Учебный курс. Iar avr. Первая программа на Си

   По сложившейся до меня традиции программирование микроконтроллеров начинается с программы управляющей светодиодом. И я в свое время наморгался светодиодами на старом добром AVRовском ките STK200. Это было несколько лет назад, и я до сих пор помню восторг от первых работающих программ, пускай и примитивно простых. Я начинал изучение микроконтроллеров с ассемблера и только спустя пару-тройку лет постепенно перешел на Си. К этому времени я уже хорошо знал всю периферию AVR микроконтроллеров, поэтому  больших затруднений этот переход не вызвал.

    На интернет форумах время от времени возникают религиозные войны ассемблерных и сишных программистов. По правде говоря, я и сам принимаю в них участие, но не для того чтобы отстоять какую-либо точку зрения, а просто шутки ради. Лично я считаю, что ассемблер полезно знать, но программировать нужно на Си. Знание ассемблера позволят лучше понимать работу микроконтроллера, писать более компактный код на Си. В некоторых случаях к ассемблеру нужно прибегать для написания критичных по времени исполнения или по объему кода кусков программы. Писать же полностью программу на ассемблере… увольте, это слишком утомительно.

   Тема у нас сегодня - написание первой программы на Си для AVR микроконтроллера. И для начала нам нужно определиться с компилятором. На данный момент существует довольно много Си компиляторов для AVR микроконтроллеров. Наиболее популярные из них: CodeVision, WINAVR, ICC ImageCraft, IAR AVR. Какой из них использовать – личное дело каждого. Я немного пользовался всеми, но в конце концов отдал предпочтение IAR AVR. Это платный компилятор, он не так прост в освоении как ICC или CodeVision, для него нет такого количества библиотек как для WINAVR и по нему мало информации на русском языке. Ммм.. сплошные недостатки. За что же я его тогда так люблю? За его мощь. Мало какой из компиляторов может сравниться с IARом по качеству компиляции сишного кода. И это неудивительно, ведь система команд и внутреннее устройство микроконтроллеров AVR разрабатывались совместно с фирмой IAR Systems. Если вы разделяется мой энтузиазм по поводу этого компилятора или просто решили довериться моему мнению, то эта и последующие статьи по программированию на Си для AVR микроконтроллеров в среде IAR AVR для вас.

   Итак, первое что вы должны сделать – найти и установить на свой компьютер  компилятор IAR AVR. Есть несколько путей решения этой проблемы. Можно скачать программу с официального сайта IAR Systems - iar.com. В разделе Download есть две версии - 30-day evaluation edition и Kickstart edition. Первый вариант – полнофункциональная 30-ти дневная версия без ограничений по коду, второй – полнофункциональная версия без ограничения по времени, но с ограничением по коду 4к. Можно найти программу на просторах сети – поискать на торрентах, на форумах по электронике. Я использую полнофункциональную программу без ограничений версии 5.11. До сих пор никаких нареканий эта версия у меня не вызывала.     Надеюсь, программу вы поставили. Дальше я опишу последовательность действий для создания первого проекта в IARе. Возможно, чересчур подробное описание вызовет у некоторых читателей изрядную степень раздражения. Спокойно, без пены. Люди разные. Кому-то просто необходимо разжевать материал.     Итак, запускаем программу. Откроется диалоговое окно Embedded Workbench Startup. Выбираем пункт Create new project in current workspace (создать новый проект в текущем рабочем пространстве). Откроется окно Create New Project. IAR предложит вам выбрать тип шаблона проекта (Project templates). Выбираем C > main.     В стандартном Save As диалоге указываем название проекта (led1) и папку, в которой хотим его сохранить.  Сохраняем  workspace - File > Save Workspace     Проект создан.      Приглядимся к IARу.  Верхняя строка – почти стандартный menu bar. Ниже - tool bar с кнопками. С левой стороны -  рабочее пространство (workspace), в котором отображается структура нашего проекта. С правой стороны находится редактор кода. Сейчас там открыт файл main.c, но в нем ничего нет, кроме функции main().     IAR позволяет объединять несколько проектов в одном workspace. Это очень удобно для быстрой навигации между проектами. Каждый workspace может содержать один или несколько проектов, а каждый проект должен быть частью, по крайней мере, одного workspace.     Каждый проект имеет так называемые build configuration. По умолчанию их две – Debug и Release. Эти конфигурации отличаются настройками проекта. В простейшем случае это опции оптимизации, формат выходного файла. Это позволяет быстро менять настройки, не залезая в меню Project > Options… При желании можно создать свои build configurations, но сейчас нам это не понадобится. Подробнее об организации проектов в IARе.

