77_80.PDF

P R O G R A M Y

Środowisko programistyczne

dla mikrokontrolerów AVR

Wracamy do tematu úrodowiska

AVR Studio z†bezp³atnym

kompilatorem C†dla

mikrokontrolerÛw AVR - GCC-

AVR. W†artykule przedstawimy

instalacjÍ i†konfiguracjÍ tego

oprogramowania do pisania,

kompilacji i†uruchamiania

programÛw w†C†pod system

Windows.

Z†pewnoúci¹ wiÍkszoúÊ elektroni-

kÛw zauwaøy³a, øe ostatnio nasta³a

moda na stosowanie mikrokontrole-

rÛw jednouk³adowych nawet w†bar-

dzo prostych uk³adach. SzczegÛlnym

zainteresowaniem cieszy siÍ rodzina

AVR firmy Atmel. S¹ to doúÊ nowo-

czesne, szybkie i†bogato wyposaøone

mikrokontrolery. Aby u³atwiÊ uøyt-

kownikowi uruchamianie uk³adÛw,

producent wprowadzi³ moøliwoúÊ

programowania uk³adÛw juø po za-

montowaniu w†systemie docelowym.

Bardzo interesuj¹ce cechy tych mik-

rokontrolerÛw s¹ zwi¹zane z†ich ar-

chitektur¹ i†list¹ rozkazÛw stworzon¹

z†myúl¹ o†stosowaniu kompilatorÛw

jÍzyka C.

Nie chcÍ w†tym miejscu wywo³ywaÊ

polemiki miÍdzy osobami uznaj¹cymi

za jedynie ìs³usznyî jÍzyk asembler

i†ich przeciwnikami. Jak zwykle praw-

da leøy poúrodku. Asembler pozwala

úciúle kontrolowaÊ zasoby i†przebieg

programu, a†jÍzyki wysokiego poziomu

- skrÛciÊ czas przygotowywania pro-

gramu, ktÛry jednoczeúnie moøe byÊ

bardziej czytelny.

Atmel udostÍpnia nieodp³atnie zin-

tegrowane úrodowisko programistycz-

ne dla AVR-Ûw - oprogramowanie

AVR Studio. Posiada ono edytor

(z†rozpoznawaniem sk³adni), asemb-

ler, symulator umoøliwiaj¹cy úledze-

nie wykonywania programÛw z†pod-

gl¹dem wszystkich wbudowanych

w†mikrokontroler uk³adÛw. Da siÍ

rÛwnieø tworzyÊ, kompilowaÊ i†uru-

chamiaÊ programy napisane w†jÍzyku

C. Ta ostatnia cecha daje duøe moø-

liwoúci, ale rÛwnieø sprawia najwiÍ-

cej k³opotÛw w†poprawnym skonfigu-

rowaniu úrodowiska i†dopasowaniu

do niego kompilatora.

Dobrym uzupe³nieniem dla AVR

Studio jest bezp³atny kompilator jÍzy-

ka C†- AVR-GCC. Pierwotnie powsta³

on z†myúl¹ o†systemach typu Unix,

ale po pewnym czasie przeniesiono

go rÛwnieø na platformÍ Windows.

GCC to skrÛt od GNU Compiler

Collection , a†GNU to skrÛt od GNU's

Not Unix . WiÍcej informacji o†GCC

i†projekcie GNU moøna znaleüÊ na

stronie g³Ûwnej GCC ( http://

gcc.gnu.org/ ).

AVR Studio rÛwnieø instaluje siÍ

bardzo ³atwo, przy czym domyúlnym

katalogiem jest c:\Program Files\At-

mel\AVR Studio . W†podkatalogu ap-

pnotes znajduj¹ siÍ przyk³adowe pro-

gramy napisane w†asemblerze i†pliki

definicyjne ( .inc ).

Konfiguracja i†tworzenie

projektu

Opis konfiguracji przedstawiÍ na

przyk³adzie krÛtkiego programu. Po

uruchomieniu AVR Studio, z†menu

Project wybieramy polecenie New... .

