Программирование микроконтроллеров *

История создания открытой настольной CO2-станции на базе микроконтроллера ESP32-C3, круглого дисплея GC9A01 и честного оптического NDIR-сенсора углекислого газа Sensirion SCD41.

Большинство бюджетных мониторов воздуха используют дешевые eCO2-датчики, которые лишь угадывают уровень углекислого газа по качеству летучих веществ. Этот проект — полностью открытая альтернатива. Прошивка написана на чистом фреймворке ESP-IDF, использована моя собственная графическая библиотека.

Современные системы беспроводной связи предъявляют исключительно высокие требования к линейности радиочастотных трактов, особенно в условиях применения широкополосных сигналов и многопозиционных схем модуляции. В теоретических моделях передающие устройства обычно рассматриваются как линейные системы, обеспечивающие точное воспроизведение амплитудно-фазовой структуры сигнала. Однако в реальных аппаратных трактах ситуация существенно отличается вследствие наличия нелинейных компонентов, ограниченной динамики усилителей мощности и паразитных эффектов аналоговой части.

В тексте я написал про особенности настройки SPI трансивера в режиме DMA в случае использования микроконтроллеров STM32 и про способы модульного тестирования SPI трансивера.

SPI это цифровой, последовательный, относительно высокоскоростной, полнодуплексный, синхронный физический интерфейс передачи данных в пределах одной электронной платы PCB.

Этот интерфейс служит для обмена данными между микросхемами в пределах одной электронной платы.

После успешной отладки на плате с Cyclone IV пришла пора перенести наработки на плату Zynq Mini c XC7Z020. В этой статье я опишу, каким образом можно организовать вывод нужной нам информации из PS‑части Zynq на дисплей который подключен к EMIO на выводах PL. Сделаем обновленный модуль i2c_master_axi который добавляет сверху к уже разработанному ядру поддержку AXI4-Lite Slave, сделаем сборку проекта, подключим их к PS и проверим в bare‑metal сценарии. После того как это будет все работать — переходить к Linux уже будет гораздо проще.

Всем заинтересованным добро пожаловать под кат! 

Сегодня видел план вводного курса, написанный начинающей американской преподавательницей. План иллюстрирует распостраненную ошибку — неправильный порядок подачи материала:

Привет! Кто не любит прикольные интерьерные штуки? Я, например, всегда любил вид неоновых вывесок. В какой-то момент мне пришла в голову мысль: а почему бы не сделать свою собственную? Правда, не неоновую, а светодиодную. Да ещё и с кучей эффектов и управлением со смартфона. Так появилась идея для очередного «проекта на лето», реализация которого у меня растянулась на полгода. С виду простая задумка таила в себе кучу технических сложностей и мелочей, которые нельзя было упускать из виду. Добро пожаловать в невероятно интересную историю создания, которую я вам сейчас поведаю…

RISC‑V в России обычно обсуждают через рассмотрение архитектуры, toolchain, средств разработки и перспективы экосистемы. Но для профессиональной инженерной аудитории важнее другой вопрос: где эта архитектура уже используется не в демонстрациях, а в изделиях, которые влияют на характеристики, серийность и статус конечной техники.

Один из таких примеров связан с локализацией дождевальных машин изготавливаемых компанией «Зелёный Робот» (ООО «АРОССА») и смежной автоматики для агропромышленного комплекса. В этом кейсе отечественный микроконтроллер на архитектуре RISC‑V стал не просто заменой импортного компонента, а частью системы управления, от которой зависит локализация конечного изделия и, как следствие, доступ заказчика к мерам господдержки.

Под катом — разбор того, почему в данном случае важен именно микроконтроллер, что было сделано на уровне изделий и какие выводы этот кейс позволяет сделать для российской экосистемы RISC‑V.

За свои первые каникулы в колледже, вдохновившись Satisfaction75, я создал устройство, которое назвал Dissatisfaction65 — беспроводную клавиатуру формата 65%. Не помню, почему конкретно, но, изготовив несколько проводных клавиатур, мне хотелось попробовать собрать самодельную беспроводную. Для реализации беспроводной связи я выбрал микроконтроллер Adafruit 32u4 Bluefruit LE, потому что опенсорсная клавиатурная прошивка QMK поддерживала Bluetooth конкретно с этой платой. Получившееся устройство выглядело прекрасно, но производительность была чудовищной. Из-за задержек при вводе пользоваться им было почти невозможно, и несмотря на огромный аккумулятор, работало оно от него всего несколько дней.

У компаний наподобие Logitech и Apple есть беспроводные клавиатуры с низкими задержками и долгой работой от аккумуляторов, поэтому я понимал, что это не предел. На следующие два месяца я погрузился в мир беспроводных микроконтроллеров и самодельных клавиатур. Почти сразу же я понял, что любители выбирают микрочипы Nordic, а правит в этом мире формат Pro Micro. В процессе исследований я обнаружил три микроконтроллера, разработчики которых пытались связать эти две технологии: BlueMicro, nRFMicro и BLE-Micro-Pro¹.

