. Она представляет собой графический редактор им-

ров – уточнить это можно, лишь обратившись к справочному фай-

пульсных последовательностей. Интерфейс программы прост

лу.

и нагляден (см. рисунок на следующей странице):

Кроме этих, имеется ряд «глюков» самой AVR Studio – напри-

Достаточно лишь задать в мегагерцах частоту микроконт-

мер, иной раз эта среда неожиданно выгружается без каких-либо

роллера в поле MCU speed, установить шаг графика Display

сообщений. Повторный запуск позволяет продолжить работу, как

step и указать единицы измерения времени – микросекунды

ни в чем не бывало. К сожалению, автору неизвестны ни условия

(us) или миллисекунды (ms). После этого можно «рисовать»

5 6

Радиолюбитель – 08/2010

мышкой произвольные импульсы. Скроллер Zoom позволит уве-

личить или уменьшить видимую область сигнала (т.е. он меня-

ет масштаб по оси времени).

После того, как сигналы нарисованы – надо сохранить их в

файле, выполнив команду меню «File» Save или Save As (со-

хранить или сохранить с новым именем). Если необходимо –

можно загрузить ранее созданный файл стимуляции командой

· calculator – вспомогательные вычисления

Load и внести в него изменения.

· delay/loop – заготовки функций программных задержек в виде

циклов

Мастер создания заготовок программ

· fuses – вспомогательные функции для правильного выбора

Очень мощное средство, позволяющее автоматически сге-

fuse-битов

нерировать «скелет» программы в виде исходного текста на Си

· HD44780U – заготовки функций поддержки ЖКИ на основе

(и не только) – утилита AvrWiz.

контроллера HD44780U

Интерфейс программы достаточно сложный, после первого

· help – справочные сведения

запуска окно имеет следующий вид:

· i2c – заготовки функций поддержки интерфейса I2C

· spi – заготовки функций работы с интерфейсом SPI

· test – выполнение тестовой компиляции проекта-заготовки

· twi – заготовки функций для работы с аппаратным модулем TWI

Создание всех заготовок настраивается на соответствующих зак-

ладках, например, вот как выглядит закладка настройки таймеров:

Работа с утилитой заключается в том, что установкой тех

или иных «галочек» активируется создание различных «заго-

товок» соответствующих функций и модулей программы. По-

мимо заготовки программы, утилита способна создать make-

файл, выполнить тестовую компиляцию созданной «заготовки»

и кое-что еще.

В верхней части окна программы имеются закладки, соот-

Вверху задается тип микроконтроллера, тактовая частота в ме-

ветствующие разным возможностям. На закладке CPU зада-

гагерцах и указывается язык, на котором необходимо создавать

ются основные режимы работы, приводятся ссылки на сайт про-

исходный текст (нас интересует Си – GCC). В настоящее время под-

екта и другая дополнительная информация.

держивается еще и ассемблер.

На закладке Generate указываются модули и функции, ко-

Ниже опциями указывается, необходима ли обработка преры-

торые программа должна создать автоматически (см. рисунок

ваний (interrupt), надо ли создавать комментарии с подробным опи-

в следующей колонке):

санием кода (help). Затем выбирается номер таймера из числа до-

Отметив опцию create AVR Studio project и нажав кнопку save,

ступных в выбранном микроконтроллере. Заключает все настрой-

мы получаем уже подготовленный к загрузке в AVR Studio проект

ка самого режима работы таймера: можно либо ввести значение

со всеми необходимыми файлами модулей, соответствующих от-

периода его переполнения (time) в машинных тактах (ticks) или ин-

меченным ниже возможностям:

тервалах времени, при этом прочие значения устанавливаются ав-

· 00_main – заготовка функции main()

томатически; либо указать конкретное значение предделителя

· 01_timer – заготовки функций настройки и обработки таймеров

(prescaler) и значение счетчика TCNT – тогда автоматически будет

· 02_uart – заготовки функций для настройки и работы с моду-

вычислено время его переполнения.

лем UART

В большом окне слева показан код, который будет соответ-

· 03_eeprom – заготовки функций для работы с EEPROM

ствовать заданным настройкам – его можно скопировать и затем

· 04_multitasking – заготовки функций поддержки «многозадач-

вставить в свою программу, а можно воспользоваться автогенера-

ности»

цией проекта, как было сказано ранее.

· 1wire – заготовки функций для работы с интерфейсом 1-Wire

Аналогично можно настроить и создать все прочие функции.

