Atmel Studio - Programatory

Autor: tmf

Redakcja: Dondu

Artykuł jest częścią cyklu: Atmel Studio - Spis treści

W drugiej części mini-kursu poświęconego Atmel Studio pokazane zostanie jak wybierać narzędzia do programowania/debugowania mikrokontrolerów. Jest to o tyle ważne, że dzięki prostej konfiguracji będziemy mieli możliwość programowania/debugowania mikrokontrolerów wprost z IDE (środowisko programistyczne, w naszym przypadku Atmel Studio), bez konieczności uruchamiania programów zewnętrznych.


Zacznijmy więc od samych programatorów.

Na rynku mamy dziesiątki różnych wersji. Ja na początek proponowałbym użyć narzędzi dostarczonych przez firmę Atmel. Są one nieco droższe, ale moim zdaniem warte swojej ceny.


AVRISP
Dla osób mających ograniczony budżet proponuję AVRISP, który można kupić za około 60-80 zł (są to różne klony, jednak w pełni kompatybilne z oryginałem). Pamiętać jednak należy, że AVRISP programuje tylko mikrokontrolery ATtiny oraz ATmega posiadające interfejs ISP i nie jest bezpośrednio wspierany przez Atmel Studio 6. Jednak można „pośrednio” go z tym programem spiąć.

AVRISPMkII
To nieco droższa opcja (w granicach 170 zł). Jest to unowocześniona wersja AVRISP, która oprócz programowania starszych mikrokontrolerów, umożliwia także programowanie nowszych, wyposażonych w interfejs PDI.

AVRISPMkII na stronie Atmel'a.

Dragon
Jeśli jednak jest ktoś gotów wydać 170 zł na taki programator, to proponuję jeszcze trochę zacisnąć pasa i kupić AVR Dragon. Jak sama nazwa wskazuje, jest to prawdziwy smok – umożliwia programowanie wszystkich mikrokontrolerów AVR, przy cenie około 220 zł. Obsługuje on wszystkie interfejsy (ISP, PDI, dW, JTAG, HV, parallel), jednak jak to ze smokami bywa - trzeba się z nim obchodzić ostrożnie. 


Dragon na stronie Atmela.


Dragon sprzedawany jest jako goła płytka drukowana z przylutowanymi elementami. Sami musimy sobie kupić kabel USB, oraz wykonać kable łączące interfejsy Dragona z naszymi układami. Jednak pamiętajmy, że za tą w sumie niewielką cenę dostajemy układ o możliwościach przewyższających półprofesjonalny JTAGICEMkII, który kosztuje ponad 1200 zł! 


Jak widzimy na liście interfejsów pojawia się JTAG – dzięki temu zyskamy nie tylko możliwość programowania układów, ale także ich sprzętowego debugowania. Jakie daje to możliwości – może opiszemy w kolejnych artykułach.


Praca na różnych napięciach
Olbrzymią przewagą programatorów oryginalnych (oprócz wsparcia w Atmel Studio), jest ich dostosowanie do pracy z układami programowanymi w zakresie napięć 1,8-5V. W najbliższych latach, standard 5V będzie nieuchronnie odchodził do lamusa, a już obecnie zaczynają dominować układy zasilane napięciem 3,3V. Niższe napięcie zasilające to także niższy pobór prądu, co ma szczególne znaczenie dla urządzeń zasilanych z baterii.

Większość programatorów „homemade” nie ma możliwości pracy z napięciami innymi niż 5V, co czyni je w niektórych zastosowaniach małoprzydatnymi.