Из-за форм-фактора BlueMicro я бы не смог изготовить большинство клавиатур Pro Micro, потому что они бы мешали друг другу. BLE-Micro-Pro был довольно дорогим, закрытым и продавался только в Японии. Ближе всего оказался nRFMicro. Сначала я решил модифицировать под свои нужды nRFMicro, но вскоре осознал, что мои цели слишком амбициозны, поэтому начал с нуля.

Некоторые компьютеры предназначены для того, чтобы двигать прогресс вперёд. Я собрал Daisy, чтобы двинуть его в прошлое!

Это самодельный персональный компьютер, изготовленный из трёх плат Arduino, резисторов и большой любви. Он не пытается быть мощным. Он старается быть интересным: портативным, ограниченным в возможностях и милым. За таким компьютером можно провести ночь, рисуя простые картинки, сочиняя музыку или создавая маленькую игру. Такие машины когда-то были в изобилии, но теперь их практически нет: Timex Sinclair 1000, Commodore PET, TRS-80 MC-10.

Но Pinecone Daisy — это ещё и нечто иное: артефакт из альтернативной истории. У него есть название, производитель, номер модели и печатное справочное руководство по программированию на BASIC. Моё руководство стилизовано под книги Abacus Software для Amiga; источником вдохновения для него стала реклама DASH-80 в журнале, а напечатано оно было якобы существующей компанией Pinecone Computer. Всё это не совсем реально, но реально достаточно. Машина работает. Руководство точно её документирует. Медведь (капибара из начала статьи) присутствовала почти при всём процессе сборки, как помогающий в отладке «резиновый утёнок».

Название собрано из двух частей: вымышленной компьютерной компании из фильма 1985 года «Электрические грёзы» и клички моей собаки Дейзи. Модель называется DAISY-1.

Творческий, авантюрный дух домашних компьютеров 1970-х и 80-х был неотделим от ограничений. 40 столбцов, пара цветов (если повезёт), несколько звуковых каналов и BASIC. Это были не изъяны, которые нужно преодолевать, а сама среда.

Insol-1000 в сборе: центральный модуль с OLED и с модулями расширения на DIN-рейке.

Статья посвящена практическому построению распределённой системы автоматизации на основе открытого стандарта IEC 61499 и экосистемы 4diac (Eclipse Foundation).

Так как в первой статье я сосредоточился на схемотехнике, в этой хотелось бы пройтись по разработке ПО и прошивки.

Напомню, я решил, что вместо прошивки мне подойдёт и нейрослоп - в конце концов это не серийное устройство, а поделка для себя. И тут, как обычно, в процессе работы пошли фейерверки.

ESP32-S3 имеет два USB выхода - обычный через микросхему CH340, которая конвертирует USB в UART, и второй USB OTG, который подключен к чипу напрямую. То есть чип может управлять тем, какое "устройство" он предоставит хостовой ОС! Более того, он может предоставлять несколько устройств одновременно. Это было как раз то, что надо: одним устройством будет USB HID клавиатура для "сырого" ввода в консоль, например, а вторым - USB RAW устройство, которое будет слушать софт бекенда - запускать приложения по ярлыкам, регулировать громкость, отправлять в устройство настройки. И всё это минуя тормознутый UART. Сказка. Но, как оказалось, для взрослых.

Казалось бы, полный интернет примеров того, как это настраивать. Даже в самом фреймворке esp-idf есть пример композитного устройства, значит, информация уж точно легкодоступная, бери да пользуйся. Я попросил ИИ добавить это в прошивку и... Оно не смогло. То есть вообще. Два дня и токенов примерно на 30 баксов - и я взял дело в свои руки, потому что ИИ выдумывал всё более и более изобретательные причины того, почему прошивка не компилируется, но вот выдумать компилирующуся прошивку не мог никак.

Часто бывает такая ситуация, что вы разрабатываете прошивку для электронной платы у которой есть ADC порты.

Рано или поздно Вам придется как-то убедиться, что ADC в самом деле измеряют то напряжение, что приложено со стороны улицы.

И тут выясняется, что нужен прибор, который способен по команде выставлять на проводе разнообразные постоянные напряжения. Таким прибором, внезапно, является любой нормальный лабораторный блок питания.

Привет, Хабр! Сегодня мы поговорим о реализации базовой версии эмулятора консоли NES на отечественном микроконтроллере К1921ВГ1Т и даже поиграем на нём в игры.

Разбираю субсидию 300 миллионов на внедрение российских ПО и ПАК. Если вы промышленник, читайте внимательно: возможно, это ваш шанс. Или нет.

Сейчас студенты поголовно пишут резюме с помощью ИИ, и ИИ поголовно делает им интересное западло: оно вставляет им среди рабочих навыков SVA, то есть SystemVerilog Assertions (ниже я расскажу что это). При виде SVA в резюме я тут же прошу кандидата написать некий простейший SVA на три строчки, и начинается извивание ужа на сковородке:

Как я уже писал в своей прошлой статье, дурная голова рукам покоя не даёт. Так что не прошло и месяца после завершения работы над звонком, как руки уже начали чесаться. И занятие им нашлось достаточно быстро...