Зададим настройки проекта для конфигурации Release.   Кликаем на название проекта и в строке меню выбираем Project > Options… Откроется диалоговое окно с множеством настроек.  Выбираем тип микроконтроллера. General Options > Target > Processor configuration У меня это ATmega8535.   Меняем тип выходного файла. Linker > Output.  B поле Output file cтавим галочку Override default и заменяем расширение d90 на hex В поле Format выбираем Other и в выпадающем меню Output format выбираем тип файла intel-standart Жмем ОК.    Теперь дело за программой. Сформулируем нашу задачу: заставить микроконтроллер моргать светодиодом с частотой видимой человеческому глазу.  Схема для нашего примера. Алгоритм программы следующий:  1.    конфигурируем порт, к которому подключен светодиод, в режим выхода 2.    выставляем в порту ноль – то есть, зажигаем светодиод 3.    ждем  4.    выставляем в порту единицу – то есть, гасим светодиод 5.    ждем 6.    возвращаемся на шаг номер 2    Самая простая для понимания вещь в любых языках программирования – это комментарии. Назначение комментариев – помогать разбираться в программе. Ну то есть пояснять трудные участки кода, назначение функций и тому подобное. Иногда бывает, откроешь свою старую программу и не можешь вспомнить, как она работает. А все почему? Да потому что впопыхах не написал комментариев к ней.

_____________________синтаксис комментариев_______________________

// однострочный комментарий /* длинный  многострочный комментарий */

_________________________________________________________________

   Комментарии игнорируются компилятором и не включаются в текст конечной программы. Часто символы комментариев используются, когда нужно исключить часть кода из программы, не удаляя его при этом.  Пусть первой строчкой нашей программы будет комментарий. //первая прога на Си для  AVR     В нашей программе мы будем использовать имена регистров микроконтроллера и для того чтобы компилятор их понимал, мы должны подключить к нашей программе заголовочный файл (хедер файл или просто хедер), который содержит описание адресов регистров, адресов векторов прерываний, имен битов регистров  микроконтроллера ATMega8535. Это делается с помощью директивы препроцессора #include  Препроцессор это специальная часть компилятора, обрабатывающая текст программы перед началом процесса компиляции кода. Все директивы препроцессора начинаются с символа #.

_______________синтаксис директивы include__________________

#include <имя_файла.h> #include “имя_файла.h”    Угловые скобки указывают компилятору, что подключаемые файлы нужно сначала искать в стандартной папке IARа с именем INC. Двойные кавычки “ и “ указывают компилятору начинать поиск с директории, в которой хранится проект.

________________________________________________________

   Для каждого типа микроконтроллера есть свой заголовочный файл. Для ATMega8535 этот файл называется iom8535.h, для ATMega16 – iom16.h. По идее мы должны в начале каждой программы подключать заголовочный файл того микроконтроллера, который мы используем.  Умные люди немного облегчили нам жизнь и написали заголовочный файл ioavr.h. Препроцессор обрабатывает этот файл и в зависимости от настроек проекта включает в нашу программу нужный заголовочный файл.  Итак, следущая строчка программы  #include <ioavr.h>     В нашей программе мы будем использовать задержку. Задержку можно реализовать программно и аппаратно. Сейчас нас интересует программная задержка. IAR содержит библиотеку, в которой уже есть готовая функция задержки. Нам нужно подключить к нашей программе эту библиотеку. Как это сделать? Каждая библиотека имеет свой заголовочный файл в котором описано какие фукции она содержит. Этот файл мы и должны включить в программу. Делается это, как вы догадались с помощью директивы #include. #include <intrinsics.h>         Основу любой сишной программы составляют функции, и любая  программа на Си имеет хотя бы одну функцию – main().Вообще-то на примере main() не хотелось бы объяснять синтаксис функций, потому что main() хоть и является функцией, но вызывается не как обычно, а автоматически. Сэтой функции микроконтроллер начинает выполнение написанной нами программы. Вызовы всех других функций, наших или библиотечных, должны быть записаны в коде. Как вызывается функция, мы увидим дальше. У функции есть заголовок – int main(void) и тело – оно ограниченно фигурными скобками {}. В тело функции  мы и будем добавлять наш код.

______________________пояснения к функции main() _______________________

   Перед именем функции указывается тип возвращаемого значения. Если функция не возвращает значение – используется ключевое void. int – это целое 2-ух байтное число, диапазон значений от – 32768 до 32767    После имени функции в скобках () указываются параметры, которые передаются функции при ее вызове. Если функция без параметров – используется ключевое слово void    Для того чтобы завершить выполнение функции используется ключевое слово return. Если функция возвращает значение, то  оно пишется после слова return.

