Atmel Studio i niefirmowe programatory (np. USBasp)

Autor: tmf

Redakcja: Dondu

Artykuł jest częścią cyklu: Atmel Studio - Spis treści

Jakiś czas temu obiecałem pokazać w jaki sposób połączyć Atmel Studio z programatorami, których ono bezpośrednio nie wspiera, czyli np. popularnym USBasp czy USBTiny. Połączenie takie w pewnym stopniu jest możliwe, jednak zdecydowanie je odradzam. Dlaczego?

W wielkim skrócie:

• zwykle tanie programatory (te w cenie 20-40 zł) nie posiadają translatora poziomów logicznych, w efekcie nie współpracują poprawnie z układami zasilanymi napięciami poniżej 3,3V, 
• są wolne. Programatory Atmela i ich klony potrafią programować układ kilka-kilkanaście razy szybciej niż np. USBasp  Jeśli piszemy programy o długości do paru kB prawdopodobnie nie ma to znaczenia, ale czas ładowania wsadu za pomocą USBasp o długości 50 i więcej kB może być naprawdę długi. 
• o ile integracja z IDE Atmela niefirmowych programatorów jest możliwa, to z pewnych funkcji nie będziemy mogli skorzystać. Głównie chodzi tu o możliwość wygodnej zmiany fusebitów przy pomocy graficznego kreatora dostępnego w IDE, dzięki czemu szansa na ich błędne ustawienie jest minimalna. 
• możliwość używania plików produkcyjnych w formacie elf. Jest to o tyle faje, że nie musimy generować plików hex (co dodatkowo zajmuje czas podczas kompilacji), a przede wszystkim w jednym pliku mamy dane dla FLASH, EEPROM, a także konfigurację fuse- i lockbitów plus cokolwiek jeszcze zechcemy. Niestety popularny avrdude nie współpracuje z plikami w formacie elf (może się to zmieni). 
• programatory bezpośrednio wspierane przez Atmel Studio lepiej się z tym IDE integrują, w efekcie praca z nimi jest zdecydowanie przyjemniejsza i łatwiejsza. 
• popularny USBasp nie wspiera wszystkich rodzin AVR, można nim programować tylko układy wyposażone w interfejs ISP, układy używające interfejsu PDI (np. XMEGA) lub dW/TPI są dla nas niedostępne (niektóre ATTiny). 

Oczywiście to nie oznacza, że zaraz musimy kupować drogie, oryginalne narzędzia firmy Atmel. Oryginalny programator AVRISP-MkII kosztuje prawie 200zł, przy tej cenie lepiej dodać niecałe 50zł i za 249 zł kupić AVR Dragon, który umożliwia także sprzętowe debugowanie układów Atmela. Na szczęście do dyspozycji mamy różne klony AVRISP-MkII, dostępne w cenie 60-70zł, czyli w miarę przystępnej.

Dlaczego warto kupić klon AVRISPMkII, a nie tańszy (cena około 20zł) USBasp? 

Przede wszystkim nawet najtańszy klon zawiera dodatkowy bufor i translator poziomów, dzięki czemu możemy programować układy zasilane od 1,8V. Wbrew pozorom ta możliwość staje się co raz ważniejsza, gdyż wiele ciekawych układów i modułów zasilana jest maksymalnie z 3,3V. Klony posiadają też sprzętowy interfejs USB, dzięki czemu działają pewniej, a proces programowania jest zdecydowanie szybszy.

Warto jednak zwrócić uwagę na dostawcę układu. Klony zwykle nie współdziałają z oryginalnym firmware Atmela (posiadają swój własny), który jest kompatybilny na poziomie interfejsu z firmware Atmela.

Ponieważ okresowo (np. przy kolejnych wydaniach Atmel Studio) mogą być wymagane uaktualnienia firmware warto więc wybrać firmę, która takie uaktualnienia nam zapewni.

Klon AVRISP-MkII można sobie także złożyć samemu – np. wg schematów umieszczonych na blogu kolegi Manekinen: Programator USBTiny-MkII SLIM

Cena 60-70zł złotych pozornie jest 3-krotnie wyższa niż USBasp, jednak jeśli chcemy kupić naprawdę porządnie wykonane USBasp, z translatorem poziomów to też musimy liczyć się z wydatkiem 40-50zł. No i USBasp nie programuje wszystkich mikrokontrolerów firmy Atmel (np. nie programuje XMEGA), natomiast klon AVRISP-MkII programuje wszystkie układy.

---

Jak „ożenić” USBasp i Atmel Studio?

