Программирование микроконтроллеров *

Наверное каждый любитель электроники имеет в запасе модули приобретенные на всякий случай. Так несколько лет назад я не смог пройти мимо 1.5 дюймового E-Ink дисплея, лежащего на витрине радиомагазина. Через некоторое время нашлось для него применение. В статье ESP32 E-Paper Thermometer описывается, как отображать окружающую температуру, измеренную с помощью датчика DS18B20. Проект выполнен в Arduino IDE. Но я решил пройти "Путь самурая" и портировать код на ESP-IDF. Пришлось немного повозится с библиотеками для работы с дисплеем. На этом мой путь не окончился, как говорят: "У самурая нет цели, есть только путь". И я решил, что было бы неплохо добавить еще несколько сенсоров, измеряющих влажность, давление, CO2, а потом отправлять эти данные по MQTT. В том же радиомагазине был приобретен фанерный домик-конструктор со светодиодным ночником. А в другом магазине - модуль с датчиками. Таким образом родилась идея сконструировать Micro-smart-home. На передней части домика расположен дисплей на пластиковых стойках. А с другой стороны расположен модуль с сенсорами.

Pi Board — это продвинутая автоматизированная шахматная система на основе Raspberry Pi, использующая механизм шагового двигателя оси XY и магниты для перемещения шахматных фигур по доске. Процесс разработки состоял из множества этапов, в том числе из прецизионной калибровки координат шагового двигателя, вычисления веса каждой фигуры для точного перемещения, интеграции сильного шахматного движка, оптимизации стратегий захвата фигур и распознавания движения. Особое внимание было уделено выбору наиболее эффективного алгоритма для снижения энергопотребления шаговых двигателей.

Pi Board позволяет игрокам выбирать цвет фигур и настраивать уровень сложности шахматного движка. Кроме того, на этапе разработки у неё имелась возможность подключения к Интернету, позволявшая пользователям участвовать в дистанционных шахматных матчах по сети.

При продолжительной разработке на одном семействе микроконтроллеров получается так, что приложение намертво привязано к конкретному семейству микроконтроллеров и его SDK, так как напрямую использует HAL от вендора.

Это особенно явно проявляется в таких случаях, когда надо срочно переносить прошивку на другой микроконтроллер.

Получается, что приходится заново писать всю прошивку, всё приложение, драйвера всех ASIC-ов. Драйвер светодиодов, драйвер кнопок, драйвер ASICов c I2C SPI управлением. В общем всё переписывать. Поменяли MCU и пришлось переписать все файлы в репозитории. Нормально так да?

В этом тексте я написал, как можно обойти эту проблему.

Когда одних юнит-тестов уже недостаточно, на сцену выходят интеграционные. В этой статье от команды Amplicode мы покажем, как протестировать REST API в Spring Boot с использованием современного стека: генерация тестов через Amplicode, автоматический запуск окружения с помощью Docker Compose Starter и поддержки со стороны LLM-инструментов от Яндекса.

В основном я работал на оригинальной отладочной плате Nucleo (stm32f411ret6) и прекрасно себя чувствал на macOs.
Не так давно я решил попробовать прошить blue pill через китайский st-link и получил море ошибок в CubeIDE с которыми решил разобраться раз и навсегда. На самом деле все оказалось не так сложно, как я думал по началу. Через костыли, но она работает!
Данная статья является дубликатом моего репозитория https://github.com/nikitatm333/ST-LINK_V2_for_macOS, я давно хотел написать свою первую статью на хабре и решил начать с дубликатов своих "шпаргалок".
Не будем затягивать, начнем!

GNU Make - это консольная утилита, которая запускает другие консольные утилиты в желаемой последовательности согласно скрипту. Только и всего.

В этом тексте я показал, как можно организовать самостоятельно написанные make скрипты для микроконтроллерных проектов.

В предыдущей статье (Часть 1) я описал "секреты" изготовления любительской сенсорной системы (типа "инфракрасный барьер") из трёх резисторов, двух диодов и одного транзистора. Пришла пора построить на её основе какую-нибудь практически полезную вещь. Ну, хоть для забавы. (Профессионалы дальше читать не должны.) Пусть это будет счётчик чего-нибудь. Студентов, выходящих из учебного корпуса, или железнодорожных вагонов, скатывающихся с сортировочной горки.

Когда сенсорная система готова, интерес смещается к проблеме обработки поступающей от неё информации. Электронщик, отдохни, сходи попить кофе. Айтишник, просыпайся: твой выход.

В марте маленькая платка внезапно оказалась в центре глобального технологического скандала. Заголовки пестрили страшилками про «бэкдор» в «миллиардах устройств», и по новостям казалось, что хакеры вот-вот захватят все умные лампочки, термостаты и прочий IoT.

