Программирование микроконтроллеров *

Добрый день, уважаемые хабровчане!
После длительного перерыва, связанного с защитой дипломного проекта в Бауманке, я снова вернулся к написанию статей. Так как с недавнего времени я занялся 32-битными микроконтроллерами серии STM32F на ядре ARM Cortex-M3, об этом и пойдет мой рассказ. Мне статья поможет систематизировать знания об этих замечательных микроконтроллерах, а вам, я надеюсь, послужит одной из ступеней на пути к их использованию и развеет страхи и сомнения, которые всегда возникают после уютных 8-битных AVRок при упоминании страшных 32-битных монстров.
Итак, почему Cortex, чем же плохи АVR?

В тематическом блоге «Программинг микроконтроллеров» уже было несколько статей по поводу выбора первого микроконтроллера и начала работы с ним. Не менее интересны были и комментарии к таким статьям. Одна из мыслей, которая несколько раз поднималась там — это что не все, кто имеют интерес к МК, приходят к ним от транзисторов. Некоторые (дай бог, чтобы побольше), приходят к ним со стороны (прикладного) программирования. Рекомендовать таким людям брать в руки паяльник — не разумно, у них и так есть вещи, которые они могут «попаять». Так мы приходим к слову «Arduino», которое уже многие слышали. Среди бывалых с паяльниками существует стереотип — Arduino это платка на AVR для ленивых. Так ли это? Эта статья — попытка наглядно показать, что Arduino — это не про AVR и не про лень, Arduino — это архитектурно-независимая электронно-механическая платформа совместимых компонентов, по (относительной) значимости не менее важная, чем (в свое время) IBM S/360, IBM PC или USB.

Прочитав эту статью я заметил большой интерес к выбору микроконтроллера у читателей и решил взглянуть на эту проблему с другой стороны.
Могу предположить, что всех интересует выбор их первого, либо первого 32-х битного МК.

Тем, кто знает, что на фотографии нет ни одного микроконтроллера — прошу в комментарии, дополнить мой рассказ и тем самым поделиться своим опытом с начинающими. Остальным, непременно под кат!

Про генераторы случайных чисел написано очень много, но почти всегда, когда дело доходит до реализации, подразумевается (или явно говорится), что речь идет об x86/x64 и других «взрослых» архитектурах. В то же время, форумы, посвященные разработке устройств на микроконтроллерах, пестрят вопросами «как мне сгенерировать случайное число на %controllername%?». Причем диапазон ответов простирается от «смотри гугл/википедию» до «используй стандартную функцию». Далеко не всегда эта «стандартная функция» есть и устраивает разработчика по всем параметрам, чаще наоборот: то числа получаются далеки от случайных, то скорость работы слишком мала, а то полученный код вообще не помещается в свободную память.
Попробуем разобраться, какие бывают алгоритмы генерации случайных чисел, как выбрать подходящий, а главное, в чем особенности реализации этих алгоритмов на контроллерах.

Года так 2 назад на одном из форумов по радиоэлектронике я попросил посоветовать, какой микроконтроллер изучать — и больше всего голосов было в поддержку AVR — популярных, 8-и битных МК, под которые легко писать, программатор можно сделать одной рукой (из проводов и резисторов)… Будущее было ясным и безоблачным, пока в 2009-м году не пошли новости про новые микроконтроллеры на ядре ARM Cortex-M0, которые должны были стоить меньше 1$ (во что в принципе никто не верил) и перекрыть кислород 8-и битным микроконтроллерам.

Сейчас на дворе середина 2011 года и пришла пора посмотреть, что и по какой цене у нас можно купить, и какая получается расстановка сил (цены — из terraelectronica.ru).

Привет, Хабр!

В этом небольшом топике будет показано как использовать популярную IDE Code::Blocks 10.5 для написания программ для микроконтроллеров семейства AVR фирмы ATMEL.

Итак, всем любителям ретро игр, пиксель арта, железа типа arduino и тех, у кого закрадывалась мысль написать свою простенькую игру, при этом не сильно вдаваясь в дебри даташитов!

Хочу представить вам 8-битный игровой хендхелд, на микроконтроллере Atmega-328, с большим, ярким экраном с пикселями, которые невозможно не заметить.
На борту есть: 32КБ памяти для вашего кода, 6 кнопок, простенький динамик, 8 дополнительных диодов и разъем для программирования и обмена данными.



Что можно сделать с такими малыми ресурсами?
Но ведь в любом деле основной ресурс — это ваше воображение и опыт!

Не так давно друг предложил мне работу, связанную с созданием прошивки для микроконтроллера, который должен был связываться с сервером при помощи GSM-модуля SIM900D. Ранее я с программированием микроконтроллеров дела не имел, да и на C программировал последний раз в студенческие времена, но любопытство перевесило и я принялся за работу. Документация по данной железке присутствует в интернете, однако хороших примеров работы с TCP/IP в коде найти не удалось. Ничего не оставалось, кроме как обложиться документацией, запастись сигаретами и чаем и приступить к лавированию между граблями. А граблей оказалось немало. Собственно, поэтому я и написал эту статью — чтобы другим было легче.

