Программирование микроконтроллеров *

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.

Эта статья направлена на новичков в программировании микроконтроллеров семейства PIC16 от Microchip. В нашем случае, я выбрал немного превосходящий микроконтроллер для таких задач, а именно — PIC16F876A. Программирование микроконтроллера будем производить в MPLAB IDE.

Цель работы: собрать схему, которая будет мигать светодиодом, внимание, с применением ШИМ.

И так, цель задачи обозначили. Теперь перейдем к реализации наших планов.

В продолжение темы о создании собственного USB-гаджета.
Создание простого устройства.

Раз устройство планируется подключать к ПК, значит вероятнее всего потребуется передача данных между устройством и ПК.
Начнем писать прошивку и софт, наладив связь между ними.

Последние полгода я участвую в разработке первого в своей жизни USB-устройства и прикладного ПО к нему, и сейчас хочу поделиться своим пониманием того, как там всё работает: микроконтроллер, драйвер, прикладное ПО. Также затрону вопрос о выборе идентификаторов VID/PID. Список полезных ссылок для желающих более подробно разобраться в теме прилагается.

Все то оно хорошо, когда мигает в симуляторе светодиод, но неплохо бы посмотреть на это действо вживую.
Расскажу коротко об аппаратной части сего процесса.

Если в первой статье все получилось хорошо — мы получили базовую программную обстановку для продолжения обучения.

Едем дальше.

Как я говорил ранее, пока что объяснять буду на базе МК PIC16F628A.
Обязательно качаем документацию на него. Рекомендую для поиска — alldatasheet.com
DataSheet — главный документ при разработке на базе МК.
Рекомендую распечатывать основные таблицы и разделы для удобства пользования.

Открываем ДШ.

Наиболее важные сведения о кристалле:
— максимальная рабочая частота — 20МГц;
— 2048х14 бит флеш-ПЗУ;
— 224 байта статической ОЗУ;
— 128 байт энергонезависимой ПЗУ;
— 16 доступных выводов;
— модуль приемо-передатчика;
— 3 таймера.

Данный кристалл — представитель так называемого среднего (Mid-range) семейства МК PIC.

Вкратце расскажу о том, что обязательно нужно понимать.

Доброго тебе времени суток, хороший человек.

Это вводная статья из небольшого цикла о программировании МК PIC16/18 на языке C.

Необходимый минимум:
ПО:
— MPLAB;
— собственно компилятор C;
— Proteus ISIS;
Железо:
— отладочная плата;
— программатор.

MPLAB — среда разработки от Microchip. Скачать можно на офсайте. Полностью бесплатна.
Содержит компилятор с языка ассемблера, позволяет провести полный цикл разработки в том числе и прошивку(при наличии соответствующего программатора).
Большинство компиляторов языка C имеют механизмы встраивания в эту среду.
Качаем обязательно.

Компилятор C.
Здесь уже немного сложнее с выбором.
Список того, на что я советую обратить внимание:
— CCS PICC;
— Micro-C;
— IAR C;
— HT-PICC;
— Microchip C18;

Для интересующихся программированием микроконтроллеров подсказываю про существование замечательного плагина для Eclipse, упрощающего разработку софта: AVR Eclipse plug-in. Он позволяет выбрать из списка процессор, создать hex и с помощью avrdude загрузить прошивку, плюс различные бантики с просмотром и редактированием отдельных битов в регистрах и фьюзах.

Про IDE Eclipse я здесь рассказывать не буду — большинство присутствующих его знают и используют, а для тех, кто с ним пока не знаком, найдется немало мануалов по установке.
Вначале установим все необходимое для разработки под AVR:

apt-get install avr-gcc avr-binutils avr-libc avrdude

Теперь запускаем Эклипс, заходим в Help->Software updates->Add site… и вписываем туда адрес сайта плагина avr-eclipse.sourceforge.net/updatesite
Жмем Ok, перезапускаем Эклипс и видим в мастере проектов новый пункт «AVR Cross Target Application». Выбираете процессор, тактовую частоту — и вперед!

Успешной работы и правильных фьюзов ;)

Теперь, когда инструмент готов, его уже можно и нужно использовать.

Предварительно пара слов про Главный Таймер.