Pojawi siÍ okno Select new project

( rys. 1 ). W†polu Project name wpisu-

jemy nazwÍ projektu led . Pole Loca-

tion okreúla úcieøkÍ dostÍpu do tego

projektu, przyjmijmy, øe bÍdzie to ka-

talog c:\avr\pierwszy . Na koniec

waøne jest, aby podúwietliÊ w†polu

Project type pozycjÍ Generic 3rd Par-

ty C Compiler .

Podczas klikniÍcia prawym klawi-

szem myszy w†oknie projektu otwie-

ra siÍ menu podrÍczne, z†ktÛrego

wybieramy Create New File... ( rys.

2 ). W†wywo³anym oknie wpisujemy

nazwÍ tworzonego pliku - led.c

i†úcieøkÍ dostÍpu do katalogu,

w†ktÛrym utworzyliúmy projekt. Aby

zachowaÊ porz¹dek, przeci¹gamy

w†oknie projektu ikonÍ z†nazw¹ no-

wego pliku do folderu Source Files .

W†otwartym oknie zatytu³owanym

led.c wpisujemy krÛtki program

w†jÍzyku C ( list. 1 ).

Spowoduje on, øe mikrokontroler

bÍdzie wystawia³ na wyjúciach portu

B na zmianÍ poziomy wysokie i†nis-

kie. Waøna uwaga: ostatnia linia kaø-

dego pliku przetwarzanego przez

kompilator powinna byÊ zakoÒczona

znakiem koÒca linii!

Instalacja kompilatora

Przed instalacj¹ naleøy zaopatrzyÊ

siÍ w†pakiet instalacyjny AVR-GCC

w†wersji 3.2 (opatrzonej dat¹ 2002-06-

25) dostÍpny w postaci jednego pliku

do úci¹gniÍcia ze strony AVR Freaks

( http://www.avrfreaks.net ) i†AVR Stu-

dio (aktualnie wersja 3.55) udostÍp-

nione przez Atmela na stronie inter-

netowej firmy.

Instalacja AVR-GCC sprowadza siÍ

do uruchomienia instalatora i†postÍ-

powania wed³ug wskazÛwek. Naleøy

pozwoliÊ programowi instalacyjnemu

za³oøyÊ domyúlny katalog. Podczas

instalacji nie powinny siÍ pojawiÊ

øadne b³Ídy. Na koniec zostaniemy

poinformowani o†poprawnym zakoÒ-

czeniu instalacji.

Utworzony zostaje katalog c:\avr-

gcc , a†w†nim kilka podkatalogÛw.

Najwaøniejsze z†nich to:

- avr\include - zawieraj¹cy pliki na-

g³Ûwkowe (.h),

- avrfreaks z†plikiem avr_make (glo-

balna czÍúÊ makefile ), makefile (dla

projektu) oraz plikiem wsadowym

uruchamiaj¹cym kompilacjÍ

gcc_cmp.bat ,

- bin - w†ktÛrym s¹ zawarte progra-

my wykonywalne pakietu.

Rys. 1

Elektronika Praktyczna 12/2002

P R O G R A M Y

Rys. 2

Rys. 3

Maj¹c juø gotowy program, musimy

go skompilowaÊ przy uøyciu AVR-GCC.

Pakiet kompilatora po naszej instalacji

jest juø w†zasadzie przygotowany. Trze-

ba jedynie utworzyÊ plik makefile

w†katalogu projektu. Jest to plik teks-

towy okreúlaj¹cy przebieg przetwarza-

nia, kompilacji i†konsolidacji. Dla u³at-

wienia, w†pakiecie przygotowanym

przez AVR Freaks plik ten zawiera pa-

rametry konfiguracyjne, ktÛre naleøy

zmodyfikowaÊ dla konkretnego projek-

tu. W†koÒcowych liniach sterowanie

jest przekazywane plikowi avr_make

znajduj¹cemu siÍ w†katalogu c:\avr-

gcc\avrfreaks , ktÛry zawiera wspÛlne

dla wszystkich projektÛw polecenia

i†nie jest potrzebna jego modyfikacja.

Przyk³adowy plik makefile znajdzie-

my w†wyøej wymienionym katalogu.