Далее будет много AT-команд, не слишком много кода и очень много букв.

Устройства от Silicon Laboratories не пользуются широкой популярностью в любительских кругах, им далеко до таких флагманов, как Atmel. Однако у них есть и вполне доступные простому смертному микроконтроллеры основных линеек в корпусе TQFP, и стартовые комплекты USB ToolStick (о чем совсем недавно упоминалось на хабре). Я сам начал свое знакомство с микропроцессорной техникой, работая с «силабсами», и вполне успешно.
В данной статье я расскажу, каким образом можно организовать связь компьютера с МК, используя USB-интерфейс, и как Silabs попытались сделать это простым для разработчика.
В качестве испытуемого будем использовать плату С8051F320DK, с микроконтроллером соответственно F32x серии, поддерживающей USB аппаратно, и Keil'овскую среду разработки uVision4.

Доброго времени суток!

Какое Ваше отношение к оператору goto в языках С/С++? Скорее всего, когда Вы учились программировать, Вы его использовали. Потом Вы узнали, что это плохо, и Вы о нем позабыли. Хотя иногда при сложной обработке ошибок… нет-нет, там try … throw … catch. Или же для выхода из вложенных циклов … не-ет, там флаги и куча сложностей. Или когда вложенные switch … нет-нет-нет, там те же флаги.
И все-таки, иногда в ночной тиши Вы допускали в свое подсознание грешную мысль – «а почему бы не использовать вот тут goto? И программа вроде как стройней будет, и оптимально выходит. Да-а, было бы хорошо… Но нет – нельзя, забыли!».
А почему так оно?
Под катом – небольшое расследование и мое, основанное на многолетней практике и разных платформах, отношение к этому вопросу. Эта статья — аналог такой же для С++, но здесь выделены моменты именно для С и для микроконтроллеров.

Введение

Наконец-то мне удалось заполучить отладочный комплект eZ430-Chronos от компании Texas Instuments, который представляет собой полноценные спортивные наручные часы, которые построены на базе процессора CC430F6137, имеющего на борту беспроводной интерфейс передачи данных и множество других полезных плюшек.

Возможности

Пожалуй, самым необычным свойством этих часов, отличающим их от любых других, является возможность полной смены прошивки встроенного микроконтроллера или модернизации прошивки, используемой по умолчанию. Причем, обновление прошивки возможно не только с помощью физического подключения к плате часов, но и по беспроводному интерфейсу.

Отладочный комплект содержит:

• Спортивные наручные часы;
• Беспроводную точку доступа с USB-интерфейсом для связи с PC;
• Отладочный интерфейс eZ430 с USB для прошивки и отладки встроенного микроконтроллера;
• Диск с документацией и программным обеспечением;
• Микроотвертку для демонтажа;
• Два запасных винтика;
• Буклет с краткой инструкцией.

Помимо процессора с поддержкой беспроводной передачи данных, на борту часов находятся датчик температуры, датчик давления (высотомер) и 3-осевой акселерометр.

Наткнулся сегодня на интересную новость. Компания NXP предлагает поделиться видеозаписью (или фотографией) процесса физического уничтожения любого 8- или 16-битного микроконтроллера, в обмен на которые они обещают бесплатно выслать свою отладочную плату на базе Cortex-M0 контроллера LPC1114 — LPCXpresso.

Платка эта представляет собой комплект из отладочного интерфейса JTAG/SWD с USB интерфейсом и целевого процессора LPC1114.



Информации по доставке в Россию пока нет, однако зарегистрироваться и отправить фотографию у меня удалось успешно.

Собственно, вот ссылка на страницу регистрации.

Там же можно посмотреть видеоподборку, где народ громит молотком свои микроконтроллеры.

Статья адресована начинающим разработчикам радиоэлектронной аппаратуры и посвящена линейке отладочных средств USB Toolstick компании Silicon Laboratories (Silabs), позволяющих осущуствить быстрый и безболезненный старт в области изучения и программирования микроконтроллеров.