Ok, skoro czytasz dalej, to rozumiem, że moja argumentacja cię nie przekonała. Co więc zrobić? Jak się nie ma co się lubi, to się lubi co się ma, spróbujmy więc jakoś „ożenić” USBasp i Atmel Studio.

Aby współpraca była możliwa, Atmel Studio będzie wywoływał zewnętrzny program kontrolujący sprzętowy programator. Takim programem do którego większość użytkowników USBasp przywykła jest zapewne avrdude. Zakładam więc dalej, że masz poprawnie skonfigurowany programator (jest widoczny w systemie operacyjnym), masz zainstalowane avrdude i avrdude jest w stanie komunikować się z programatorem. Jeśli tak, to pozostaje ostatni element układanki, czyli konfiguracja Atmel Studio.


Konfiguracja Atmel Studio

Nadszedł więc czas na uruchomienie Atmel Studio. Niezależnie, czy mamy wersję 5.x (niezalecana), czy 6.x (zalecane 6.1 lub wyższe) konfiguracja przebiega podobnie.

Z menu Tools wybieramy opcję External tools tak jak to pokazano na poniższym rysunku:

Pojawi nam się okienko takie jak pokazane poniżej:

Okno to umożliwia konfigurację dowolnego zewnętrznego narzędzia, które będziemy mogli wywołać następnie z menu lub z listwy przycisków. W ten sposób możemy dodać nie tylko obsługę zewnętrznego programatora, lecz także możliwość wywołania dowolnego zewnętrznego programu.

Mając otwarte powyższe okienko przystępujemy do konfiguracji opcji wywołania zewnętrznego programu. W tym celu uzupełniamy pola Title, Command, Arguments oraz Initial directory.

• W polu Title wpisujemy po prostu nazwę, która będzie identyfikowała dodawane narzędzie. Może to być np. USBasp.

• W polu Command wpisujemy ścieżkę do wywoływanego programu (w naszym przypadku jest to avrdude.exe). Ścieżka ta może być ścieżką bezwzględną – zawierającą całą ścieżkę dostępu, moożemy ograniczyć się do wpisania samej nazwy programu, jeśli dostęp do niego określony jest w zmiennej środowiskowej PATH (znajduje się on w domyślnej ścieżce wyszukiwania).

• W polu Arguments podajemy argumenty wywołania programu avrdude – analogicznie jakbyśmy go wywoływali z linii poleceń. W przypadku, kiedy ścieżki do plików hex zawierają spacje całą ścieżkę należy ująć w znak cudzysłowia, w przeciwnym przypadku spacje separujące elementy ścieżki zostałyby przez program avrdude potraktowane jako oddzielne argumenty i wywołanie zakończyłoby się błędem. W polu Arguments możemy wpisać nazwy plików wynikowych w formacie IntelHEX, musimy określić typ mikrokontrolera oraz sposób komunikacji z programatorem. 

Po kolei więc, najpierw sposób połączenia i typ mikrokontrolera:

-e -P usb -c USBasp -p Atmega16

W naszym przypadku użyliśmy mikrokontrolera ATMega16, taki więc typ przekazujemy jako wywołanie avrdude.

Niestety Atmel Studio używa innych nazw mikrokontrolerów, niż nazwy rozpoznawane przez avrdude, w efekcie jeśli zmienimy typ mikrokontrolera użytego w projekcie, musimy zmienić ręcznie opcje wywołania programu avrdude.

Jest to pewną uciążliwością, ale niewielką – rekonfiguracji musimy dokonać tylko wtedy, gdy zmieniamy typ użytego mikrokontrolera. Warto wspomnieć, że jeśli korzystamy z narzędzi w pełni współpracujących z Atmel Studio to typ procesora pobierany jest automatycznie z opcji projektu.

Teraz pozostaje jeszcze tylko określenie czym zaprogramujemy mikrokontroler, dodajemy więc „magiczne zaklęcie”:

-e -U flash:w:$(ProjectDir)Release\$(ItemFileName).hex:a

Dlaczego magiczne? Ścieżkę i nazwy plików możemy ustawić na stałe, jednak zmieniając nazwę projektu lub jego lokalizację musielibyśmy je za każdym razem zmieniać. Środowiska oparte o Visual Studio posługują się kilkoma zmiennymi, które zawierają opcje projektu, a także jego nazwę i ścieżki w których zapisane są pliki projektu. Stąd też makro ProjectDir zawiera ścieżkę do projektu, a makro ItemFileName zawiera jego nazwę. Wystarczy do niej dodać rozszerzenie hex lub eep, aby mieć nazwę pliku, którym możemy zaprogramować mikrokontroler. 