Konfiguracja programatora w Atmel Studio

Właściwie wszystkie obecnie sprzedawane programatory wyposażone są w interfejs USB. Wystarczy więc tylko włożyć kabel USB do komputera i programatora, po czym system powinien rozpoznać nowe urządzenie i rozpocząć instalację sterowników. Jeśli wszystko przebiegło pomyślnie powinniśmy dostać komunikat jak poniżej (do komputera został podłączony AVRISPMkII):

Warto upewnić się, że wszystko jest ok, przeglądając menagera urządzeń:

Urządzenia firmy Atmel korzystają ze sterownika Jungo (który jest instalowany razem z Atmel Studio), stąd też na liście urządzeń powinny znajdować się w zakładce o nazwie Jungo. Po instalacji urządzenie jest gotowe do użycia.

Pamiętaj, aby najpierw zainstalować Atmel Studio, a dopiero potem podpinać programatory. Postępowanie odwrotne sprawi, że system operacyjny nie będzie mógł odnaleźć potrzebnych sterowników i urządzenie nie będzie działało.

Oczywiście sterowniki można pobrać „ręcznie” i cały proces instalacji przeprowadzić manualnie, ale przecież miało być łatwo – a nie o to chodzi, aby posiadając śrubokręt wkręcać śrubki nożem.
Po poprawnym zainstalowaniu urządzeń, uruchamiamy Atmel Studio i przechodzimy do właściwości wcześniej utworzonego projektu (Project->Properties...). Wybieramy zakładkę Tool i w Selected debugger/programmer wybieramy posiadany programator:

Jak widzimy w okienku Selected debugger/programmer można wybrać tylko te urządzenia, które są dostępne w komputerze.

Jeśli posiadany programator nie będzie poprawnie zainstalowany w systemie, to nie będzie możliwości jego wyboru w Atmel Studio.

Oprócz nazwy programatora pojawia się dodatkowo jego numer seryjny – jest on przydatny jeśli w wystemie mamy zainstalowanych kilka programatorów tego samego typu (co jednak jest mało prawdopodobne). W ten sposób poszczególne programatory można od siebie odróżnić.

Drugą opcją po wybraniu programatora jest wybór interfejsu do programowania. Zarówno AVRISPMkII, jak i Dragon, czy JTAGICEMkII dysponują kilkoma interfejsami do wyboru.

Na liście interfejsów pojawią się wyłącznie te interfejsy, które wspiera wybrany programator i mikrokontroler.

Stąd też, co prawda pokazany AVRISPMkII wspiera interfejsy ISP oraz PDI, jednak wybrany w poprzedniej części kursu mikrokontroler ATMega128 wspiera tylko ISP i JTAG. W efekcie dla naszego programatora jedyną możliwością jest wybór interfejsu ISP.

Dla interfejsu ISP ważna jest także częstotliwość przesyłu danych.

Pamiętaj, że zastosowany zegar taktujący ISP musi być co najmniej 4-krotnie niższy niż zegar taktujący mikrokontroler. W przeciwnym przypadku programowanie nie będzie możliwe.

I tak, jeśli wybrany mikrokontroler jest taktowany zegarem 2 MHz, to maksymalna częstotliwość zegara ISP nie może być wyższa niż 500 kHz. W większości przypadków domyślne ustawienie jakim jest 250 kHz jest poprawne. Możemy je zwiększyć, co przyśpieszy programowanie mikrokontrolera, w rzadkich przypadkach, kiedy mikrokontroler jest taktowany zegarem o ultraniskiej częstotliwości (np. z kwarcu zegarkowego) należy je zmniejszyć. Pozostałe opcje dla interfejsu ISP na tej zakładce możemy zostawić bez zmian.


Jeśli korzystamy z Dragon'a, to do wyboru będziemy mieli (w przypadku ATMega128), aż 3 interfejsy: ISP, HV i JTAG:

Musimy wybrać taki interfejs jaki jest wykorzystywany w układzie. Stąd też wybór jednego z powyższych interfejsów jest determinowany poprzez wykonane połączenia pomiędzy mikrokontrolerem, a gniazdem programatora.