Часто при работе микроконтроллерного устройства есть необходимость отсчитывать «антропоморфное» время – сколько долей секунды светиться светодиоду, максимальный промежуток времени double-click и т. д. В общем, отсчитывать не только нано- и микросекунды, но и десятки миллисекунд, а то и секунды, минуты и даже часы (боюсь сказать о сутках…).
В то же время в микроконтроллерах нередко нужно одновременно с этим иметь дело с микросекундами – периоды импульсов, антидребезговое ожидание и т. п.
Есть также устройства, которые работают непрерывно многие часы и даже сутки – авиационная техника, автомобильная, скважинные устройства (там речь идет иной раз о непрерывной работе несколько дней). В этих случаях недопустимо переполнение таймеров и 8-битных переменных.
Хотелось бы это все объединить в одно изящное и универсальное решение – иметь средство измерения времени с точностью до микросекунды, не переполняющееся несколько дней.
Почему бы и нет? Помучился я некоторое время и родил решение для 8-битных микроконтроллеров AVR. Для этого я задействовал 8-битный таймер-счетчик и 4х-байтную переменную. С PIC-ами и AT89 я сейчас не работаю, а с другими embedded-платформами не дружу. Впрочем, если читатели помогут – сделаю и для них.
Достоинства – код в высшей степени повторяемый (я уже 5-ое устройство с ним делаю); простота в работе (не используются прерывания для клиентской части работы); клиентская часть кода условно платформенно-независимая; в прерывании – одна операция суммирования (но, правда, для 4-хбайтной величины); нет внешнего устройства — таймера реального времени.
Недостаток я нашел один – занят один такой полезный и всегда нужный таймер…
Статья будет интересна в первую очередь начинающим — Америку я тут не открыл.

Часть 1

Итак, мы закупились всем необходимым. Настало время развернуть эксперементальную лабораторию!

Часть 2

На хабре есть много статей, посвященных созданию прикольных самопальных девайсов на базе микроконтроллеров, взять хотябы замечательную серию про необычный подарок (1, 2, 3) и дополнение про сенсорную клавиатуру. Они вызывают энтузиазм, побуждают к экспериментам, но вот возникает примерно такая фраза: «А теперь, значит, рисуем схему, разводим плату, травим, запаиваем, пишем прошивку, заливаем, и дело в шляпе». Вот тут-то у меня, как кодера, ни разу не державшего в руках паяльника, эти самые руки и опускались, ибо все пункты кроме написания прошивки были недоступны.

Но все меняется, когда желание пересиливает лень! В этой статье я расскажу, с чего начать, чтобы приобщиться к экспериментам с микроконтроллерами.

_{Под катом чуть менее мегабайта картинок}

Многие разработчики устройств на микроконтроллерах хотя бы однажды сталкивались с ситуацией, когда выбранный МК подходит по всем параметрам (быстродействие, объем памяти, наличие нужных функций), за исключением количества портов ввода-вывода. Особенно обидно, когда не хватает всего одной «ножки» и из-за этого приходится выбирать следующую модель чипа. Она будет занимать больше места на плате, потреблять больше энергии, наконец будет просто дороже стоить.

Чтобы сэкономить порт, разработчики прибегают к невероятным ухищрениям. Например, на одном форуме мне встретился способ управления сдвиговым регистром по одному порту (данные и тактовый импульс) через RC-цепочку. Некоторые такие способы приводят к снижению надежности работы устройства и ухудшению его повторяемости (зависят от параметров конкретного экземпляра микросхемы), поэтому прибегать к ним следует с осторожностью, проанализировав все «за» и «против».

Однако есть способ найти «лишний» порт, который прост, работает стабильно и может быть применен во многих случаях. Это — использование вывода RESET.

У тебя наверняка не раз возникала ситуация, когда программные логгеры клавы не могли решить поставленных задач. Например, отловить пароль от биоса с помощью программного кейлоггера, загружаемого системой, невозможно. Лично я столкнулся с подобной проблемой, когда мне нужно было узнать админский пароль в локальной сети одной фирмы. Тогда я и подумал, что было бы очень круто сделать «железный» логгер, который бы подключался между клавиатурой и компьютером и ловил все нажатые клавиши, начиная с включения компьютера. В предлагаемой статье изложены принципы работы PS/2 интерфейса, и перехват данных, передаваемых по нему.


Парочка аппаратных логгеров клавиатуры

Принципы

Для того чтобы сконструировать подобное устройство, сначала нужно разобраться с тем, как же работает клавиатура. Есть два основных типа клавиатур: АТ (старый стандарт) и PS/2. Отличаются они только разъемами: АТ имеет DIN, а PS/2 — miniDIN. Первый — большой круглый разъемчик с пятью штырьками, второй — маленький, как у мышки, с шестью пинами. По протоколу обмена они полностью совместимы. Наверняка, ты видел переходники с широких старых разъемов на новые маленькие. Этот стандарт появился еще в 1984 году вместе с первым персональным компьютером IBM PC и используется по сей день, практически не претерпев никаких изменений.

В первой части мы разобрали как можно прошить выбранный МК, как его правильно сконфигурировать, а так же научились работать с цифровыми портами.
Теперь пришло время рассмотреть остальную периферию микроконтроллера.

Выбор микроконтроллера обычно осуществляется под необходимые задачи. Для изучения хорошо подойдет популярный МК с минимальным набором периферии: PIC16F628A.