5 7

Радиолюбитель – 08/2010

ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

Это окно по традиции содержит30 несколько закладок-стра-

Итак, схема разработана и собрана, программа – написа-

ниц, а на каждой из них ряд опций и органов управления и на-

на и отлажена, и остается лишь вдохнуть жизнь в собранное

стройки режимов работы программатора.

устройство, т.е. записать в память микроконтроллера резуль-

тат компиляции проекта. Этой цели служат специальные про-

Параметры программирования – Main

грамматоры, т.е. устройства (и поддерживающие их програм-

На закладке Main (основные) позволяет указать тип мик-

мы), способные выполнить запись файла в микроконтроллер.

роконтроллера, который планируется программировать – вер-

В комплексе с AVR Studio наиболее удобно пользоваться

хний список в группе Device and Signature Bytes (устрой-

средствами, предлагаемыми фирмой Atmel или другими, со-

ство и сигнатурные байты). Кнопка Erase Device выполняет

вместимыми с ними, т.к. они интегрируются в среду. Однако,

полное стирание всей памяти микроконтроллера, а кнопка

часто не менее удобно, а порой и значительно удобнее исполь-

Read Signature позволяет считать сигнатуру реально подклю-

зовать программаторы и программы сторонних разработчи-

ченного к программатору микроконтроллера и сравнить ее с

ков, которых великое множество, причем многие из них совер-

правильной для выбранного типа. Если сигнатуры не совпа-

шенно бесплатны. Плюсом этого варианта следует признать

дают – все функции программирования блокируются.

возможность самостоятельной сборки схемы программатора,

Группа Programming Mode and Target Settings (режим

в то время как фирменные средства придется покупать.

программирования и настройки) позволяет указать режим

программирования: ISP mode (последовательное внутрисхем-

Использование встроенных средств AVR Studio

ное программирование) или PP/HVSP mode (параллельное

AVR Studio поддерживает следующие типы средств, спо-

или высоковольтное последовательное программирование).

собных осуществлять программирование микроконтроллеров:

Разумеется, соответствующий режим должен поддерживаться

STK500, AVRISP, AVR Dragon и некоторые другие. Для всех

программатором. Кнопка Settings позволяет настроить ско-

этих средств используется единый интерфейс.

рость (точнее – частоту) обмена информацией с микроконт-

Подключение соответствующего программатора осуществ-

роллером при последовательном внутрисхемном программи-

ляется командой меню «Tools» Program AVR – Connect или

ровании. Нажатие этой кнопки открывает следующее окно:

Program AVR – Autoconnect. Первая команда позволяет ука-

В

зать вручную порт, к которому подключен программатор, а вто-

этом окне

рая автоматически перебирает все подходящие порты, осуще-

из

един-

ствляя поиск подходящего устройства. Если автоматический

ственного

поиск неудачен – открывается окно ручного подключения (то

открыва-

же самое, как и для первой команды):

ющегося

В

ле-

с п и с к а

вом списке

с л е д у е т

P l a t f o r m

в ы б р а т ь

перечисле-

наиболее

ны все под-

подходящую частоту обмена. Выбирать ее следует исходя из

держивае-

того, какой частотой тактируется прошиваемый микроконт-

мые

про-

роллер – частота для ISP-программирования должна быть ми-

граммато-

нимум в 4 раза меньше тактовой частоты контроллера, не-

ры, а в пра-

соблюдение этого правила может привести к невозможности

вом – все

программирования. Кнопка Read позволяет считать значение

порты, ко-

текущей частоты работы программатора, кнопка Write про-

торые поддерживаются выбранным программатором. Auto – оз-

изводит запись в программатор нового значения частоты.

начает автопоиск порта. Выбрав платформу и порт, следует на-

жать кнопку Connect - произойдет подключение программато-

Функции программирования – Program

ра. Чтобы поиск и подключение были успешными, следует за-

Закладка Program имеет следующий вид:

ранее подать питание на программатор (если это предусмотре-

З д е с ь

но). Если подключение успешно, то откроется окно программи-

предостав-

р о в а н и я

лены все

микроконт-

доступные

р о л л е р а

ф у н к ц и и

( о т к р ы т ь

п р о г р а м -

это

окно

м и р о в а -

для

озна-

ния,

рас-

комления

с м о т р и м

без

воз-

их сверху

можности

вниз по по-

реальной

рядку.

работы с

Группа

п р о г р а м -

Device со-

матором,

д е р ж и т

т.е.