Naleøy go skopiowaÊ do katalogu

z†projektem - w†naszym przypadku

do c:\avr\pierwszy . Na list. 2 przed-

stawiam go w wersji w†jÍzyku

polskim, przystosowanej do prezento-

wanego przyk³adu.

Najproúciej jest go modyfikowaÊ po-

przez dodanie do projektu w†AVR

Studio. W†tym celu klikamy prawym

klawiszem w†oknie projektu, z†menu

wybieramy Add File ( rys. 3 ) i†otwie-

ramy plik makefile . Przeci¹gnijmy go

myszk¹ do folderu Other Files . Naj-

waøniejsze parametry, jakie musimy

przede wszystkim okreúliÊ to:

- MCU, czyli typ mikrokontrolera,

- TRG - nazwa pliku wynikowego,

przy czym musi to byÊ ta sama na-

zwa jak nazwa projektu i†programu

g³Ûwnego,

- SRC - lista plikÛw ürÛd³owych do

kompilacji,

- zaleønoúci obiektÛw wynikowych

od innych plikÛw (tutaj led.o jest

zaleøny od led.c )

Zapis $(TRG) oznacza wywo³anie

zmiennej (makra) okreúlonej wczeú-

niej poprzez przyporz¹dkowanie

TRG= .

Teraz trzeba poinstruowaÊ AVR

Studio, jak ma wspÛ³pracowaÊ z†kom-

pilatorem GCC.

Upewnijmy siÍ, øe w†oknie projek-

tu jest wybrana zak³adka Target-De-

bug . Wskazuj¹c myszk¹ na rdzeÒ

drzewa Target-Debug , klikamy pra-

wym klawiszem i†z†menu wybieramy

pozycjÍ Settings... Pojawi siÍ okno,

ktÛre naleøy wype³niÊ tak, jak to po-

kazano na rys. 4 . Ustawienia te po-

woduj¹ podjÍcie odpowiednich akcji

przy kompilowaniu i†debuggowaniu

programu. AVR Studio uruchamia

program wsadowy ( gcc_cmp.bat ) prze-

prowadzaj¹cy kompilacjÍ, a†nastÍpnie,

jeúli nie zasygnalizowano øadnych

b³ÍdÛw, ³aduje plik debuggera o†na-

zwie takiej, jak nazwa projektu z†roz-

szerzeniem . cof .

Przy okazji warto utworzyÊ dodat-

kow¹ zak³adkÍ Clean , ktÛra bÍdzie

s³uøy³a do usuwania plikÛw tworzo-

nych przez kompilator. W†tym celu

klikamy prawym klawiszem na oknie

projektu i†wybieramy Targets>Add .

W†polu Name wpisujemy Clean , a†po-

niøej wybieramy Copy settings

from>Debug . Wybieramy zak³adkÍ

Target-Clean i†podobnie jak wyøej

modyfikujemy ustawienia. Linia pole-

cenia ma mieÊ postaÊ c:\avrgcc\avr-

freaks\gcc_cmp.bat clean , co oznacza,

øe program bÍdzie wywo³ywany z†pa-

rametrem clean . Oba okienka z†grupy

Run Stage Settings pozostawiamy

puste.

W†systemie Windows 2000 trzeba

wywo³ywaÊ program wsadowy z†pod-

katalogu win2000 , czyli c:\avrgcc\av-

rfreaks\win2000\gcc_cmp.bat . Jeúli

w†oknie wyjúciowym AVR Studio po-

jawia siÍ komunikat b³Ídu, informuj¹-

cy o†k³opocie z†odnalezieniem pliku

c:\tmpout.txt , naleøy w†pliku

gcc_cmp.bat podaÊ pe³n¹ úcieøkÍ

dostÍpu do pliku gcc_cmp2.bat ( @start

List. 2.

# edited by AVRfreaks.net nov.2001

# tłumaczenie: Michał Lankosz sierpień 2002

###### zmień poniższe parametry dla swojego projektu ##########

#wpisz typ mikrokontrolera (np. at90s8535, attiny22, atmega128 itd.)

MCU = at90s2313

#wpisz nazwę pliku docelowego (bez rozszerzenia!)

