среда, 8 октября 2014 г.

Загрузка прошивки в arduino

В некоторых своих статьях я привожу код на Си и ассемблере. Зачем это в статьях про ардуино? Какая практическая ценность этой информации? Конечно приятно наблюдать работу программы в симуляторе, но намного приятнее видеть работу этой программы в реальном устройстве. И в этой статье я расскажу как программу написанную и скомпилированную в любой среде разработки поддерживающей микроконтроллеры AVR загрузить в ардуино. Эта статья не о программировании микроконтроллеров AVR. В данной статье описано как загрузить прошивку используя исключительно возможности самой ардуино. Никакого дополнительного оборудования и специального программного обеспечения не потребуется.


На данный момент существует немало различных платок ардуино. В них используются разные микроконтроллеры. Но во все микроконтроллеры ардуино уже записан загрузчик (Boot Loader). Стандартный загрузчик ардуино вполне можно использовать для установки любой прошивки в микроконтроллер.

Сразу скажу, в разных платках ардуино установлены разные загрузчики. Однако для работы с ними всеми в Arduino IDE используется всего одна программа. Называется она AVRDUDE. Это очень хорошая программа, поэтому установка какого либо дополнительного программного обеспечения и не требуется.

При таком подходе сохраняется возможность программирования платок ардуино обычным образом. В любой момент можно вернутся к скетчам и родной Arduino IDE.

Информацию об AVRDUDE можно найти на http://www.nongnu.org/avrdude/ Это консольная программа. Но ничего страшного в этом нет. Работать с этой программой не сложно.

В качестве подопытного будет Arduino Nano с микроконтроллером ATmega168



Для этой статьи мной была написана небольшая программка на ассемблере

;---------------------------------------------
; Program      :
; Compiler     : AVR Studio
; Chip type    : ATmega168
; System Clock : 16 MHz
; Date         :
;---------------------------------------------

.include "m168def.inc"

;---------------------------------------------
; Interrupt vectors

        .cseg

        .org 0x0000    ; Reset
        jmp RESET
        .org 0x0002    ; External Interrupt Request 0
        reti
        .org 0x0004    ; External Interrupt Request 1
        reti
        .org 0x0006    ; Pin Change Interrupt Request 0
        reti
        .org 0x0008    ; Pin Change Interrupt Request 1
        reti
        .org 0x000A    ; Pin Change Interrupt Request 2
        reti
        .org 0x000C    ; Watchdog Time-out Interrupt
        reti
        .org 0x000E    ; Timer/Counter 2 Compare Match A
        reti
        .org 0x0010    ; Timer/Counter 2 Compare Match B
        reti
        .org 0x0012    ; Timer/Counter 2 Overflow
        reti
        .org 0x0014    ; Timer/Counter 1 Capture Event
        reti
        .org 0x0016    ; Timer/Counter 1 Compare Match A
        reti
        .org 0x0018    ; Timer/Counter 1 Compare Match B
        reti
        .org 0x001A    ; Timer/Counter 1 Overflow
        reti
        .org 0x001C    ; Timer/Counter 0 Compare Match A
        reti
        .org 0x001E    ; Timer/Counter 0 Compare Match B
        reti
        .org 0x0020    ; Timer/Counter 0 Overflow
        reti
        .org 0x0022    ; SPI Serial Transfer Complete
        reti
        .org 0x0024    ; USART, Rx Complete
        reti
        .org 0x0026    ; USART, UDR Empty
        reti
        .org 0x0028    ; USART, Tx Complete
        reti
        .org 0x002A    ; ADC Conversion Complete
        reti
        .org 0x002C    ; EEPROM Ready
        reti
        .org 0x002E    ; Analog Comparator
        reti
        .org 0x0030    ; Two-wire Serial Interface
        reti
        .org 0x0032    ; Store Program Memory Read
        reti

        .org INT_VECTORS_SIZE

;---------------------------------------------

RESET:

;---------------------------------------------
; Steck initialization

        ldi R16, Low(RAMEND)
        out SPL, R16
        ldi R16, High(RAMEND)
        out SPH, R16

;---------------------------------------------
; Input/Output Ports

        ldi R16, 0b00000000
        out PORTB, R16

        ldi R16, 0b00000001
        out DDRB, R16

        ldi R16, 0b00000000
        out PORTC, R16

        ldi R16, 0b00000000
        out DDRC, R16

        ldi R16, 0b00000000
        out PORTD, R16

        ldi R16, 0b00000000
        out DDRD, R16

;---------------------------------------------
; main

main:

        ldi R16, 0x00 ; low byte
        ldi R17, 0xD4 ; middle byte
        ldi R18, 0x30 ; high byte

loop:

        subi R16, 1
        sbci R17, 0
        sbci R18, 0
        brcc loop

        ldi R16, 0b00000001
        in R17, PORTB
        eor R17, R16
        out PORTB, R17

        rjmp main

;---------------------------------------------

Эта программа мигает светодиодом на восьмом цифровом выводе ардуино (PB0).

Скомпилированную в AVR Studio прошивку можно скачать с https://yadi.sk/d/0yTeoaGCbtewK Прошивочка в zip архиве. Прежде чем загружать прошивку в микроконтроллер её нужно извлечь из архива :)

Для удобства я создал папку avr на диске C и туда поместил прошивку.

Стандартное ПО ардуино у меня также установлено на диске C.

Далее нужно подключить Arduino Nano к ПК. Узнать какой номер COM порта Windows присвоила ардуино можно через Arduino IDE.

Теперь необходимо запустить программу для работы с avrdude. В Windows 7 это можно сделать как то так

Пуск - Все программы - Стандартные - Командная строка

В тестовых целях рекомендуется посмотреть краткую справочку по avrdude. Для этого в командной строке необходимо вызвать avrdude без каких либо параметров. В моем случае в командной строке нужно написать

C:\arduino-1.0.6\hardware\tools\avr\bin\avrdude.exe

Нажимаете Enter и просвещаетесь. Впрочем, тот кто ранее просмотрел документацию к avrdude ничего нового в этой справке не найдет.

Если все получилось, тогда можно пробовать загружать прошивку в ардуино. Для этого в командной строке пишется нечто похожее на

C:\arduino-1.0.6\hardware\tools\avr\bin\avrdude.exe -C C:\arduino-1.0.6\hardware\tools\avr\etc\avrdude.conf -p m168 -c arduino -P com19 -b 19200 -D -U flash:w:"C:\avr\nano168.hex":i

В итоге должно получится так



И светодиод на цифровой ножке 8 замигает. Программа написанная на ассемблере и скомпилированная в AVR Studio загружена в Arduino Nano (ATmega168).

Теперь немного пояснений.

C:\arduino-1.0.6\hardware\tools\avr\bin\avrdude.exe

Это путь к исполняемому файлу программы  avrdude.

-C

Эта опция предписывает avrdude использовать конфигурационный файл находящийся по указанному далее адресу.

C:\arduino-1.0.6\hardware\tools\avr\etc\avrdude.conf

Здесь в моей Arduino IDE размещен конфигурационный файл avrdude.

-p

Эта опция сообщает avrdude, что программе предстоит работать с указанным далее микроконтроллером

m168

Это обозначение микроконтроллера ATmega168 в конфигурационном файле avrdude Arduino IDE. При наличии желания можно посмотреть список всех микроконтроллеров с которыми работает конкретная версия avrdude. Для этого в командной строке нужно ввести

C:\arduino-1.0.6\hardware\tools\avr\bin\avrdude.exe -C C:\arduino-1.0.6\hardware\tools\avr\etc\avrdude.conf -p ?

Вообще то avrdude может работать с любым микроконтроллером AVR. Если контроллера нет в списке, то это можно исправить. Нужно лишь отредактировать конфигурационный файл avrdude сообщив программе параметры этого микроконтроллера.