без

к н о п к у

подключе-

п о л н о г о

ния

его,

с т и р а н и я

м о ж н о

микроконт-

к н о п к о й

р о л л е р а

Disconnected

E r a s e

Mode – от-

Device,

а

ключенный

так

же

2

режим):

опции, определяющие поведение программатора при выпол-

нении остальных функций:

30 Приведено окно для STK500 и совместимых с ним программаторов в «отключен-

· Erase device before flash programming – стирать кон-

ном» режиме, для других типов программаторов содержимое некоторых закладок может

троллер перед записью программы

отличаться.

5 8

Радиолюбитель – 08/2010

· Verify device after programming – проверять запись пос-

Установка защиты – LockBits

ле программирования

На дан-

Назначение этих опций очевидно.

ной заклад-

Далее имеются две очень похожих группы Flash и EEPROM,

ке задают-

содержащих средства программирования соответственно па-

ся биты за-

мяти программ и данных микроконтроллера. Каждая из групп

щиты па-

содержит одинаковые опции выбора источника данных:

мяти от не-

· Use Current Simulator/Emulator Memory – использовать

санкциони-

текущее содержимое памяти эмулятора или симулятора

рованного

· Input HEX File – входной HEX-файл

с ч и т ы в а -

Первая опция используется в случае использования аппа-

ния. Описа-

ратного средства отладки, которое может выполнять функции

ние

вари-

программатора, вторая – во всех остальных случаях.

антов при-

Три кнопки Program (программирование), Verify (проверка)

водятся

в

и Read (считывание) выполняют соответствующие функции.

документа-

Считывание используется для записи в указанный файл содер-

ции к мик-

жимого из соответствующей области памяти.

роконтрол-

Последняя группа содержит средства работы с файлами в

леру. Един-

формате «elf». В отличие от формата HEX, файл этого форма-

ственное, о

та может содержать одновременно данные для памяти программ

чем следу-

и для данных, а так же битов защиты и конфигурации (см. да-

ет помнить,

лее), поэтому программирование обеих областей осуществля-

это то, что

ется сразу.

установка

В самой нижней области в текстовом формате выводятся

и считыва-

сообщения о ходе выполнения соответствующих функций.

ние значений битов защиты возможна всегда, а снятие – только

при полном стирании микроконтроллера.

Установка fuse-битов – Fuses

На этой

Дополнительные опции – Advanced

з а к л а д ке

На дан-

осуществ-

ной

зак-

ляется кон-

ладке при-

фигуриро-

сутствуют

в а н и е

д о п ол н и -

в с т р о е н -

т е л ь н ы е

ных аппа-

опции про-

р а т н ы х

граммиро-

с р е д с т в

вания.

В

микроконт-

частности,

р о л л е р а

можно счи-

при помо-

тать значе-

щи так на-

ния калиб-

зываемых

ровочных

fuse-битов.

б а й т о в

В боль-

в с т р о е н -

шом верх-

ных RC-ге-

нем

окне

нераторов

п е р е ч и с -

и записать

лен список

их затем в

всех

дос-

с о о т в е т -

тупных для

ствующую

текущего режима программирования и выбранного микроконт-

ячейку па-

роллера битов, а в нижнем представление этих же битов в виде,

мяти программ или данных.

пригодном для записи в контроллер.

Для чтения калибровочного байта следует выбрать соот-

Далее следуют три опции:

ветствующий генератор из списка Calibrate for frequency и

· Auto read – автосчитывание значений fuse-битов. Если ак-

нажать кнопку Read – в окне Value будет показано считан-

тивировано, то при переходе на эту закладку состояния fuse-

ное значение. Если указать в окне Address адрес ячейки па-

битов будут считаны из контроллера и показаны в окне.

мяти в памяти программ (активна опция Flash) или EEPROM

· Smart warning – «умные» предупреждения. Если активи-

(активна опция Eeprom), то после нажатия кнопки Write это

ровано, то в случае задания опасных или несовместимых с дру-

значение будет записано в соответствующую ячейку.

гими значений fuse-битов, будут выведено соответствующее

предупреждение.

Параметры аппаратуры программатора – HW Settings

· Verify after programming – проверять после записи.

(см. рисунок на следующей странице):

К установке fuse-битов следует подходить с особой тща-

На этой закладке присутствуют органы настройки напря-

тельностью, т.к. для режима последовательного внутрисхемно-

жений, используемых программатором для различных ре-

го программирования существуют такие комбинации, програм-

жимов работы, а так же других параметров. Доступность этих

мирование которых сделает невозможной любое последующее

регуляторов зависит от модели программатора.

обращение к микроконтроллеру из программатора. В техничес-

В группе Voltages имеется 3 регулятора напряжения:

кой документации на каждый микроконтроллер fuse-биты под-

· VTarget – напряжение питания схемы с микроконтролле-

робно описаны, в рамках этой книги они не рассматриваются.