Dla interfejsu JTAG pojawiają się dodatkowe opcje związane z konfiguracją Daisy Chain (umożliwiającą łączenie w szereg wielu mikrokontrolerów/urządzeń wspierających JTAG – szczegóły znajdziesz w książce „Język C dla mikrokontrolerów AVR – od podstaw do zaawansowanych aplikacji"). W większości przypadków poniższe opcje zostawiamy bez zmian.


Symulator

Niezależnie od podłączonych programatorów zawsze na liście wyboru programatora dostępna jest jedna opcja dodatkowa – AVR Simulator.

Co to takiego? Jest to coś czego nie mają użytkownicy innych IDE (a przynajmniej nie mają tego w formie tak rozbudowanej i dobrze działającej). 

Jest to jedno z bezcennych narzędzi, które mogą nam zaoszczędzić mnóstwo czasu i pieniędzy – o ile będziemy umieli się nim posługiwać.

W skrócie jest to symulator mikrokontrolerów AVR. Po jego wybraniu możemy uruchomić debugowanie programu (Debug->Start Debugging and Break, Alt+F5). Sesja debuggera programowego zostanie pokazana w dalszej części kursu.

Jeśli twój program nie działa jak należy, to warto skorzystać z symulatora i prześledzić krok po kroku jego działanie, a także stan procesora – w symulatorze dostępne są wszystkie rejestry IO mikrokontrolera, a także jego pamięć. Możemy je podglądać oraz modyfikować.

Możliwości te wprost trudno przecenić. Jedyną lepszą rzeczą od symulatora jest... symulator sprzętowy oparty o np. interfejs JTAG – ale wymaga to zakupu co najmniej AVR Dragon.


Uaktualnienie oprogramowania

Wszystkie narzędzia firmy Atmel zawierają w sobie mikrokontroler, który realizuje określony program (firmware), odpowiedzialny z komunikację pomiędzy komputerem PC, a programowanym układem. Okazjonalnie zachodzi potrzeba jego uaktualnienia.

Atmel Studio samo wykrywa sytuację, w której firmware posiadanego narzędzia jest nieaktualny – sygnalizuje wtedy konieczność jego aktualizacji. Proces ten odbywa się całkowicie automatycznie i nie wymaga żadnej ingerencji użytkownika – poza potwierdzeniem chęci uaktualnienia. Proces uaktualnienia można także zainicjować „ręcznie” wybierając opcję Tools->AVR Tools Firmware Upgrade. Atmel Studio przeszuka podłączone urządzenia i sprawdzi, czy nie wymagają one aktualizacji, na końcu wyświetlając mini raport:

Pamiętaj, aby przed procesem aktualizacji sprawdzić wszystkie połączenia pomiędzy komputerem na aktualizowanym narzędziem. Dobrze jest też odłączyć narzędzie od innych układów. Zapewni to bezproblemowy proces aktualizacji. Nie wyłączaj też komputera dopóki aktualizacja się nie zakończy.

W rzadkich sytuacjach może pojawić się problem i po aktualizacji urządzenie nie będzie działać. Zwykle jest to związane z utratą połączenia, błędem systemu lub działaniem tzw. siły wyższej   Nie należy się wtedy załamywać – każde urządzenie firmy Atmel ma „protokół awaryjny”, umożliwiający ratunkowe przeprogramowanie firmware. Opisy jak to zrobić znajdują się na stronie firmy Atmel, a jeśli zajdzie taka potrzeba umieścimy je i tutaj.

To tyle. Po dokonaniu wyboru programatora możemy programować swoje układy wprost z poziomu Atmel Studio. W tym celu klikamy na ikonkę na pasku narzędziowym:

Obok przycisku programowania wyświetlone będą też informacje o wybranym mikrokontrolerze oraz programatorze i interfejsie programowania – w naszym przykładzie będzie to ATMega128, a programatorem będzie AVR Dragon pracujący w trybie JTAG.


Zobacz także: Atmel Studio - Spis treści