Я пользуюсь MAD CATZ S.T.R.I.K.E. 7, которая всем чудо как хороша, кроме того, что вышла больше 10 лет назад, её производитель обанкротился в 2014 и её софт на Win 11 уже надо ставить с бубном. Все мы смертны, клавиатуры - тем более, так что я стал задумываться над заменой. Но проблема в том, что я привык к россыпи макроклавиш, которые позволяют одним нажатием, не задействуя мозг, переключать ветки гита, исправлять криво введённые команды или вбивать пароли в окошки по 15 раз за день (о боги хаоса, как я "люблю" параноиков-безопасников). А современные клавы имеют в лучшем случае 4-5 макроклавиш (что вдвое меньше, чем нужно), а некоторые ещё и стоят как приватный остров. И тут в унынии я наткнулся на это...

В данной статье рассматривается процесс настройки vscode для разработки встроенного ПО на базе ядер cortex-M и процессе превращения редактора в полноценную IDE. При этом большинство представленных расширений являются универсальными и применимы в широком спектре задач программирования.

В отличии от проприетарных решений, таких как Keil, подход использования редактора vscode + компилятор gcc позволяет гибко настроить каждый пункт от начала разработки до релиза продукта. За время своей работы мною было опробованы разные решения: от классического keil до связки sublime и CodeSourcery. В последние годы я перешел на vscode + msys2: практически все ПО Open Source, не требует лицензий, не ограничено 32 Кб кода и может работать без сети интернет.

← Третья часть

Сколько себя помню, я любил играть в LEGO. Больше всего меня восхищало то, что из одного и того же набора типов блоков можно построить что угодно: главными были не блоки, а воображение или план, показывающий, в каком порядке их соединять. Мой проект работает аналогичным образом: один набор исходников, хороший план и множество различных способов собирать и тестировать его.

В этой части я расскажу об окружениях и их взаимосвязи.

Главный принцип этого фреймворка заключается в том, что единственный набор файлов исходников на Verilog можно без изменений использовать в различных средах сборки:

ModelSim для потактово точной симуляции HDL с волновым выводом

Verilator для быстрой симуляции на C++, с тестовой обвязкой (calctest) и другими инструментами

Десктопное приложение на Qt для интерактивной работы с интегрированным отладчиком на уровне исходников

Qt WebAssembly для запуска калькулятора в браузере с попиксельной точностью

Quartus для синтеза и записи на физическую плату FPGA

Каждое из окружений позволило выявлять свой класс багов. ModelSim отлавливает проблемы таймингов на уровне сигналов. Verilator обладает достаточной скоростью для проверки тысяч тестовых векторов. Симулятор на Qt позволяет удобно пользоваться интерактивной отладкой. WebAssembly доказывает работоспособность кода в совершенно иной среде исполнения, в которой видением приложения можно поделиться со всем миром. Целевая платформа FPGA, реальная плата — это то, что можно потрогать, окончательная реализация идеи.

В предыдущем посте мы ответили на вопрос о реализуемости проекта: да, tan, ln, exp и sqrt можно при помощи различных трюков вычислить из сложения, вычитания и умножения. В этом посте мы поговорим о том, как делать это корректно с точностью до 16 десятичных разрядов при помощи проверенной эталонной реализации, относительно которой мы будем в дальнейшем тестировать оборудование.

Когда я начинал этот проект в 2021 году, мне нужен был код на C++, который бы реализовывал алгоритмы на основе примитивов BCD и проверял результаты. Этот код превратился в подпроект Methods. Он заработал, но в нём возникли небольшие баги с шириной мантиссы, из-за которых тестовые результаты оказались ненадёжными в пределах одного-двух последних разрядов. Вместо того, чтобы патчить его, я в 2025 году переписал всё с нуля в рамках подпроекта Proto: более чистой архитектуры, правильного эталона и генератора тестовых векторов оборудования, относительно которого можно валидировать микрокод FPGA.

Предыстория

Добрый день, уважаемый читатель. Как и в других моих статьях, я решил что-то собрать полностью с нуля.

Несколько лет назад я участвовал в соревнованиях по электронике и очень вдохновился интересным подходом и вовлеченностью разработчиков заданий. Прошло время, стал ездить на соревнования в качестве эксперта и в какой-то момент решил разработать устройство для одного из этапов соревнований – «программирование».

В статье я немного расскажу про этапы соревнований, про идею и реализацию моего устройства для этапа «программирование», а также про путь проектирования и сборки печатной платы, моделирования и печати корпуса, написания тестовой прошивки и разработки заданий для участников. Повествование будет в хронологическом порядке. Потратил на весь путь около года ради нескольких часов соревнований. Но это лишь мое хобби.