А потом... все как-то поутихло. Что же на самом деле нашли испанские исследователи в популярном микроконтроллере? Почему новость о «бэкдоре» разлетелась со скоростью лесного пожара? И главное — насколько реальна была угроза?

Давайте разберемся в этой запутанной истории, где переплелись технические исследования, PR-ходы, погоня за кликами и, конечно же, всеми любимые низкоуровневые протоколы. Поехали!

Никак не доходили руки до написания этой статьи, точнее я её планировал написать после полноценного перевода устройства на esp32 c3, который никак не состоится.

Вкратце напомню о чем этот проект, и чем он закончился в прошлой статье. Мы разрабатываем компактное устройство для чтения, хранения, записи и эмуляции электронных ключей (которые чаще всего встречаются у нас в подъездах и на проходных). Изначально это был проект одного из моих учеников. Но в этом году, для участия во ВСОШ по робототехнике ему пришлось поменять тему работы, которая тоже довольно интересная, как-нибудь по неё тоже напишу). А я по наличию времени и энтузиазма продолжил добивать программную часть.

В прошлой статье мы перевели устройство на esp8266, что сделало его более производительным и решило проблему с памятью. У нас получилось прочитать и эмулировать контактные ключи dallas и русские Сyfral и Metacom. После этого мы решили перейти к бесконтактным ключам стандарта EmMarine.

Бесонтактные ключи уже так просто, при помощи одного резистора, не прочитаешь, нужен детектор-генератор на 125 кГц. На этом этапе опять очень помог проект от Alex Malov EasyKeyDublicator. У него я взял схему детектора без изменений. И первые тесты производил на Arduino Nano.

В программировании микроконтроллеров периодически приходится писать клиентские PC программы для загрузки *.hex файлов в микроконтроллер через загрузчик.

Обычно в названии этих утилит присутствует слово loader.

В этом тексте я попробовал порассуждать на тему того, каким же атрибутами должна обладать эта самая утилита FW_Loader.

Про внешний SPI флэш внутри чипов WCH уже везде написали, ситуацию с реальным объемом я описывал. Но какая там скорость и как она влияет на производительность системы? WCH на эту тему неоднократно высказывался, правда по китайский и в ответах саппорта на wch.cn:) Общий смысл того, что мне поведал Google переводчик: для кода используйте кэшируемый флэш zero‑wait, все остальное это для пользовательских данных, но если вы уж прям не влезаете в zero-wiat, то можно и в non zero-wait залезть. Крайне содержательно. Чтобы окончательно раскрыть тему, я вооружился тестами производительности CoreMark и в целом получил ответы на 2 своих главных вопроса: какая частота доступа к физическому SPI флэшу и как стратегия его применения в реальных проектах. Сейчас расскажу.

Это краткая история о том, как за пару вечеров с помощью россыпи мелочевки с алиэкспресс, термопистолета и WAGO-вских клемм собрать демонстрационный чемодан к выставке.

Существуют бесплатные статические анализаторы для Си кода. Среди них splint и cppcheck.

Статический анализатор - это такая консольная программа, которая проверяет исходные коды до компиляции. Своего рода автоматическая инспекция программ.

В этом тексте я представил инструкцию про то, как интегрировать статический анализ кода в общий скрипт сборки проекта.

Суть этой короткой заметки в том, чтобы показать, как просто и лаконично происходит подключение разнообразных статических анализаторов к проекту, который собран скриптами сборки GNU Make.

Попалась мне недавно статья Синус, косинус, квадратный корень FixedPoint. Автор размышляет как можно не затратно рассчитывать координаты и углы в микроконтроллере. Попробовал я подсказать автору пару аппроксимаций, но он оказался разговорчив только на тему "упадка автоматизации в РФ", а по делу как то не сложился диалог. Посмотрел, такие статьи не редкость. Например, очень хорошая статья Как посчитать синус быстрее всех на Xабре. В общем разгрузил себе голову на майских праздниках от главного хобби - геометрической алгебры.

В процессе изучения всего этого, возник у меня вопрос - а зачем вообще нужно аппроксимировать sin,cos, arctan и еще и в привязке к числу в двоичной системе, если есть декартовы координаты?

Из ответа на этот вопрос родилась идея этой статьи. Будет длинно, но если на примере подробно разбираться с работой машинного эпсилон и автоматическим дифференцированием, короче не получится. Следите за мыслью по ходу изложения. Начну с главного тезиса, и разверну по шагам  как это работает на примере операций с единичной окружностью.

