tinyAVR0シリーズマイクロ波の低レベルプログラミング

あなたは8ビットまたは32ビットのプログラマーですか？私たちOMZLOは、新しい32ビットARM Cortexチップ（STM32およびSAMD）に注力してきました。これは、古い8ビットマイクロコンピューター（マイクロコントローラーユニット、MCU）と比較して、通常、より多くのRAMとより優れたパフォーマンスを提供します。 、より多くの周辺機器のサポート。そして、これらすべて-同じ、またはより低い価格で。しかし、8ビットMCUはまだその関連性を失っていません。特に、Microchipは新しいシリーズのチップ「tinyAVR0シリーズ」をリリースしました。これは、以前にリリースされたAVRチップと比較して、より最新の周辺機器での作業を可能にします。同時に、新しいチップは非常に魅力的な価格で際立っています。これらのチップは、機能を必要としない単純なデバイスの開発に最適のようです。新しい32ビットMCUが提供するもの。さらに、8ビットマイクロプロセッサはプログラミングがはるかに簡単であるため、それらに基づいて作成されたデバイスのソフトウェア部分の開発速度が向上します。



Arduino UNOの成功のおかげで、8ビットATmega328マイクロコンピューターとATtiny85のような対応するもののプログラミング機能を説明する多くのチュートリアルがインターネット上にあります。 Arduinoで使用されているプログラミング言語を使用せず、Atmel Studioなどのチップメーカーによって作成されたIDEを使用せずに、レジスタに直接アクセスすることについて話しています。これを確認するには、Googleで「atmega328blinky」を検索してください。マイクロメータをプログラムするには、AVR用のCコンパイラ、テキストエディタ、avrdude、およびAVRプログラマだけが必要です。いくつかのリソースについてATmega328をユニバーサルブレッドボードで稼働させる方法についてのガイドもあります。確かに、新しいtinyAVR 0シリーズチップについて話す場合、この種の情報を見つけるのは簡単ではありません。



もちろん、Microchipは、Windows専用に設計されたIDEで新しいtinyAVRをプログラムするために必要なすべてのツールを提供します。新しいチップのいくつかには、「Arduinoコア」があります。このおかげで、このようなチップはArduinoIDEを使用してプログラムできます。しかし、繰り返しになりますが、お気に入りのテキストエディタMakefileとCコンパイラを使用して「低レベル」スタイルでマイクロコンピュータコードを記述したい場合、tinyAVRを操作するこのアプローチに関する情報はほとんど見つかりません。



この記事では、最も簡単なツールを使用して、派手なファームウェアを最初から作成する方法を説明します。ATtiny406の場合。説明する内容のほとんどは、他のtinyAVRMCUにも当てはまります。このチュートリアルは、macOSとLinuxを使用しているユーザーを対象としていますが、Windows環境を使用しているユーザーにも、わずかな変更を加えたアドバイスが役立ちます。

プロジェクトのハードウェア部分

▍ATtiny406を研究する

ATtiny406 を試してみることにしました。将来、このマイクロコントローラーが、現在PiWatcherで使用されているATtiny45に取って代わることを期待しています。この開発では、このような必要が生じたときに、RaspberryPiを完全にオフまたは再起動できます。 ATtiny406には4KBのフラッシュメモリと256バイトのRAMがあり、マイクロチップは外部クロックソースなしで20MHzで動作できます。



新しいtinyAVRMCUとATtiny85のような古い有名なチップとの主な違いの1つは、新しいチップがUPDIプログラミングプロトコルを使用することです。動作するのに必要なピンは3つだけで、古いチップで使用されているISPプロトコルには6つのピンが必要です。



質問を簡単に調べた結果、単純なUSB-シリアルケーブルと抵抗を使用して、UPDIを使用してtinyAVRをプログラムできることがわかりました。これは、ファームウェアをマイクロプロセッサにアップロードするための次の配線図を提案したpyupdiPythonツールのおかげでわかりました。