_____________________________________________________________________

   Сейчас нам нужно настроить порт С на выход. Режим работы порта определяется содержимым регистра DDRC. Ничего кроме светодиода на данный момент к порту C не подключенно, поэтому можно весь порт конфигурировать на выход. Это делается записью в регистр DDRC числа 255 (0b11111111 – в двоичном виде. В языке Си нет поддержки двоичных чисел, но это можно обойти с помощью макроопределений. Об этом мы поговорим позже)    Дополнительную информацию по портам ввода-вывода микроконтроллеров AVR вы можете почерпнуть здесь.   Добавляем после фигурной скобки DDRC = 255;     В языке Си знак равно = это оператор присваивания. Обратите внимание на точку с запятой, этим символом должно оканчиваться любое выражение на Си. Теперь нам нужно выставить в порту ноль, то есть зажечь светодиод. PORTC = 0;   Дошли до задержки. Как я говорил, мы будем использовать готовую библиотечную функцию. Она называется __delay_cycles(unsigned long int). Она ничего не возвращает и содержит один параметр – сколько тактов микроконтроллера должна длиться задержка. Значение этого параметра мы должны передать функции при ее вызове. Здесь мы сталкиваемся с новым типом данных.

_____________________________________________________________________

unsigned long int – это беззнаковое длинное целое число, его размер 4 байта, а диапазон  значений от 0 до 2³² –1   (4294967295 – вот такое вот здоровенное число)

_____________________________________________________________________

   Мы хотим, чтобы светодиод моргал с частотой видимой нашему глазу. Это единицы, десятки герц. Допустим, мы выбрали 1 Гц. Мой микроконтроллер работает на частоте 8 МГц, длительность одного такта =1/8000000 Гц = 125 нс. Сигнал частотой 1 Гц имеет период повторения 1 c. Светодиод будет гореть только половину периода - 0,5с. Делим 0,5 с на 125 нс и получаем искомое число тактов – 4000000. Это число укладывается в диапазон типа unsigned long int.  Следующая строчка нашей программы – вызов функции: __delay_cycles(4000000); Далее – гасим светодиод и снова вызываем функцию задержки: PORTC = 255; __delay_cycles(4000000); 5 шаг алгоритма – вернуться на шаг 2. По сути дела нам нужно повторить кусок программы, зациклить его. Для этих целей в Си существуют три типа циклов: for, while и do. Мы используем while.

__________________синтаксис цикла while_____________________________

while(condition){              statement1;      statement2;      statement3; } while – имеет условие выполнения (condition), оно записано в скобках () и тело цикла, оно заключено между фигурными скобками {}. В качестве условия цикла может выступать переменная, константа, выражение или функция,  возвращающая значение. Перед каждым выполнением цикла происходит проверка условия, если условие истинно, цикл выполняется, если условие ложно, цикл не выполняется. Любое ненулевое значение в скобках оператор воспримет как истину, и цикл будет выполняться.              while(1){    //этот цикл будет выполняться бесконечно      statement1;      statement2;      statement3; }

____________________________________________________________________

Нам нужен бесконечный цикл. Помещаем наши строчки          PORTC = 0;     __delay_cycles(4000000);     PORTC = 255;       __delay_cycles(4000000); внутрь бесконечного цикла, и вот что в итоге должно получиться: //первая прога на Си для  AVR #include <ioavr.h> #include <intrinsics.h> int main(void) {   DDRC = 255;   while(1){     PORTC = 0;     __delay_cycles(4000000);     PORTC = 255;       __delay_cycles(4000000);   }   return 0; } {/code}    Если у вас другой результат – пройдитесь снова по тексту. Может, я что-то полохо объяснил, может, вы что-то плохо поняли.           Кликаем Make на  панели с кнопками (можно нажать F7). Если все сделано правильно, IAR откомпилирует и соберет проект, а внизу откроется окно Messages, в котором будет написано: ….. Total number of errors: 0 Total number of warnings: 1    Все прошло без ошибок, но компилер выдал warning - statement is unreachable. Ничего страшного – он просто сообщает нам, что функция main() никогда не возвратит значение. Просто у нас в программе бесконечный цикл и микроконтроллер при работе никогда не дойдет до строчки return 0.    Ищем папку проекта на жестком диске. Там, в директории Release лежит файл прошивки led.hex. Грузим в микроконтроллер... Светодиод заморгал? Отлично. А теперь легко проверить правильно ли работает наша программа. Берем механические часы и смотрим, моргает ли светодиод в такт с секундной стрелкой. У меня моргает, а у вас?