-c

Эта опция сообщает avrdude о том, какой используется инструмент для программирования микроконтроллера.

arduino

Именно так обозначается загрузчик Arduino Nano в конфигурационном файле avrdude. Посмотреть список всех поддерживаемых avrdude инструментов программирования микроконтроллеров можно введя в командной строке

C:\arduino-1.0.6\hardware\tools\avr\bin\avrdude.exe -C C:\arduino-1.0.6\hardware\tools\avr\etc\avrdude.conf -c ?

Список весьма впечатляющий.

-P

Эта опция указывает avrdude на порт который Windows присвоила ардуино.

com19

У меня это COM19.

-b

Через эту опцию определяется скорость обмена данными между ардуино и avrdude.

19200

Именно на 19200 bps работает загрузчик Arduino Nano с микроконтроллером ATmega168.

-D

Эта опция предписывает avrdude не выполнять автоматическую очистку flash памяти микроконтроллера.

-U

Эта опция определяет, что avrdude будет делать с микроконтроллером. Мне нужно записать прошивку в flash память микроконтроллера. Поэтому далее я указываю

flash:w:"C:\avr\nano168.hex":i

Эта строка также состоит из отдельных частей разделенных двоеточием.

flash

Эта часть указывает, что какие то манипуляции должны быть выполнены с памятью программ микроконтроллера.

w

Эта часть говорит avrdude, что необходимо выполнить запись данных.

"C:\avr\nano168.hex"

Здесь указывается полный путь к файлу содержащему прошивку которая должна быть записана в память программ микроконтроллера. Обратите внимание на кавычки. Они обязательны.

i

Эта часть сообщает avrdude, что данные в файле записаны в формате Intel Hex. Если формат не известен, можно вместо i ввести a. Тогда avrdude попытается самостоятельно определить формат.

В заключении я приведу таблицу, которая поможет аналогичным способом загружать прошивки в различные ардуинки.

Board Microcontroller Flash Memory -p -c -b
Arduino Uno ATmega328 32256 B m328p arduino 115200
Arduino Duemilanove ATmega328 30720 B m328p arduino 57600
Arduino Duemilanove ATmega168 14336 B m168 arduino 19200
Arduino Dicimila ATmega168 14336 B m168 arduino 19200
Arduino Nano ATmega328 30720 B m328p arduino 57600
Arduino Nano ATmega168 14336 B m168 arduino 19200
Arduino Mega 2560 ATmega2560 258048 B m2560 wiring 115200
Arduino Mega ATmega1280 126976 B m1280 arduino 57600
Arduino Leonardo ATmega32U4 28672 B m32u4 avr109 57600
Arduino Micro ATmega32U4 28672 B m32u4 avr109 57600
Arduino Mini ATmega328 28672 B m328p arduino 115200
Arduino Mini ATmega168 14336 B m168 arduino 19200
Arduino Pro Mini (5V, 16MHz) ATmega328 30720 B m328p arduino 57600
Arduino Pro Mini (5V, 16MHz) ATmega168 14336 B m168 arduino 19200
Arduino Pro Mini (3.3V, 8MHz) ATmega328 30720 B m328p arduino 57600
Arduino Pro Mini (3.3V, 8MHz) ATmega168 14336 B m168 arduino 19200
Arduino NG ATmega168 14336 B m168 arduino 19200
Arduino NG ATmega8 7168 B m8 arduino 19200

Немного поясню. В столбике Board перечислены платки ардуино. В столбике Microcontroller указан микроконтроллер используемый на этой платке. На платках с одинаковым названием могут использоваться разные микроконтроллеры. В столбике Flash Memory указан объем доступной программисту памяти программ. Часть памяти уже занята загрузчиком ардуино. Это нужно учитывать при написании программ для ардуино. Столбики -p, -c и -b содержат значения одноименных опций avrdude для каждой ардуино платки.