http://www.atniel.com/dyn/products/app_notes.asp?family_id=607) типовую схему простейшего ISP-программатора (см. «аппноту» AVR910, которая в PDF-формате содержит схему, а asm-файлы включают исходные коды «прошивки»). Программу для ПК, впрочем, придется писать самому, на основе описания процесса программирования (или доставать где-нибудь готовую, например, извлекать из AVR Studio), поскольку программатор лишь транслирует команды.
Конечно, изготовление такого программатора самостоятельно — это занятие очень «на любителя», потому что количество затраченных усилий отнюдь не соответствует результату. Программатор можно заказать в самой Atmel, хотя это и нецелесообразно по ряду причин, т. к. долго и дорого (зато поддержка AVR Studio, о которой далее, обеспечена). Дешевенькое «наколеночное» устройство такого типа можно приобрести рублей за 300 через Интернет, а цена «более фирменных» ISP-систем не выходит за пределы примерно 30 долл. Автор этих строк много лет пользуется программатором AS-2 фирмы Argussoft, который непосредственно подсоединяется к COM-порту (на рис. 13.2 он показан без соединительного кабеля).
Рис. 13.2.Программатор AS-2 фирмы Argussoft в разобранном виде
Есть и аналогичная модификация AS-3, которая работает с USB. Программатор позволяет «прошивать» прямо в системе многие микросхемы Atmel (не только AVR), причем интерфейс управляющей программы на русском языке очень нагляден, что, в частности, дополнительно предохраняет от неверной установки Fuse-битов (см. раздел в конце этой главы). Поддерживается пакетная работа (когда стирание, запись и проверки объединяются в одну операцию), а также имеется полезная функция перепрошивки самого программатора, если он вдруг начинает сбоить.
Рис. 13.3.Программа-загрузчик к программатору AS-2
Программирующий разъем — десятиконтактный игольчатый IDС или PLD (подробнее про наименования разъемов такого типа см. главу 14) и именно на него будут ориентированы все схемы, приведенные в этой книге. Это не значит, что я вас призываю покупать именно AS, разъем такого типа стал стандартом и им снабжены многие ISP, кроме упоминавшегося простейшего ISP от самой Atmel, где разъем минимальный— шестиконтактный (три линии собственно SPI, а также два питания и Reset). Впрочем, при необходимости всегда можно изготовить переходник, т. к. все последовательные программаторы работают по одним и тем же линиям (в десятиконтактном разъеме «лишние» контакты служат для разделения сигнальных линий «земляными», так же, как в соединительном кабеле IDE-интерфейса жестких дисков).
Внешний вид программирующего разъема PLD-10 на макетной плате и разводка его выводов показана на рис. 13.4. Обратите внимание, что отсчет выводов ведется не по кругу, как для микросхем, в нижнем ряду расположены все нечетные выводы, в верхнем — четные (это удобно, т. к. не приходится нарушать нумерацию у разъемов с различным количеством контактов, когда короткие могут получаться из длинных простым «отламыванием» лишней части). Естественно, при отсутствии чехла ответная часть может быть при-соединена двумя способами, потому первый вывод на плате следует помечать (на фото видна черная точка, проставленная фломастером). Названия выводов соответствуют таковым у контроллера.
Рис. 13.4.Пример расположения программирующего разъема PLD-10 на макетной плате и его разводка выводов
Ядро и система команд МК AVR с самого начала создавались в сотрудничестве с фирмой IAR Systems— производителем компиляторов для языков программирования C/C++. Поэтому структура контроллера максимально оптимизирована для того, чтобы можно было писать программы на языках высокого уровня. Так утверждает реклама, но верить подобным утверждениям стоит с некоторой оглядкой, т. к. все в конечном счете зависит от компилятора. Ведь задача перед ним стоит очень непростая: перевести строки на языке высокого уровня в команды контроллера, что для AVR ничуть не проще, чем для «настоящих» микропроцессоров, и потери тут неизбежны как в части компактности кода, так и времени его выполнения. Но это еще не самое главное.
Фирма IAR Systems в настоящее время предлагает серию пакетов Embedded Workbench для более чем двадцати типов МК различных фирм (под девизом «различные архитектуры — одно решение»). Здесь все рассчитано на то, чтобы человек, владеющий языком С, с минимальными потерями времени смог «пересесть» с одного на другой тип МК. В этом монструозном инструменте все было бы, возможно, и здорово, если бы не цена, которая измеряется в тысячах американских «президентов». Конечно, кое-кто в нашей стране может не придать этому значения (и многие не придают), но сначала стоит рассмотреть саму целесообразность такого подхода, а она вызывает обоснованные сомнения у многих специалистов.
