Программирование микроконтроллеров *

Здравствуйте, уважаемое сообщество!
На Хабре уже много сказано слов о различных устройствах автоматизации, начиная от простых Arduino, заканчивая промышленными многопроцессорными системами. Я же хочу закрасить очередное белое пятно на карте хабро-автоматики статьей о промежуточных устройствах — программируемых реле, на примере микропроцессорных устройств Easy производства корпорации Eaton (Moeller).
Прошло уже достаточно много времени с моего первого знакомства с данным типом устройств, но по-прежнему, эти «электронные малыши» остаются незаменимыми помощниками для реализации широкого спектра инженерных и бытовых задач.

Да, iTouch офигителен. Но кому нужно такое «закрытое» устройство? Может, лучше сделать свой гаджет с сенсорным экраном, написать свои программы — всё с использованием свободных железа и программ? Ну да, пусть этот гаджет не умеет воспроизводить MP3, но в нём есть цветной сенсорный (резистивный) TFT экран 320x240 точек, 8-битный микроконтроллер Atmega32u4, зарядное устройство для литий-полимерных аккумуляторов, управление подсветкой, разъем для microSD и трехосевой акселерометр. Любопытная штучка, особенно для тех, кто любит что-нибудь делать своими руками, как думаете?

Представляю вашему вниманию библиотеку microrl (on github), предназначенную для организации консольного интерфейса в разного рода встраиваемых железках на микроконтроллерах.

Зачем нам консоль в МК?

Текстовый консольный интерфейс обладает рядом преимуществ для встраиваемых систем, при всей своей мощи и простоте (ведь текст, в отличие от светодиода, говорит сам за себя!):

• Требует относительно мало ресурсов МК, и минимум аппаратных затрат — последовательный интерфейс типа UART или любой другой имеющийся в МК, это может быть встроенный USB или внешний USB-Com адаптер или даже TCP если ваше микроконтроллер достаточно серьезный.
• Удобно подключаться — достаточно терминала поддерживающего Com-port (putty для Windows или minicom для linux).
• Удобно использовать — цветной вывод в терминал, поддержка авто-дополнений, горячих клавиш и истории ввода.

Здравствуйте. В короткой серии постов я постараюсь описать возможности, и подходы работы с одной из наиболее популярной и развивающейся РТОС для микроконтроллеров – FreeRTOS. Я предпологаю базовое знакомство читателя с теорией многозадачности, о которой можно почитать в одном из соседних постов на Хабре или ещё где-то.
Ссылки на остальные части:
FreeRTOS: межпроцессное взаимодействие.
FreeRTOS: мьютексы и критические секции.

В НГТУ, где я учусь на факультете энергетики, основная масса лабораторных работ проходит на очень старых стендах. Неверные показания измерительных приборов, постоянные сбои и поломки, да и просто неудобное управление вызывает массу неудобств и мешает изучению исследуемых физических процессов. В связи с этим у меня и моего преподавателя возникла идея усовершенствования таких стендов при помощи микроконтроллеров.

После моей недавней статьи на хабре про рвущие все по цене армы было высказано много мнений, что ARM-у нужна 4-6-слойная плата, ну уж 2 то как минимум, и куча обвязки.

Я решил попробовать доказать, что это далеко от истины, и сделал платку, проще которой трудно: 1 сторонняя, 1 обязательный конденсатор (до стабилизатора не обязательно), 1 резистор, один стабилизатор 3.3V, и наконец младший STM32: STM32F100C4T6B — 16кб флеш, 4кб SRAM, 48 ног, Cortex-M3(!!!) с DMA, дебагом на лету, 32*32+32->32 за 1 такт и всеми прочими радостями за 28 рублей.

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?

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).

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!

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.

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.

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.

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.

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.