Ponieważ ścieżka dostępu do pliku wynikowego zależy od celu z jakim budujemy projekt (domyślne cele to Debug lub Release), musimy odpowiedni podkatalog dodać ręcznie. Jeśli budujemy określając cel Release będzie to podkatalog Release, jeśli celem będzie Debug, to podkatalogiem będzie Debug, np.:

-e -U flash:w:$(ProjectDir)Debug\$(ItemFileName).hex:a

W okienku konfiguracji wywołania programu zewnętrznego znajdziemy jeszcze ciekawe opcje: Use Output Window, Prompt for arguments i Close on exit. Opcje te czasami warto zaznaczyć.

Use Output window powoduje otwarcie okna konsoli podczas wywołania avrdude, w efekcie mamy podgląd na to co się dzieje, ma to szczególne znaczenie, jeśli po skonfigurowaniu narzędzia coś nie działa jak należy.

Z kolei Prompt for arguments powoduje wyświetlenie zapytania o argumenty wywołania za każdym razem, kiedy wywołujemy avrdude. Jest to opcja na dłuższą metę uciążliwa, lecz przydaje się na początku konfiguracji. W ten sposób przed wywołaniem avrdude widzimy jak został skonstruowany wiersz wywołania i czy jest on poprawny. Opcja ta przydaje się też w sytuacji, kiedy często zmieniamy typ mikrokontrolera.

Warto także odznaczyć opcję Close on exit – dzięki temu po wywołaniu avrdude i zaprogramowaniu MCU okienko avrdude pozostanie otwarte, a my będziemy widzieć rezultat programowania.

Warto zwrócić uwagę na przyciski z trójkącikami przy linii Arguments i Initial Directory. Jeśli je klikniemy ukaże nam się lista wyboru:

Lista ta zawiera dostępne dla nas makra, takie jak np. wspomniane wcześniej makro ProjectDir (opcja Project Directory). W efekcie możemy łatwo wstawiać dowolne makra do linii poleceń.

Konfiguracja menu

Musimy jeszcze udostępnić nowe narzędzie. W tym celu klikamy ponownie na Tool, a następnie wybieramy Customize. W pojawiającym się okienku dodajemy nowy obszar na listwę narzędzi (toolbar) wybierając New, a następnie określając nazwę nowego obszaru. Nazwa może być dowolna, my użyjemy nazawy "USBasp":

Dodaliśmy nowe pole do listwy narzędziowej, musimy jeszcze dodać samo narzędzie. W tym celu wybieramy zakładkę Commands, klikamy na opcję Toolbar i wybieramy pozycję o nazwie, pod którą chcielibyśmy identyfikować nasz programator (możemy znowu wybrać "USBasp"):

Teraz możemy polecenie powiązać ze zdefiniowanym wcześniej wywołaniem programu klikając na Add Command, a następnie wybierając w pojawiającym się oknie opcję Tools i External Command 1 – pod tą enigmatyczną nazwą kryje się nasze zdefiniowane wcześniej polecenie:

I to tyle, na listwie pojawi się nowa sekcja zawierająca skrót do naszego programu. W ten sposób możemy programować nie opuszczając IDE, lecz niestety w ten sposób nie zmusimy do działania z naszym programatorem kreatora konfiguracji Atmel Studio.

Testowanie konfiguracji

W menu Tools pojawiła nam się nowa pozycja:

Klikając na nią możemy wywołać zdefiniowane wcześniej polecenie, możemy to samo uczynić klikając na listwę narzędziową:

W efekcie zostanie wywołane avrdude. Jeśli podczas konfiguracji narzędzi zaznaczyliśmy opcję podawania argumentów przed wywołaniem programu, to pojawi nam się okienko:

Widzimy w nim argumenty, które sami określiliśmy (Arguments), a poniżej Command Line, czyli to co dokładnie zostanie przekazane w linii poleceń. Widzimy, że makra typu ProjectDir zostały zastąpione odpowiednimi ścieżkami dostępu. Dzięki temu możemy łatwo określić, gdzie leży ewentualny błąd wywołania programu avrdude.

I to właściwie tyle, mamy zintegrowane USBasp z naszym projektem i możliwość jego łatwego wywoływania. W kolejnej części poznamy niektóre zalety programowania programatorami bezpośrednio wspieranymi przez IDE.


Artykuł jest częścią cyklu: Atmel Studio - Spis treści