User
В прошлый раз мы поговорили о том, как обрабатывать информацию, поступающую из внешнего мира. Теперь настало время подумать, как эту информацию получать. В этой статье мы рассмотрим простейшие аналого-цифровые преобразователи (а заодно и цифро-аналоговые), которые можно соорудить на основе наших контроллеров.
Одно из основных предназначений микроконтроллера — это получение информации извне, ее обработка и выдача реакции. Причем зачастую эта информация представлена не в цифрах, а в терминах реального мира: 3 сантиметра, 101 килопаскаль, 3.6 вольта. Мало того, что информацию надо получить, ее зачастую надо потом отобразить человеку. Вот только подобные аналоговые величины плохо ложатся на целочисленные переменные, с которыми так хорошо работает контроллер. О том, как дробные числа можно закодировать и какие при этом встречаются подводные камни, сегодня и поговорим.
Недавно мне в руки противоестественными путями попал интересный представитель RISC-V контроллеров производства НИИЭТ. Упакован он в пластиковый lqfp100 корпус, в котором скрывается ядро на 50 МГц, мегабайт флеш-памяти и 256 кБ оперативки. Разумеется, в наличии и стандартная периферия вроде UART-ов, SPI и USB. А вот из необычного — сигма-дельта АЦП на 16 бит. Ну и всякая неинтересная периферия вроде аппаратных модулей шифрования. Сразу оговорюсь, что тыкаю палочкой я его меньше двух недель, поэтому здесь описаны именно первые впечатления.
В предыдущих частях мы научились работать с RISC-V контроллерами в стиле восьмибиток из прошлого тысячелетия. Конечно, периферия у наших посложнее, но все равно управляли мы ей напрямую. Теперь же рассмотрим периферийный модуль, который сам может управлять другими периферийными модулями, пока ядро занято вычислениями. Речь идет о DMA (Direct Memory Access, оно же Прямой Доступ к Памяти, ПДП).
Будем считать, что с архитектурой контроллера и системой команд RISC-V мы более-менее познакомились. То есть не будем их пугаться ни когда надо почитать выхлоп дизассемблера, ни когда надо самостоятельно что-то оптимизировать. Теперь пора наконец перейти к написанию более сложных программ, а значит, и к более компактному языку. Не то чтобы это было сложно делать на ассебмлере, но уж больно много букв.
Как уже неоднократно говорилось, специфика микроконтроллеров заключается в их скорости реакции на внешние события и большом разнообразии подключаемой периферии, но при этом не слишком большой вычислительной мощности. Чтобы повысить скорость реакции, можно чаще проверять биты статуса, но это существенно усложнит написание программ и замедлит выполнение. А начиная с некоторого количества периферии, вообще наступит физический предел: на опрос всех битов уйдет больше времени, чем допустимо в устройстве. Чтобы это обойти, для проверки битов придумали использовать не программный код, а аппаратный модуль — контроллер прерываний. Его задача заключается в том, чтобы отловить факт возникновения события, удостовериться, что данное событие разработчику интересно и что контроллер в данный момент готов его обрабатывать. После этого выполнение основного кода приостанавливается (прерывается), а управление передается на специальную подпрограмму — обработчик прерывания. Именно этот механизм мы сегодня и рассмотрим.
В Предыдущей части мы поговорили о том, что вообще такое микроконтроллер, как его прошивать и полюбовались на мигающий светодиод. Теперь рассмотрим организацию памяти и, в частности, стек.
Начинаю выкладывать курс по изучению контроллеров RISC-V на примере GD32VF103 и чуть более мощного CH32V303. Основной упор будет скорее на теорию и технологии, чем на "быстрый старт" и "электронику для домохозяек". То есть ассемблер, регистры и самодельные печатные платы.
Еще более низкий уровень (avr-vusb)
USB на регистрах: STM32L1 / STM32F1
USB на регистрах: bulk endpoint на примере Mass Storage
USB на регистрах: interrupt endpoint на примере HID
USB на регистрах: isochronous endpoint на примере Audio device
Вот мы познакомились со всеми базовыми типами конечных точек, пришло время разработать какое-нибудь полезное устройство. Для примера пусть это будет программатор-отладчик STM-ок, работающий через стандартный UART bootloader.
USB на регистрах: STM32L1 / STM32F1
USB на регистрах: bulk endpoint на примере Mass Storage
Уже довольно давно я пытался разобраться, как же устроена классическая файловая система FAT и вот наконец критическая масса обрывочных сведений в моей голове привела к качественному скачку и закономерному воплю "а что, все действительно настолько просто?!". Нет, разумеется, в FAT полно причудливых костылей, наросших за время ее эволюции, но сама идея и правда проста. Настолько, чтобы реализовать ее эмуляцию на контроллерах вроде stm32f103, stm32l151 в достаточном для ряда задач объеме. То есть наше устройство будет прикидываться флешкой смешного объема, запись и чтение которой будут не приводить к перезаписи памяти, а обрабатываться исключительно кодом.
<картинка с платой и наушниками>
Продолжаем погружаться в строение контроллера GD32VF103CBT6. Теперь рассмотрим как он может обрабатывать прерывания работать под управлением высокоуровневого кода.
Первая часть здесь
Издеваться мы будем над микросхемой GD32VF103CBT6, являющейся аналогом широко известной STM32F103, с небольшим, но важным отличием: вместо ядра ARM там используется ядро RISC-V. Чем это грозит нам, как программистам, попробуем разобраться.
Кратко перечислю характеристики контроллера:
После прочтения названия может возникнуть закономерный вопрос: зачем в наше время изучать программную реализацию low-speed USB, когда существует куча дешевых контроллеров с аппаратным модулем? Дело в том, что аппаратный модуль, скрывая уровень обмена логическими уровнями, превращает протокол USB в своеобразную магию. Для того же, чтобы прочувствовать как эта «магия» работает, нет ничего лучше, чем воспроизвести ее с нуля, начиная с самого низкого уровня.
С этой целью попробуем изготовить на основе контроллера ATmega8 устройство, прикидывающееся USB-HID'ом. В отличие от распространенной литературы, мы пойдем не от теории к практике, от самого нижнего уровня к верхнему, от логических напряжений на выводах, и закончим «изобретением» той самой vusb, после каждого шага проверяя, работает ли код как ожидалось. Отдельно отмечу, что не изобретаю альтернативу этой библиотеке, а напротив, последовательно воспроизвожу ее исходный код, максимально сохраняя оригинальную структуру и названия, поясняя, для чего служит тот или иной участок. Впрочем, привычный для меня стиль написания кода отличается от стиля авторов vusb. Сразу же честно признаюсь, что помимо альтруистического интереса (рассказать другим сложную тему) имею и корыстный — изучить тему самостоятельно и через объяснение выловить для себя максимум тонких моментов. Отсюда же следует, что какой-то важный момент может быть упущен, или какая-то тема не до конца раскрыта.
Для лучшего восприятия кода я постарался выделить измененные участки комментариями и убрать оные из участков, рассмотренных ранее. Собственно, исходный код и будет основным источником информации, а текст — пояснением что и для чего делалось, а также какой результат ожидается.
Также отмечу, что рассматривается только low-speed USB, даже без упоминания, чем отличаются более скоростные разновидности.
Небольшой рассказ о граблях, встреченных на пути познания ARM на примере stm32f103c8t6 и stm32l151rct6.