Упомянем также, что IAR Systems — не единственный разработчик компиляторов с языка С для AVR. Есть куда более изящные и не столь «навороченные» инструменты (например, ICC for AVR от фирмы ImageCraft, CodeVisionAVR от HP Infotech), но в любом случае реальная цена их начинается от сотен евро. И это оправданно, поскольку рабочие инструменты должны быть качественными, а потому дешевыми быть не могут. Но для полноты картины стоит упомянуть и бесплатный WinAVR (AVRGCC, winavr.sourceforge.net), который создан на основе компилятора GNU GCC и, соответственно, распространяется по лицензии GPL (вместе с исходными кодами), обладающий всеми недостатками и достоинствами «свободных» продуктов, на чем мы здесь не будем останавливаться. Этот продукт поддерживается AVR Studio, о которой далее.
С другой стороны, фирменный ассемблер (в том числе и вариант, работающий в графическом режиме под Windows) абсолютно бесплатен. Даже если вы пойдете на поводу у тех, кто не придает никакого значения факту наличия у программных продуктов некоторой стоимости или рискнете обратиться к WinAVR, то вам необходимо еще принять во внимание следующие соображения. Язык С надо специально и отдельно учить. И в любом случае никто вас также и не освободит от подробного изучения аппаратной части МК. Для начинающего все это в совокупности может оказаться слишком сложным.
А что, спросите вы, язык ассемблера учить не надо? Практически не надо, потому что ассемблер— это, вообще говоря, не язык, а просто несколько правил оформления последовательности команд МК в текстовом представлении в «понятную» компилятору программу. Основные правила изложены в этой главе далее. Фирменное описание ассемблера для AVR занимает несколько страничек (сравните с фолиантами для изучения С) и входит в AVR Studio, отдельно его можно скачать с сайта Atmel. Функциональность команд наизусть заучивать отнюдь не требуется, т. к. даже профессионалы во время работы кладут перед собой открытый справочник по командам. Причем для каждого типа МК и правила написания, и мнемоника одинаковых по содержанию команд может быть различной, но в принципе все ассемблеры похожи и переход от одного к другому не настолько трудоемок, как это стараются представить разработчики «многокилобаксовых» компиляторов с языка С. Куда больше времени занимает изучение самой структуры контроллеров и работы их отдельных узлов.
То, что для ассемблера выучить действительно потребуется — это реализация некоторых типовых приемов программирования, таких как различные циклы с условными и безусловными переходами, арифметические функции, деление на локальные и глобальные переменные и т. п. Это и служит основным аргументом в пользу языков высокого уровня, где эти вещи уже сделаны за вас. Я бы выразился так: выбор между С и ассемблером зависит от вашей предыдущей подготовки. Если вы вообще никогда не сталкивались с программированием, но разбираетесь в электронике и функционировании узлов МК, то с ассемблером вам будет освоиться намного легче, ведь вы просто напрямую взаимодействуете с этими самыми узлами. Если же, наоборот, вы легко программируете на С, и зачем-то вам потребовалось освоить контроллеры, то выбирайте С, собственно, для этого упомянутые компиляторы и создавались.
Заметки на полях
«Программирование без GOTO» — лозунг знаменитого Дейкстры, классика процедурного программирования, к ассемблеру, к сожалению, абсолютно неприложим. Дейкстра имел в виду, что большое количество операторов перехода на метку очень сильно усложняет чтение программы и ведет к лишним ошибкам (подобные программы Дейкстра называл «спагетти» — из-за многочисленных линий переходов, сопровождающих графическое представление такой программы в виде блок-схемы). Но после компиляции все эти хорошо знакомые знатокам Pascal циклы while, do или repeat, until, равно как и оператор выбора (case), и даже — с некоторыми нюансами — обращение к процедурам, все равно превращаются в набор условных или безусловных переходов на определенные адреса в памяти программ. В ассемблере это приходится делать, что называется, «ручками». Разумеется, считать адреса (как при программировании в машинных кодах в начале 1950-х) вручную не нужно, в программе просто ставится метка, как и в языках высокого уровня (только в ассемблере еще проще, чем даже в каноническом Бейсике — в случае процедуры-подпрограммы метка заодно служит ее именем). Тем не менее сложности тут могут быть, и все зависит от склада вашего ума, некоторым (как автору этих строк) в хитросплетениях условных и безусловных переходов разобраться не составляет особенного труда, и иногда такое представление кажется даже более наглядным. Другие от этого «стонут и плачут», и им, конечно, следует обращаться к языку С.
При первоначальном изучении микроконтроллеров я бы решительно рекомендовал ассемблер. Как писал упоминавшийся в начале главы классик программирования Дональд Кнут, «каждый, кто всерьез интересуется компьютерами, должен рано или поздно изучить по крайней мере один машинный язык». Ассемблер — это первично, а все остальное вторично. Но автор этих строк вовсе не является упрямым снобом и прекрасно понимает, что сколько-нибудь крупные проекты (когда число строк кода начинает измеряться тысячами и более) на ассемблере будет создавать весьма затруднитель