TRG = led

#wpisz nazwy plików źródłowych w C rozdzielając spacją

SRC = $(TRG).c

#wpisz dodatkowe pliki źródłowe w asemblerze

ASRC =

#dodatkowe biblioteki i pliki obiektowe do dołączenia (zlinkowania)

LIB =

#dodatkowe pliki include do kompilacji

INC =

#flagi dla asemblera

ASFLAGS = -Wa, -gstabs

#flagi dla kompilatora

CPFLAGS = -g -O3 -Wall -Wstrict-prototypes -Wa,-ahlms=$(<:.c=.lst)

#flagi dla linkera

LDFLAGS = -Wl,-Map=$(TRG).map,-cref

########### tej linijki nie powinieneś modyfikować #############

include $(AVR)/avrfreaks/avr_make

# zależności

$(TRG).o: $(TRG).c

List. 1.

#include <io.h>

#include <io2313.h>

int main(void)

{

outp(0xff,DDRB);

while(1)

{

outp(0xff,PORTB);

outp(0x00,PORTB);

}

Elektronika Praktyczna 12/2002

P R O G R A M Y

/MIN /wait cmd /c c:\avrgcc\avr-

freaks\win2000\gcc_cmp2.bat %1 ).

Na tym etapie mamy juø wszystko

ustawione. W†oknie projektu wybiera-

my zak³adkÍ Target-Debug i†naciska-

my klawisz F7 (menu Project>Build ),

aby skompilowaÊ program. Komunika-

ty kompilatora s¹ wyúwietlane w†ok-

nie zatytu³owanym Project Output .

W†katalogu projektu wygenerowany

zostanie miÍdzy innymi plik led.hex .

Jest to gotowy plik w†formacie Intel

Hex, ktÛrym programuje siÍ mikro-

kontroler, na przyk³ad za pomoc¹

programatora YAAP (EP7/2002) lub

Ponyprog ( www.lancos.com ). Ten dru-

gi szczegÛlnie polecam ze wzglÍdu na

duø¹ liczbÍ obs³ugiwanych uk³adÛw.

Ca³y projekt ze wszystkimi zmody-

fikowanymi plikami najproúciej jest

zapisaÊ poleceniem Save All (ikona

z†kilkoma dyskietkami).

dzia³aj¹ pu³apki ( breakpointy ). Doty-

czy to szczegÛlnie bardziej z³oøonych

programÛw. Z†tego wzglÍdu dobrze

jest, w†celu analizy danego fragmen-

tu programu, utworzyÊ pomocniczy

projekt zawieraj¹cy tylko istotne dla

jego dzia³ania instrukcje.

Przeúledzimy teraz skompilowany

program led . Zauwaømy, øe po pier-

wszej kompilacji sta³y siÍ aktywne

niektÛre przyciski na gÛrnej listwie

AVR Studio zawieraj¹cej zestaw po-

leceÒ do sterowania przebiegiem pro-

gramu. Oznacza to, øe zosta³ odnale-

ziony plik dla symulacji led.cof . Au-

tomatycznie rÛwnieø otworzy³o siÍ

okno Simulator Options ( rys. 5 ),

w†ktÛrym moøna wybraÊ typ mikro-

kontrolera i†czÍstotliwoúÊ jego takto-

wania. Opcje te s¹ dostÍpne z†menu

Options>Simulator Options .

SymulacjÍ rozpoczynamy klawiszem

F5 (Run) lub wybieraj¹c ikonÍ 9.

W†oknie z†programem ürÛd³owym po-

jawia siÍ øÛ³ta strza³ka wskazuj¹ca li-

niÍ kodu, ktÛra zostanie wykonana

w†kolejnym kroku. Aby wykonaÊ linij-

kÍ wskazywan¹ strza³k¹, przyciskamy

klawisz F11 ( Trace Into , ikona 11).

To dopiero pocz¹tek moøliwoúci sy-

mulatora. Moøemy bowiem ìzoba-

czyÊî poziom, jaki wystÍpuje na wy-

prowadzeniach portu B. W†tym celu

klikamy na ikonÍ 6 (lub przyciskamy

klawisze Alt+5) i†rozwijamy ga³¹ü

PORTB. Wykonuj¹c kolejne kroki, ob-

serwujemy zawartoúÊ rejestru portu

wyjúciowego ( rys. 6 ).