ром

Важно помнить, что в данном случае отмеченные галочкой

· ARef – опорное напряжение для аналоговых цепей, фор-

fuse-биты соответствуют запрограммированным (т.е. активи-

мируемое аппаратурой (для программаторов совмещенных

рованным).

с отладчиком-эмулятором)

5 9

Радиолюбитель – 08/2010

· AREF1 –

Использование средств сторонних

д о п ол н и -

разработчиков

т е л ь н о е

Помимо встроенных в AVR Studio средств программиро-

о п о р н о е

вания, ориентированных на применение достаточно дорого-

н а п р я же -

го фирменного аппаратного обеспечения, существует боль-

ние (см. до-

шое количество бесплатных любительских средств, зачас-

к у м е н т а -

тую не менее функциональных. К сожалению, они не интег-

цию к аппа-

рируются в среду AVR Studio, а выполнены в виде отдель-

р а т н о м у

ных программ. Аппаратное обеспечение для них обычно

средству).

крайне простое, в некоторых случаях состоит всего из 4-6

Кнопка

деталей, но оказывается достаточным для многих случаев.

Read

по-

з в о л я е т

PonyProg

считать те-

Наиболее известна программа PonyProg итальянского

кущие зна-

автора Клаудио Ланконелли. Программа использует неслож-

чения

на-

ные адаптеры, подключаемые к COM или LPT портам ком-

пряжений

пьютера, и умеет работать практически со всеми микрокон-

из програм-

троллерами AVR, а так же с большим количеством других

матора/от-

микроконтроллеров и программируемых микросхем. Имеется

ладчика, а

версия программы с русифицированным интерфейсом, что

к н о п к а

является несомненным ее достоинством.

Write

осу-

PonyProg осуществляет только внутрисхемное последова-

ществляет

тельное программирование микроконтроллеров, режимы высо-

запись новых значений.

ковольтного и параллельного программирования не поддержи-

Регулятор Clock Generator позволяет изменить тактовую час-

ваются.

тоту контроллера программатора или отладчика.

В настоящее время существует довольно большое количе-

Наконец, кнопка Upgrade в группе Firmware Upgrade позволя-

ство недорогих «клонов» фирменных программаторов типа

ет обновить прошивку программатора/отладчика.

STK500, прибрести которые можно во многих интернет-магази-

′

нах. Однако, больший интерес для любителя может представ-

Сведения о версии – HW Info

лять клон, который можно изготовить самостоятельно – это,

На этой закладке (рисунок не приводится) присутствуют

например, AvrUsb500, разработанный автором Petka (это ин-

две строки со сведениями о версии программного и аппарат-

тернет-ник). Об этом программаторе можно более подробно

ного обеспечения используемого программатора/отладчика.

узнать в интернете по адресу:

Эти данные используются, если возникает необходимость в

http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=68372.

проверке наличия обновлений соответствующих средств.

Этот клон фирменного комплекта разработчика STK500

является полностью совместимым с AVR Studio, которая опоз-

Автоматизация работы – Auto

нает его как родной STK500. Следует только не забывать, что

На дан-

режимы «высоковольтного» и параллельного программирова-

ной

зак-

ния этот клон (да и большинство других) не поддерживает.

л а д к е

По ключевым словам «клон STK500» можно найти в интер-

можно за-

нете и другие варианты подобных программаторов, доступных

дать

пос-

для самостоятельной сборки.

л е д о в а -

тельность

действий,

выполняе-

мых авто-

м а т и ч е с -

ки, что мо-

жет

быть

п о л е з н о

при

про-

граммиро-

вании се-

рии микро-

к о н т р о л -

леров. Для

этого все-

го

лишь

необходи-

мо отметить в списке те действия, которые необходимо вы-

полнять, после чего нажать кнопку Start – отмеченные за-

дачи будут выполнены последовательно сверху вниз. Если

на каком-то этапе произойдет ошибка – дальнейшие дей-

ствия не будут осуществлены.

Опция Log to file (вести протокол работы в файле) ис-

пользуется, если необходимо формировать текстовый файл,

содержащий сведения о ходе каждой операции. Если каж-

дый раз файл следует перезаписывать, нужно активировать

опцию Overwrite, а если следует дописывать к уже имею-

щемуся файлу – Append. Выбрать месторасположение и имя

Продолжение в №9/2010

файла можно, нажав кнопку Browse.

6 0

Радиолюбитель – 08/2010