Автоматическим дифференцированием можно назвать любую конечную разность, например dy=(y(x+ε)-y(x-ε))/(2*ε). Разность взята центральная, так как она дает меньшую погрешность.

 ε это машинный ноль. За счет округления до младшего бита его главное свойство: ε^2=0.

Эта статья по сути не более, чем описание основных моментов идеи. И если у кого то появится желание поставить эту идею на строгие математические рельсы, с удовольствием готов поучаствовать. Кто в этом случае опубликует финальную версию мне искренне не важно.

Для него был разработан специальный спидометр, смонтированный вместо крышки бензобака, переделанного в отсек для электроники. Во время движения прибор показывал скорость, а на остановке — пройденный путь.

Микроконтроллеры, светодиоды, и немного кода — вот и вся палитра для минималистичного цифрового искусства. В статье подробно рассказывается, как выстроить архитектуру крошечных, но выразительных световых анимаций с использованием C++, платформы STM32 и адресных светодиодов WS2812. Немного философии, немного инженерии — и свет оживает по команде вашего кода.

Можно потратить годы, чтобы написать красивый рендерер. А можно взять 8 строк кода, светодиодную ленту и микроконтроллер, чтобы ночью на стене заиграла световая поэма. Эта статья — про второй путь.

Код, который светится, не имеет интерфейса, не показывает графику на экране и не заботится о фреймрейте. Его задача — свет. Живой, дышащий, мерцающий свет. В идеале — чтобы всё это поместилось в пару килобайт памяти и не жрало больше миллиампера на эффект.

Началось все с того, что при проектировании своего устройства на микроконтроллере ATtiny 85, которое должно было работать от встроенного li‑ion аккумулятора, я изначально не задавался целью измерения заряда АКБ, поскольку в этом не было необходимости. Однако, собрав все устройство на печатной плате, я подумал над тем, почему бы не добавить такую возможность.

Прочитав в Интернете, как это можно было реализовать, стало ясно, что сделать это вряд ли удастся, поскольку все порты PB[0:5] уже были заняты и, следовательно, не было возможности применения АЦП с аналогового пина (при чем порт PB0 я не мог настроить на вход опорного напряжения AREF - он должен был использоваться как управляющий выход).

Долгое изучение состояния регистров АЦП в datasheet на ATTiny 85 привело меня к следующей идее: в качестве опорного напряжения может быть выбрано само напряжение питания VCC (биты REFS [0:2] регистра ADMUX установлены в 0), а в качестве измеряемого ‑ напряжение VBG с внутреннего стабилизатора в 1.1В (биты MUX [3:0] регистра ADMUX установлены соответственно в 1100). То есть, для измерения напряжения питания не нужно ничего, кроме, собственно, самого питания VCC!

Даже в 2025 году, когда вокруг нейросети, автогенерация кода и IDE с предиктивным интеллектом, работа с редкими микроконтроллерами всё ещё может обернуться настоящим хардкором. Особенно, если речь идёт о «слепой» отладке без отладчика, когда в арсенале только прошивка, HEX-файл и пара байтов на выводе. В этой статье — личный опыт, много хардкора, дизассемблирование вручную и поиск глюка в 2 КБ бинаря.

Когда говорят «отладка», в 2025 году чаще всего имеют в виду жмяк на F5 в Visual Studio Code или лог с CI/CD. Но в embedded-мире, особенно если ты копаешься в системах с 8-битным контроллером 2006 года выпуска, это слово может означать кое-что пострашнее. Например — «прошивка вылетает на 4-й секунде, данных в UART нет, отладочного интерфейса нет, документации почти нет, а заказчик просит сделать "как раньше работало"». И вот тут начинается старый добрый reverse engineering.

Здесь описывается очень простой (возможно, самый простой в мире) самодельный однолучевой горизонтальный инфракрасный счётчик (людей) на Arduino. Его сенсорная система содержит лишь  инфракрасный светодиод, фотодиод, биполярный транзистор и три резистора.  Руководствуясь описанием, счётчик сделать совсем легко.

Но будьте бдительны: в описание я заложил мелкие гадости. А куда и какие - не хочу заранее сообщать. Долой скуку! Да здравствуют приключения!

Как и в обычном квесте, реальной опасности здесь никакой нет. Даже если вы не заметите заложенные “мины”, и всё сделаете в точности так, как тут коварно предложено, струйка дыма из самоделки не пойдёт. Ни один её элемент вообще никак не пострадает. Обещаю. При любом раскладе в итоге удастся без потерь наставить это изделие на путь истинный. (На пути истинном оно прекрасно работает. Проверено.)

От всего этого вы получите большое удовольствие и нужные на практике навыки.

Итак, начинаем!