マイクロコントローラー接続図

▍ATtiny406のボードデザイン

ATtiny406用のミニマルなブレイクアウトボードを作成しました。このボードは、USBから5Vで給電できます。または、専用のVCC / GNDピンを使用して、3.3Vの低い電圧を印加することもできます。ボード上にボタンとLEDの場所があります。実験を行うために、UPDIプロトコルを使用するために必要な4.7 kOhmの抵抗をボードに組み込むことにしました（これは抵抗R2です）。その結果、以下のボードレイアウトが得られました。





ボードレイアウト

▍完成したボード

完成したブレイクアウトボードは非常にコンパクトで、小さなブレッドボードにうまく収まります。ボードの概略図はここにあります。





プロトタイプボードに取り付けられたバックプレーン



ATtiny406をプログラムするには、USB-シリアルケーブルをボードのピンを使用してボードに接続します。





ケーブル接続図

プロジェクトのソフトウェア部分

▍pyupdi

プロジェクト リポジトリの指示に従ってpyupdiをインストールしました。



USB-シリアルケーブルは、4つのUPDIピンを使用してボードに接続されました。私たちのUSB-シリアルコンバーターは、macOSではとして見られていました/dev/tty.usbserial-FTF5HUAV。



プログラマーがATtiny406を認識していることを確認するために、ファイルパスを編集して、次のようなコマンドを実行できます。

pyupdi -d tiny406 -c /dev/tty.usbserial-FTF5HUAV -i

すべてが正しく構成されている場合、次のようなコマンドを実行すると、次のような出力になります。

Device info: {'family': 'tinyAVR', 'nvm': 'P:0', 'ocd': 'D:0', 'osc': '3', 'device_id': '1E9225', 'device_rev': '0.1'}

▍Cコンパイラ

Homebrew を使用してmacOSにインストールできる通常のavr-gccコンパイラでは、ATtiny406をコンパイルターゲットとして設定できないことが判明しました。そのため、Microchipが提供するavr-gccをインストールすることにしました。コンパイラをダウンロードするには、MicrochipのWebサイトでアカウントを作成する必要がありますが、これは少し面倒です。





コンパイラの



ダウンロードアーカイブの形式で提示された必要な資料をダウンロードした後、このアーカイブを別のフォルダに解凍しました。binこのフォルダにあるディレクトリへのパスをに追加する必要がありますPATH。これにより、将来の作業が容易になります。コンパイラがフォルダ$HOME/Src/avr8-gnu-toolchain-darwin_x86_64に保存されていると仮定するとPATH、ファイルに次のコマンドを追加して編集できます.bash_profile。

export PATH=$PATH:$HOME/Src/avr8-gnu-toolchain-darwin_x86_64/bin/

最新のATtinyMCUは、追加の構成がないと、Microchipのavr-gccコンパイラではサポートされません。それらをサポートするには、ATtinyデバイスパックをダウンロードする必要があります。





ATtinyデバイスパックのダウンロードその



結果、パッケージをダウンロードしましたAtmel.ATtiny_DFP.1.6.326.atpack（このファイルの名前が異なる場合があり、名前に異なるバージョン番号が含まれている場合があります）。ファイル拡張子はですが。atpack、これは実際には通常の.zipアーカイブです。その拡張子をに変更し.zip、パッケージの内容をフォルダー$HOME/Src/Atmel.ATtiny_DFP.1.6.326、つまりコンパイラーファイルが既にあった場所と同じ場所に抽出しました。

▍Cプログラムの作成

次のプログラムを作成しました。このプログラムは、1 Hzの周波数で、ATtinyボードのB5ピンに接続されているLEDを点滅させます。

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main() {
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0); //   20 (,   0x02   2)

    PORTB.DIRSET = (1<<5);
    for (;;) {
        PORTB.OUTSET = (1<<5);
        _delay_ms(500);
        PORTB.OUTCLR = (1<<5);
        _delay_ms(500);
    }
}