OtwÛrzmy teraz okno procesora

kombinacj¹ klawiszy Alt+3 (lub iko-

n¹ 4). Znajduj¹ siÍ w nim przynaj-

mniej dwie przydatne funkcje: stoper

i†licznik cykli zegarowych. DziÍki

nim moøemy ³atwo zmierzyÊ czas

wykonania danego fragmentu progra-

mu. W†pÍtli while programu moøna

na przyk³ad zauwaøyÊ, øe na wyjúciu

portu B poziom wy-

soki bÍdzie siÍ utrzy-

mywa³ przez jeden

Rys. 5

cykl zegara, a†niski przez trzy. Nie-

symetria wynika z†budowy pÍtli. Przy

tej okazji warto siÍ rÛwnieø zapoznaÊ

z†moøliwoúci¹ podgl¹du kodu maszy-

nowego úledzonego programu.

Klikaj¹c na ikonce 21 (Ctrl+F11),

otworzymy okno zawieraj¹ce linijki

tekstu w rodzaju:

+0000002C: BA18 OUT 0x18,R1

Powyøsza linia zawiera informacjÍ,

øe pod adresem 2Ch znajduje siÍ in-

strukcja o†kodzie BA18h, ktÛrej odpo-

wiada zapis asemblerowy OUT

0x18,R1.

Uruchomienie pracy krokowej

w†tym trybie powoduje wykonywanie

pojedynczych instrukcji asemblera.

Aby powrÛciÊ do analizy kodu w†C,

ponownie uøywamy ikony 21.

Za pomoc¹ ikony 19 (Shift+F5) ze-

ruje siÍ symulowany mikrokontroler,

czyli doprowadza do jego stanu wyj-

úciowego, jaki jest tuø po ìresecieî

w†rzeczywistym uk³adzie.

Uruchamianie i†debugging

programu

DoúÊ waøne podczas uruchamiania

nowego kodu jest analizowanie dzia-

³ania niektÛrych jego fragmentÛw.

W†szczegÛlnoúci przydatna jest praca

krokowa i†wgl¹d w†zawartoúÊ poszcze-

gÛlnych zmiennych. årodowisko AVR

Studio jest przygotowane do úledzenia

dzia³ania zarÛwno programÛw napisa-

nych w†asemblerze, jak i†w†jÍzyku C.

Konieczne by³o jednak odpowiednie

przystosowanie kompilatora. G³Ûwnym

problemem jest to, øe kompilator GCC

normalnie generuje plik debuggera

w†formacie ELF, ktÛrego nie akceptuje

AVR Studio. Najnowszy pakiet kompi-

latora zawiera juø zewnÍtrzny program

konwersji formatu ELF na COFF ( elf-

cof.exe ), ktÛry jest automatycznie uru-

chamiany wed³ug polecenia zawartego

w†pliku avr_make .

Z†doúwiadczenia wiem, øe konwer-

sja formatÛw jest b³Ídna lub AVR

Studio zawiera b³Ídy. Objawiaj¹ siÍ

one tym, øe nie da siÍ podgl¹daÊ nie-

ktÛrych zmiennych i†czasami nie

Podgl¹d zmiennych

OprÛcz wewnÍtrznych rejestrÛw

i†pamiÍci procesora moøemy rÛwnieø

podgl¹daÊ zmienne uøywane w†pro-

gramie. Dla przyk³adu zmodyfikujmy

nasz program led.c do postaci poka-

zanej na list. 3 .

Musimy jeszcze usun¹Ê niepotrzeb-

ne pliki z†poprzedniej kompilacji,

zmieniaj¹c zak³adkÍ w†projekcie na

Target-Clean i†wciskaj¹c klawisz F7.

