Mikrokontrolery

mikrokontrolery są to programowalne, scalone układy cyfrowe integrujące w sobie jednostkę centralną (CPU), pamięć (zarówno operacyjną jak i służącą do przechowywania programu oraz danych) oraz układy wspomagające takie jak przetworniki analogowo-cyfrowe, ... .

W dziale tym zajmiemy się głównie układami opartymi na mikrokontrolerach AVR oraz programowaniem tych układów w C (z elementami asemblera). Na wstępie zachęcam do zapoznania się z instrukcją modułu zawierającego mikrokontroler ATMega128, dodatkowy RAM (z zewnętrznym kontrolerem pamięci) oraz kontroler ethernetowy: MMnet02 (zwłaszcza opis działania kontrolera pamięci i metody podłączenia do wyświetlacza LCD - uświadamia też pewne aspekty działania PC) oraz z materiałami z zajęć na Wydziale Fizyki UW na temat sterowanie z wykorzystaniem komputera. Zachęcam też do zajrzenia do działu programowanie w C/C++ na mojej stronie.

Potrzebne oprogramowanie i sprzęt:

* mikrokontroler z podpiętym czymś do wejść oraz wyjść
* kompilator avr-gcc (dostępny dla Linuxa oraz w WinAVR dla Windows) wraz z blibliotek avrc
* programator isp lub jtag (zarówno soft, jak i na ogół sprzęt, projekt prostego programatora SIP)
* debugger, symulator, ...

Kompilacja (programów w C dla AVR):

Kompilujemy i linkujemy: avr-gcc -mmcu=atmega128 -Os -ggdb plik_zrodlowy.c -o plik_wynikowy.o
Tworzymy plik hex:avr-objcopy -O ihex plik_wejsciowy.elf plik_wynikowy.hex

Debugowanie, ...:

O debugowaniu, dezasemblerowaniu i symulacji z wykorzystaniem narzędzi linuxowych napisałem w "Debugowanie (gdb)". Jednak opisany tam program do symulacji nie jest jeszcze idealny i może się zdarzyć że nie będzie działał poprawnie, drobne problemy miałem też z jtag. Wtedy pozostaje skorzystanie z Atmelowskiego "AVRStudio". Pakiet ten potrafi wczytać plik hex, dokonać jego dezasembleryzacji oraz symulować działanie tej aplikacji (zarówno softwarowo jak i w układzie docelowym (przez jtag)).

Przy szukaniu błędów w programie uruchamianym już w układzie bardzo przydatny jest port szeregowy przez który program może podawać co aktualnie robi, a my możemy wpływać na jego działanie. Przykłady wykorzystania portu szeregowego można zobaczyć m.in. w moim projekcie "Sterownik ogrzewania akwariowego".

Nut/OS

Jednym z projektów dotyczących programowania mikrokontrolerów jest dystrybuowany na zasadach licencji typu BSD system czasu rzeczywistego z stosem TCP/IP - Nut/OS. Poniżej zamieszczę krótki poradnik dotyczący wykorzystania tego systemu w wspomnianym wyżej module sieciowym Mmnet02.

instalujemy na komputerze Nut/OS - opis instalacji Nut/OS dla Debian (możemy to też zrobić troszkę inaczej: 1. apt-get install doxygen graphviz liblua50-dev liblualib50-dev lua50 libwxbase2.6-dev libwxgtk2.6-dev wx2.6-headers; 2. w tools/nutconf/nutcomponent.c poprawiamy stosowne #include na lua50/lua.h i lua50/lauxlib.h; 3. nutconfigure -b _build -c conf/MMnet02.conf -l _lib -m avr-gcc create-buildtree)
budujemy biblioteki oraz drzewo przykładowych programów (np. przy pomocy nutconf - do NutOSa załączone są pliki opisujące konfigurację dla Mmnet02, w przypadku problemów z ściezkami warto zajrzeć do opcji programu)
w katalogu w którym utworzyliśmy drzewo z przykładowymi programami tworzymy podkatalog na nasz projekt i kopiujemy do niego plik Makefile np. z basemon i dostosowywujemy do swoich potrzeb (nazwę projektu, listę plików źródłowych, bibliotek itp.)
w katalogu naszego projektu tworzymy program ... zachęcam do skorzystania na początek z stworzonego przeze mnie nut_first.c oraz do zapoznania się z przykładami w wygenerowanym drzewie (m.in. serwer http, ftp, ...).

ARM

ARM czyli Advanced RISC Machine jest zaawansowną 32-bitową architektórą procesorów (mikrokontrolerów). Procesory tego typu bardzo często wykorzystywane są w systemach wbudowanych, routerach sprzętowych, telefonach IP itp.

Linki i moje projekty

Zachęcam także do zapoznania się z moimi projektami związanymi z programowaniem mikrokontrolerów: powiadamiacz o IM dla jabberd2 (AVR NutOS), sterownik ogrzewania (AVR), sterownik oświetlenia (AVR), centralka alarmowa, konwerter USB do RS232/RS485/8bit/OneWire/I2C/SPI.

Zobacz w Sieci: programowanie mikrokontrolera ATmega32 (m.in. opis liczników, komparatora, ...), AVR-GCC w praktyce(m.in. opis kozystania z liczników, przewań, przetwornika, ...), radzio.dxp.pl, mikrokontrolery.net, easy - soft, P.Romaniuk, dr, adiunkt IE PL, AvrSide, MU_page, The uIP Embedded TCP/IP Stack, Klinux - embedded Linux, uClinux - Embedded Linux/Microcontroller Projec, Zbigniew Czaja - strona domowa, tutorial AVR, Laboratorium Robotyki IAPW - sekcja MindStorms