このコードは、使い慣れたAVRマイクロプロセッサ用に作成されたLED点滅プログラムと非常によく似ています。最初の注目すべき変更は、MCUレジスタにアクセスするための構造の使用です。たとえば、を参照する代わりに、をPORTB参照しPORTB.DIRSETます。



別の変更は、周波数設定コードで表されます(_PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0)）。新しいATtiny406は、再起動後に3.33 MHzで実行されます。これは、20MHzのベースクロックを6で割った値に相当します。チップを20MHzのフルスピードで実行するには、レジスタをクリアしますCLKCTRL.MCLKCTRLB。このレジスタは偶発的な変更から保護する必要があるため、ATtiny406では、特別なソフトウェア構造を適用して変更する必要があります。幸い、マクロを使用するとこれが簡単になり_PROTECTED_WRITEます。あなたはこれについてもっと読むことができます。ここ。



このコードをSTM32またはSAMD21用に作成されたコードと比較すると、はるかに単純であることがわかります。

▍Makefile

ここでは、次のディレクトリ構造を使用しています。

• src/Atmel.ATtiny_DFP.1.6.326/ -Microchip DevicePackへのパス。
• src/attiny406-test/-ファイル内main.cで上記のコードが保存されているフォルダー。

ディレクトリからのコードのコンパイルは、attiny406-test/次のコマンドで実行できます。

avr-gcc -mmcu=attiny406 -B ../Atmel.ATtiny_DFP.1.6.326/gcc/dev/attiny406/ -O3 -I ../Atmel.ATtiny_DFP.1.6.326/include/ -DF_CPU=20000000L -o attiny406-test.elf main.c

このフラグを-O使用すると、関数呼び出しが正常に機能するために必要な最適化を実行できます_delay_ms()。-DF_CPU内容がチップの予想される周波数を反映する変数についても同じことが言えます。残りのパラメーターには、以前にデバイスパックアーカイブからダウンロードして抽出したATtiny406のファイルの場所に関する情報が含まれています。



ファームウェアをMCUにダウンロードするには、発生したことをIntelHEX形式に変換する必要があります。その後、pyupdiを使用する必要があります。Makefileこれらのタスクに対するシンプルで自動化されたソリューションを作成しました。

OBJS=main.o
ELF=$(notdir $(CURDIR)).elf  
HEX=$(notdir $(CURDIR)).hex
F_CPU=20000000L

CFLAGS=-mmcu=attiny406 -B ../Atmel.ATtiny_DFP.1.6.326/gcc/dev/attiny406/ -O3
CFLAGS+=-I ../Atmel.ATtiny_DFP.1.6.326/include/ -DF_CPU=$(F_CPU)
LDFLAGS=-mmcu=attiny406 -B ../Atmel.ATtiny_DFP.1.6.326/gcc/dev/attiny406/
CC=avr-gcc
LD=avr-gcc

all:    $(HEX)  

$(ELF): $(OBJS)
                $(LD) $(LDFLAGS) -o $@ $(OBJS) $(LDLIBS)

$(HEX): $(ELF)
                avr-objcopy -O ihex -R .eeprom $< $@

flash:  $(HEX)
                pyupdi -d tiny406 -c /dev/tty.usbserial-FTF5HUAV -f attiny406-test.hex

read-fuses:
                pyupdi -d tiny406 -c /dev/tty.usbserial-FTF5HUAV -fr

clean:
                rm -rf $(OBJS) $(ELF) $(HEX)

コードをコンパイルするには、コマンドを実行するだけmakeです。マイクロコンピュータへのコードのダウンロードは、コマンドによって実行されmake flashます。提出されたものMakefileは、必要に応じて修正することができます。

結果

新しいTinyAVRは、前世代のMCUと同じくらい簡単にプログラミングできます。重要なのは、適切なツールを見つけることです。AVRTinyをプログラミングするためのヒントがあれば、Twitterまたは以下のコメントで共有してください。



プロジェクトで新しいTinyAVRを使用することを計画していますか？