Wracamy do Target-Debug , kompilu-

jemy i†uruchamiamy kombinacj¹ kla-

Rys. 4

Rys. 6

Elektronika Praktyczna 12/2002

P R O G R A M Y

Opis ikon menu AVR Studio

Ikony podglądu ( Views ):

Ikony sterowania programem ( Debug ):

1. Wartości zmiennych

2. Rejestrów

3. Pamięci

4. Istotnych parametrów

pracy procesora

5. Informacji

6. Urządzeń wejścia/wyjścia

7. Dodanie zmiennej do

podglądu

8. Usunięcie zmiennej

z podglądu

9. Uruchomienie symulacji

10. Przerwanie symulacji

11. Krok z wejściem do

funkcji

12. Krok z przeskokiem

funkcji

13. Wyskoczenie z funkcji

14. Uruchomienie i zatrzy−

manie w miejscu kursora

15. Wykonanie n kroków

16. Wykonanie n kroków

17. Ustawienie lub usunięcie

pułapki

18. Usunięcie wszystkich

pułapek

19. Wyzerowanie procesora

Pozostałe

20. Kompilacja

i uruchomienie

programu

21. Przełącznik widoku

źródła

wiszy Ctrl+F7. Klikamy na ikonÍ

7†(okularki) i†podajemy nazwÍ intere-

suj¹cej nas zmiennej, czyli x . Rozpo-

czynamy pracÍ krokow¹. Instrukcja

w†pÍtli while powinna powodowaÊ

przesuwanie o†jeden bit w†lewo bi-

tÛw zmiennej x i†zapisywanie tego

bajtu do rejestru wyjúciowego portu

B. Rzeczywiúcie, widzimy efekt ìwÍ-

øaî na bitach portu, podgl¹daj¹c sta-

ny jego wyjúÊ w†oknie IO. Jednak

zmienna x ma przez ca³y czas war-

toúÊ 0xFF. Taki stan rzeczy spowo-

dowa³ kompilator, ktÛry zoptymalizo-

wa³ kod. Kompilator ìstwierdzi³î, øe

nie ma potrzeby specjalnie czytaÊ

i†zapisywaÊ zmiennej x do pamiÍci

RAM. Wystarczy operowaÊ na jed-

nym z†rejestrÛw, co skrÛci kod i†jed-

noczeúnie przyspieszy dzia³anie pro-

gramu.

Dla celÛw uruchomieniowych moø-

na zmieniÊ parametry kompilacji tak,

aby kod nie by³ optymalizowany. Wy-

starczy w†pliku makefile w†linii za-

czynaj¹cej siÍ od wyrazu CPFLAGS=

zamiast -O3 wpisaÊ -O0. Po usuniÍ-

ciu plikÛw poprzedniej kompilacji,

ponownej kompilacji i†uruchomieniu

pracy krokowej, zmienna x jest juø

obserwowalna. RÛønice moøna do-

strzec, analizuj¹c kod asemblerowy

tego fragmentu programu.

Gdy program jest z³oøony z†kilku

plikÛw ürÛd³owych i†nag³Ûwkowych,

dodajemy ich nazwy do odpowied-

nich folderÛw w†oknie projektu.

W†ten sposÛb mamy do nich szybki

i†³atwy dostÍp. Naleøy pamiÍtaÊ, aby

w†pliku makefile znalaz³a siÍ lista

plikÛw do kompilacji i†odpowiednie

zaleønoúci.

Po przebrniÍciu przez przedstawio-

ny opis i†uruchomieniu pierwszego

programu, proponujÍ odwiedziÊ stro-

nÍ AVR Freaks zawieraj¹c¹ mnÛstwo

przyk³adÛw, projektÛw i†dokumentÛw

pomocniczych.

Mam nadziejÍ, øe niniejszy opis po-

zwoli pokonaÊ trudy zwi¹zane z†przy-

gotowaniem wspÛ³pracy AVR Studio

z†kompilatorem AVR-GCC i†zachÍci

CzytelnikÛw zainteresowanych progra-

mowaniem mikrokontrolerÛw do

w³asnych eksperymentÛw.

Micha³ Lankosz

sq9fqq@sq9fqq.prv.pl

http://sq9fqq.prv.pl

List. 3.

#include <io.h>

#include <io2313.h>

char x;

int main(void)

{

outp(0xff,DDRB);

x = 0xff;

while(1)

outp(x <<= 1,PORTB);

}

Elektronika Praktyczna 12/2002

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: