Программирование микроконтроллеров *

Выступил с докладом через Zoom на конференции SEMICONUZ в Узбекистане. Заметил два момента, один из них: cудя по вопросу преподавательницы из Ферганского политехнического института, в Узбекистане наверное ведутся дискуссии "кодописатели против физиков". То есть обсуждают, достаточно ли программировать софтвер на уже сделанных чипах и дизайнить на верилоге логику (с учетом отчетов от программы статического анализа тайминга) - или нужно вводить курсы физики полупроводников.

Я уже несколько лет строю дом своими руками. Отопление в нём хочу сделать на тепловом насосе. Готовые решения стоят как крыло самолёта, поэтому давно зреет идея: взять обычный наружный блок кондиционера (без инвертора, «старт‑стоп»), убрать его родную автоматику и поставить свой контроллер на ESP32. Комплектующие для этого я собираю понемногу.

Сразу оговорка: это пока только виртуальная сборка. К реальной я ещё не приступал и когда приступлю, не знаю. Дом строится, деньги и время уходят в первую очередь на него. Всё описанное ниже работает в симуляторе, а не в подвале на живом компрессоре.

Логичный первый шаг: написать прошивку и проверить логику. Проверять на настоящем компрессоре, который не прощает ошибок, не хотелось. Захотел что‑то вроде Wokwi, но чтобы там можно было собрать ещё и силовую часть: реле, контактор, автомат, компрессор на 230 В. Такого я не нашёл и написал сам. Так проект про тепловой насос превратился в проект про симулятор: PinPort, онлайн‑симулятор ESP32, Arduino и цепей 12 и 230 В. Тепловой насос стал его самым сложным примером и хорошим тестом на прочность.

Часть кода написана вместе с нейросетью (вайбкодинг), и я этого не скрываю.

На этот раз делаем сенсор присутствия для опасных промышленных зон. В нагрузку берёмся за реализацию требований функциональной безопасности PL и SIL. Кто сказал, что AI не может делать функционально безопасные устройства? Сейчас проверим.

На старый немецкий кнопочный телефон FeTAp я установил аудиоплату на ESP32 и связал ее со своим ассистентом на Raspberry Pi. Теперь достаточно снять трубку, как на другом конце отвечает ИИ, с которым можно разговаривать почти как по обычному телефону.

При работе с STM32 приходится решать несколько повторяющихся задач: настроить сборку, подключить библиотеки, записать прошивку и проверить её поведение на плате. После изменений эти действия нужно выполнить снова — желательно тем же способом и с понятным результатом.

В моих проектах для этого постепенно сложился набор инструментов и примеров. Одни помогают описывать сборку, другие — прошивать микроконтроллер, третьи — сохранять действия в отладчике в виде повторяемых тестов. Отдельная часть посвящена инструкциям для ИИ-ассистентов, участвующих в разработке.

Хочу показать, как эти проекты связаны и где могут пригодиться.

Каждый день мы интересуемся погодой — смотрим, идёт ли дождь, какая температура на улице, сильно ли дует ветер. Однако есть ещё один важный параметр, заслуживающий внимания — уровень фонового радиационного излучения. Если он будет сильно превышен, например, в результате техногенной катастрофы, сразу вы этого не заметите, но последствия для здоровья могут быть весьма плачевные.

В этой статье я расскажу про источники радиации и средства её измерения. В практической части статьи будет описана погодная станция, способная измерять не только температуру, давление и влажность, но и уровень радиационного фона.

История эта началась два года назад, когда подписчики моего канала начали регулярно и настойчиво интересоваться, когда же в «Селените появится режим автономной обработки сигналов». Базовый блок трансивера получился достаточно компактным, 100х62х23 без выступающих частей, и желание пользователей «отвязать» его от компьютера, где как раз и производилась обработка сигнала, было вполне резонным.

Когда пишут программу HelloWorld на C, обычно выводят текст “Hello, World!”. Но когда программа пишется для микроконтроллера, часто ограничиваются миганием светодиода, особенно для микроконтроллеров семейства STM32.

В статье я разберу, как можно вывести “Hello World” в программе для микроконтроллеров этого семейства.

Си отлично работает на микроконтроллерах и никуда не исчезает. Но часть правил, которые в Си держатся на архитектуре проекта и дисциплине разработчика, в Rust можно выразить так, чтобы их проверял компилятор.

Разберём это на DMA, владении периферией, состояниях GPIO, прерываниях и unsafe — без попытки доказать, что Rust должен заменить Си.

XCP (Universal Measurement and Calibration Protocol) — это бинарный автомобильный интерфейсно-независимый протокол прикладного уровня модели OSI-7. Используется при разработке и отладке ECU. Появился в далёком 2003 году как потомок ранее существующего протокола CCP.

Сегодня будем делать свой мобильник из подручных материалов, купленных на разных маркетплейсах, и в содружестве с искусственным интеллектом. Сразу оговоримся, что речь не идет об очередном убийце iPhone или про ультрабюджетный доступ к сети. Простую звонилку дешевле и проще купить в ближайшем салоне мобильной связи.

Хотя я до некоторой степени умею писать код сам, здесь будем активно использовать ИИ. Прежде всего, для экономии времени и чтобы не разбираться в протоколах общения с радиомодулем – информация, которая скорее всего никогда больше не понадобится.

Замечу, что я использовал только бесплатные DeepSeek, Gemini и ChatGPT в бесплатном ограниченном режиме. Какой-то особой системы когда кому и какие задавать вопросы не было. Обычно переключался между ними, когда кто-то начинал тупить.

Итак, для подключения к сети мобильной связи нужен прежде всего радиомодуль. Думаю, что не надо объяснять, что спаять такой из дискретных элементов – это затея, не имеющая шансов на успешную реализацию в разумные сроки и бюджет.

Радиомодуль проще купить готовый. Я выбрал такой:

Я занимаюсь промышленной водоподготовкой. Сейчас у нас исследовательский проект: изучаем методы предочистки высокоминерализованной воды. Пробуем разные коагулянты и флокулянты, меняем дозы и градиенты перемешивания. Каждый режим держим около двух часов, потом отбираем пробы и сравниваем результат.

Для такого исследования нужен точный перистальтический насос‑дозатор на маленький расход. Реагенты должны поступать в воду непрерывно, с заданной дозой в мг/л, от 1 до 13 мл/мин. Реагентов два — коагулянт и флокулянт, значит, нужно два канала.

Подходящий готовый насос я не нашёл и спроектировал свой. Рассказываю, как он устроен, где я ошибся и как он работает на установке.

Мне удалось запустить полноценное чёрно-белое видео на стоковой плате ESP32-S3 с экраном на электронных чернилах: никакой ПЛИС и никакого ПК — панель управляется напрямую по параллельной шине. В статье я подробно расскажу, как работает этот драйвер. Если коротко, то в нём используется векторный блок, принимающий по 64 пикселя за раз; управляющие сигналы (waveforms), которые хранятся в регистрах, а не в таблицах, и дельта-движок, который обрабатывает только изменения. При этом точность всей системы контролировалась с помощью планшетного сканера.

Вы когда-нибудь задавались вопросом, почему устройство, которое три недели безупречно работало на этапе проектирования, порой умирает в первую же смену на производстве. Знакомый инженер рассказывал такую историю с интонацией человека, который увидел чудо. Микроконтроллерная плата отработала в тестах без единого сбоя, но стоило поставить ее в щиток и запустить линию, как контроллер сгорел через пять минут после пуска сварочного полуавтомата. Почему так произошло? Можно было бы подумать, что дело в плате, но нет.

Сейчас я расскажу, что происходит с вычислительной техникой на производстве, и что нужно знать, чтобы промышленный контроллер пережил его, а не сгорел в первую же смену. Мы разберем, почему между одним и тем же устройством, работающим дома и на заводе, бушует реальная электромагнитная буря, и кто чаще всего саботирует производства, вызывая крупномасштабные аварии и трагедии.

В этом тексте я написал про то как реализовать программный UART на микроконтроллере.

Порой возникает ситуация, что тебе дают электронную плату, а там на отладочный разъём не выведен никакой аппаратный UART. При этом предстоит сложнейшая отладка прошивки и надо помощь shell терминала, которую банально некуда вывести.

В этом случае одним из решений может быть пуск программного UART.

Вот об этом и текст.

В этом эксперименте мы с помощью дифференциальной микроскопии фотонной эмиссии засекли, в какой момент на чипе RP2350 (ревизии A4) активируется регистр отладки, и точно определили, куда целиться лазером. Затем, поймав нужный момент через интерфейс SWD, мы с помощью лазерного импульса точечно переписали два бита, восстановив доступ к режиму Secure Debug.

Как моя жена стала моим первым заказчиком

Началось все с того, что моя любимая красавица жена сказала мне, что я провожу слишком много времени со своим девайсом Flipper Zero. Постоянно кручу его в руках, прошиваю, делаю всякие настройки и т.п. А на неё стал меньше смотреть.

И мне пришла мысль, а что, если поставить на экран флиппера её фотографию? Девайс всегда со мной и каждый раз как я буду им пользоваться то на главном экране я буду видеть фото своей любимки. И ей приятно, и я буквально смотрю на нее всякий удобный раз.

Если совсем коротко: плата Waveshare ESP32-S3-ePaper-1.54, один кабель USB и экран 200×200, который висит рядом с сервером и показывает загрузку процессора, температуру видеокарт, память, диск, аптайм, живой пинг и т.д по выбору админа.

На маркетплейсах покупается готовая девплата в корпусе, заливается кастомная прошивка из статьи, настраивается через встроенную вебку и получается готовый прибор, подключаемый к любому серверу по юсб.

Во время исследования контроллеров Realtek я столкнулся с таким любопытным способом защиты прошивки от реверс-инжиниринга, как XOM (eXecution Only Memory). Эта технология разработана ARM уже около 10 лет назад. Опираясь на свой опыт, назвать ее очень популярной не могу. Однако, в Realtek решили использовать XOM в ряде своих контроллеров, которые попали к нам на исследование.

Если коротко, XOM – это аппаратно-программная технология, формирующая execute-only область памяти. Суть XOM состоит в аппаратной фильтрации транзакций на шине AXI (AHB). Если транзакция в защищаемую область запрашивает исполнение инструкции - доступ разрешен, если чтение/запись данных – доступ запрещен. Таким образом, прочитать или перезаписать прошивку в XOM просто так не получится.

Данная статья описывает подход к восстановлению спрятанной в XOM прошивки, основанный на анализе изменений состояния памяти и регистров процессора, возникающих вследствие выполнения инструкций процессора.

После поездки в Грузию (см. пост Хакерспейсы Батуми и Тбилиси + ASIC чип спроектированный в Грузии) мы доотладили проект Tbilisi CORDIC и засабмиттили его на сайте TinyTapeout для производства на фабрике IHP в Германии, Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik.

Затем мы устроили две ондайн-лекции на Zoom-е - одну на английском, другую на русском. С вопросами и ответами лекции растянулись на два часа каждая, и мы выложили их на YouTube, ВКонтакте и RuTube. Ниже выложенные видео и их содержание на русском и английском.

UPD: В России MPW-сервисами по производству малосерийных чипов для университетов занимается МИЭТ, см. статью про кооперацию МИЭТ и ТУСУР.