1

Programowanie

mikrokontrolerów

rodziny AVR

Narz dzia rozwojowe

2

AVR-GCC

AVR-GCC jest darmowym kompilatorem j zyka C

(licencja GNU) słu cym do pisania programów dla

mikrokontrolerów serii AVR firmy ATMEL.

Kompilator jest doł czany do rodowiska AVR

Studio, pozwalaj c na tworzenie projektów

programistycznych w j zyku C/C++

3

Programy narz dziowe - Binutils

Jest to zbiór programów pozwalaj cych na sprawne

zarz dzanie projektem.

Binutils s doł czone do rodowiska rozwojowego i wraz

z kompilatorem AVR-GCC oraz bibliotek avr-libc stanowi

kompletny ła cuch narz dzi rozwojowych

4

Programy narz dziowe - Binutils

Dost pne s nast puj ce programy narz dziowe:

avr-as - asembler

•avr-ld - linker

•avr-ar - zarz dza bibliotekami

•avr-ranlib – generuje indeksy do bibliotek

•avr-objcopy – kopiuje i tłumaczy zbiory obiektowe

•avr-objdump – wy wietla informacje z plików obiektowych

•avr-size – podaje informacj o rozmiarze sekcji i programu

•avr-nm – listuje symbole ze zboiru obiektowego

•avr-strings – listuje ła cuch znakowe ze zbiorów obiektowych

•avr-strip – usuwa symbole

•avr-readelf – wy wietla zawaro

zbioru z rozszerzeniem ELF

•avr-addr2line – konwertuje adresy

•avr-c++filt – filtr symboli C++

5

Biblioteka avr-libc

•avr-libc jest standardow bibliotek C dla AVR-GCC.

•Biblioteka zawiera wiele standardowych funkcji C

i wła ciwych dla architektury procesorów rodziny AVR.

•Dodatkowo biblioteka pozwala na tworzenie kodu startowego

programu.

6

Biblioteka avr-libc

Mikrokontrolery spierane przez bibliotek avr-libc w wersji 1.4.7:

megaAVR:

atmega103

atmega128

atmega1280

atmega1281

atmega16

atmega161

atmega162

atmega163

atmega164p

atmega165

atmega165p

atmega168

atmega168p

atmega2560

atmega2561

atmega32

atmega323

atmega324p

atmega325

atmega325p

atmega3250

atmega3250p

atmega328p

atmega48

atmega48p

atmega64

atmega640

atmega644

atmega644p

atmega645

atmega6450

atmega8

atmega88

atmega88p

atmega8515

atmega8535

7

Biblioteka avr-libc

Mikrokontrolery spierane przez bibliotek avr-libc w wersji 1.4.7:

tinyAVR:

attiny11

attiny12

attiny13

attiny15

attiny22

attiny24

attiny25

attiny26

attiny261

attiny28

attiny2313

attiny43u

attiny44

attiny45

CAN AVR:

at90can32

at90can64

at90can128

LCD AVR:

atmega169

atmega169p

atmega329

atmega329p

atmega3290

atmega3290p

atmega649

atmega6490

attiny461

attiny48

attiny84

attiny85

attiny861

Lighting AVR:

at90pwm1

at90pwm2

at90pwm2b

at90pwm216

at90pwm3

at90pwm3b

at90pwm316

Smart Battery AVR:

atmega8hva

atmega16hva

atmega406

8

Biblioteka avr-libc

Mikrokontrolery spierane przez bibliotek avr-libc w wersji 1.4.7:

USB AVR:

at90usb82

at90usb162

at90usb646

at90usb647

at90usb1286

at90usb1287

Inne:

at94K

at76c711

at43usb320

at43usb355

at86rf401

Standardowe AVR:

at90s1200

at90s2313

at90s2323

at90s2333

at90s2343

at90s4414

at90s4433

at90s4434

at90s8515

at90c8534

at90s8535

attiny461

attiny48

attiny84

attiny85

attiny861

9

Biblioteka avr-libc

Moduły biblioteki avr-libc w wersji 1.4.7:

<alloca.h> - alokujacja pami ci stosu

<assert.h> - diagnostyka

<ctype.h> - operacje na znakach

<errno.h> - obsługa bł dów

<inttypes.h> - konwersje typów całkowitych

<math.h> - funkcje matematyczne

<setjmp.h> - długie skoki

<stdint.h> - definicje standardowych typów całkowitych

<stdio.h> - standardowa biblioteka wej cia/wyj cia

<stdlib.h> - funkcje standardowe

<string.h> - funkcje operuj ce na ła cuchach

<avr/boot.h> - narz dzia wspieraj ce funkcje bootloadera

<avr/eeprom.h> - funkcje dost pu do wewn trznej pami ci EEPROM

<avr/interrupt.h> - funkcje obsługi przerwa

<avr/io.h> - definicje rejestrów i bitów I/O (doł cza wła ciwe dla danego uC)

<avr/pgmspace.h> - fukncje dost pu do pami ci programu

<avr/power.h> - funkcje zarz dzania energi

<avr/sfr_defs.h> - funkcje operuj ce na rejestrach funkcyjnych

10

Biblioteka avr-libc

Moduły biblioteki avr-libc w wersji 1.4.7, cd:

<avr/sleep.h>- funkcje zarz dzania trybami energooszcz dnymi

<avr/version.h> - makra wersji

<avr/wdt.h> - funkcje obsługi Watchdoga

<util/crc16.h> - obliczanie sum CRC

<util/delay.h> - funkcje realizuj ce opó nienia

<util/delay_basic.h> - funkcje realizuj ce podstawowe opó nienia

<util/parity.h> - generowanie bitu parzystoci

<util/twi.h> - definicje masek interfejsu TWI

<compat/deprecated.h>- informacje o przestarzałych funkcjach

<compat/ina90.h> - funkcje zapewniaj ce kompatybilno z IAR EWB 3.x

Projekty przykładowe:

•kompilacja plików C i asemblerowych

•prosty projekt

•projekt bardziej zło ony

•u ywanie standardowych narz dzi I/O

•przykład u ycia interfejsu TWI

11

Biblioteka avr-libc

Przykłady funkcji modułu <ctype.h>

int isalpha (int

__c ) – sprawdza, czy dana jest znakiem alfanumercznym

int isascii (int

__c ) – sprawdza, czy dana jest znakiem ASCII

int isblank (int

__c ) - sprawdza, czy dana jest znakiem spacji lub tabulacji

int isdigit (int

__c ) - sprawdza, czy dana jest cyfr dziesi tn

int toascii (int

__c ) – konwertuje dan do znaku ASCII

int tolower (int

__c ) - konwertuje wielk liter do małej

int toupper (int

__c ) - konwertuje liter mał do wielkiej

12

Biblioteka avr-libc

Przykłady funkcji modułu

<math.h>

•Trygonometryczne:

double acos (double

__x ) – arcus cosinus

double asin (double

__x ) – arcus sinus

double atan (double

__x ) – arcus tangens

double atan2 (double

__y, double __x ) – arcus tangens x/y w danej wiartce

double cos (double

__x ) - cosinus

double cosh (double

__x ) – cosinus hiperboliczny

double sin (double

__x ) - sinus

double sinh (double

__x ) – sinus hiperboliczny

double tan (double

__x ) - tangns

double tanh (double

__x ) – arcus tangens

13

Biblioteka avr-libc

Przykłady funkcji modułu

<math.h>

•Zaokr glenia:

double ceil (double

__x ) – zaokr glenie w gór

double floor (double

__x ) – zaokr glenie w dół

•Pot gi i pierwiastki:

double exp (double

__x ) - eksponent

double ldexp (double

__x, int __exp ) – iloczyn liczby x i pot gi exp liczby 2

double pow (double

__x, double __y ) – pot ga y liczby x

double square (double

__x ) – kwadrat x

double sqrt (double

__x ) – pierwiastek kwadratowy x

14

Biblioteka avr-libc

Moduł

<stdio.h>

W module s implementowane podstawowe operacje I/O. Ze wzgl du na brak

typowych urz dze wej cia wyj cia zakłada si kojarzenie strumieni I/O z

jednym z portów szeregowych mikrokontrolera.

Definicje:

#define

FILE

struct __file

#define

stdin

(__iob[0])

#define

stdout

(__iob[1])

#define

stderr

(__iob[2])

#define

EOF

(-1)

#define

fdev_set_udata

(stream, u) do { (stream)->udata = u; } while(0)

#define

fdev_get_udata

(stream) ((stream)->udata)

#define

fdev_setup_stream

(stream, put, get, rwflag)

15

Biblioteka avr-libc

Moduł

<stdio.h>

Definicje, cd:

#define

_FDEV_SETUP_READ

__SRD

#define

_FDEV_SETUP_WRITE

__SWR

#define

_FDEV_SETUP_RW

(__SRD|__SWR)

#define

_FDEV_ERR

(-1)

#define

_FDEV_EOF

(-2)

#define

FDEV_SETUP_STREAM

(put, get, rwflag)

#define

fdev_close

()

#define

putc

(__c, __stream) fputc(__c, __stream)

#define

putchar

(__c) fputc(__c, stdout)

#define

getc

(__stream) fgetc(__stream)

#define

getchar

() fgetc(stdin)

16

Biblioteka avr-libc

Funkcje modułu

<stdio.h>

int

fclose

(FILE *__stream)

int

vfprintf

(FILE *__stream, const char *__fmt, va_list __ap)

int

vfprintf_P

(FILE *__stream, const char *__fmt, va_list __ap)

int

fputc

(int __c, FILE *__stream)

int

printf

(const char *__fmt,...)

int

printf_P

(const char *__fmt,...)

int

vprintf

(const char *__fmt, va_list __ap)

int

sprintf

(char *__s, const char *__fmt,...)

int

sprintf_P

(char *__s, const char *__fmt,...)

int

snprintf

(char *__s, size_t __n, const char *__fmt,...)

int

snprintf_P

(char *__s, size_t __n, const char *__fmt,...)

int

vsprintf

(char *__s, const char *__fmt, va_list ap)

int

vsprintf_P

(char *__s, const char *__fmt, va_list ap)

int

vsnprintf

(char *__s, size_t __n, const char *__fmt, va_list ap)

int

vsnprintf_P

(char *__s, size_t __n, const char *__fmt, va_list ap)

int

fprintf

(FILE *__stream, const char *__fmt,...)

int

fprintf_P

(FILE *__stream, const char *__fmt,...)

17

Biblioteka avr-libc

Funkcje modułu

<stdio.h>, cd.

int

fputs

(const char *__str, FILE *__stream)

int

fputs_P

(const char *__str, FILE *__stream)

int

puts

(const char *__str)

int

puts_P

(const char *__str)

size_t

fwrite

(const void *__ptr, size_t __size, size_t __nmemb, FILE *__stream)

int

fgetc

(FILE *__stream)

int

ungetc

(int __c, FILE *__stream)

char *

fgets

(char *__str, int __size, FILE *__stream)

char *

gets

(char *__str)

size_t

fread

(void *__ptr, size_t __size, size_t __nmemb, FILE *__stream)

void

clearerr

(FILE *__stream)

int

feof

(FILE *__stream)

int

ferror

(FILE *__stream)

18

Biblioteka avr-libc

Funkcje modułu

<stdio.h>, cd.

int

vfscanf

(FILE *__stream, const char *__fmt, va_list __ap)

int

vfscanf_P

(FILE *__stream, const char *__fmt, va_list __ap)

int

fscanf

(FILE *__stream, const char *__fmt,...)

int

fscanf_P

(FILE *__stream, const char *__fmt,...)

int

scanf

(const char *__fmt,...)

int

scanf_P

(const char *__fmt,...)

int

vscanf

(const char *__fmt, va_list __ap)

int

sscanf

(const char *__buf, const char *__fmt,...)

int

sscanf_P

(const char *__buf, const char *__fmt,...)

int

fflush

(FILE *stream)

FILE *

fdevopen

(int(*put)(char, FILE *), int(*get)(FILE *))

19

Biblioteka avr-libc

Ograniczenia funkcji modułu <stdio.h>:

•Ze wzgl du na brak systemu operacyjnego nie ma faktycznej

implementacji systemu plików

•Standardowe strumienie stdin, stdout i stderr s dost pne, ale

musz by otwarte za pomoc funkcji fdevopen(), kojarz cej

strumie z urz dzeniem wysyłaj cym i odbieraj cym znaki

•Implementacja funkcji printf() i scanf() jest skomplikowana i nie

zaleca si ich u ywa (zamiast nich wskazane jest u ywa : vprintf()

i vscanf() )

20

Biblioteka avr-libc

Przykładowy program korzystaj cy z modułu

<stdio.h>:

#include <

stdio.h

>

static int uart_putchar(char c,

FILE

*stream);

static

FILE

mystdout =

FDEV_SETUP_STREAM

(uart_putchar, NULL, _

FDEV_SETUP_WRITE

);

static int uart_putchar(char c,

FILE

*stream)

{

if (c == '\n') uart_putchar('\r', stream);

loop_until_bit_is_set

(UCSRA, UDRE);

UDR = c; return 0;

}

int main(void)

{

init_uart();

stdout

= &mystdout;

printf

("Hello, world!\n");

return 0;

}

21

Biblioteka avr-libc

Moduł

<avr/io.h>

•Moduł zawiera definicje rejestrów bitów i ko cówek I/O dla mikrokontrolera

•W rzeczywistoci doł czony zostaje moduł <avr/io

XXXX

.h> definiuj cy I/O

wybranego mikrokontrolra na podstawie opcji wywołania kompilatora -mmcu=

typ_mikrokontrolera

•Moduł doł cza moduły: avr/sfr_defs.h, avr/portpins.h, avr/common.h

i avr/version.h

•W module s zdefiniowane makra:

RAMEND – stała b d ca adresem ostatniej komórki pami ci RAM

XRAMEND - stała b d ca adresem ostatniej komórki zewn trznej pami ci RAM

E2END – stała b d ca adresem ostatniej komórki pami ci EEPROM

FLASHEND – stała b d ca adresem ostatniej komórki pami ci FLASH

SPM_PAGESIZE – stała okre laj ca rozmiar pami ci bootloadera w bajtach

22

Biblioteka avr-libc

Moduł

<stdlib/io.h>

•Moduł zawiera definicje makr i funkcji wymaganych przez standard j zyka i

wła ciwych dla mikrokontrolerów AVR.

Struktury danych:

struct

div_t

, struct

ldiv_t

Funkcje niestandardowe:

char *

ltoa

(long int __val, char *__s, int __radix)

char *

utoa

(unsigned int __val, char *__s, int __radix)

char *

ultoa

(unsigned long int __val, char *__s, int __radix)

long

random

(void)void

srandom

(unsigned long __seed)

long

random_r

(unsigned long *__ctx)

char *

itoa

(int __val, char *__s, int __radix)

23

Biblioteka avr-libc

Moduł

<stdlib/io.h>

Stałe:

#define

RANDOM_MAX

0x7FFFFFFF

Funkcje konwersji dla argumentów podwójnej precyzji:

(umieszczone w module ”libm.a”, doł czanej opcj wywołania kompilatora: -lm)

char *

dtostre

(double __val, char *__s, unsigned char __prec, unsigned char __flags)

char *

dtostrf

(double __val, signed char __width, unsigned char __prec, char *__s)

#define

DTOSTR_ALWAYS_SIGN

0x01

#define

DTOSTR_PLUS_SIGN

0x02

#define

DTOSTR_UPPERCASE

0x04

24

Biblioteka avr-libc

Moduł

<stdlib/io.h>

Definicje:

#define

RAND_MAX

0x7FFF

typedef int(*)

__compar_fn_t

(const void *, const void *)

Funkcje:

void

abort

(void) __ATTR_NORETURN__

int

abs

(int __i)

long

labs

(long __i)

void *

bsearch

(const void *__key, const void *__base, size_t __nmemb, size_t

__size, int(*__compar)(const void *, const void *))

div_t div

(int __num, int __denom) __asm__("__divmodhi4")

ldiv_t ldiv

(long __num, long __denom) __asm__("__divmodsi4")

void

qsort

(void *__base, size_t __nmemb, size_t __size,

__compar_fn_t

__compar)

long

strtol

(const char *__nptr, char **__endptr, int __base)

unsigned long

strtoul

(const char *__nptr, char **__endptr, int __base)

long

atol

(const char *__s) __ATTR_PURE__

int

atoi

(const char *__s) __ATTR_PURE__

void

exit

(int __status) __ATTR_NORETURN__

25

Biblioteka avr-libc

Moduł

<stdlib/io.h>

Funkcje, cd:

void *

malloc

(size_t __size) __ATTR_MALLOC__

void

free

(void *__ptr)

void *

calloc

(size_t __nele, size_t __size) __ATTR_MALLOC__

void *

realloc

(void *__ptr, size_t __size) __ATTR_MALLOC__

double

strtod

(const char *__nptr, char **__endptr)

double

atof

(const char *__nptr)

int

rand

(void)

void

srand

(unsigned int __seed)

int

rand_r

(unsigned long *__ctx)

Zmienne:

size_t

__malloc_margin

char *

__malloc_heap_start

char *

__malloc_heap_end

26

Biblioteka avr-libc

Makra modułu

<interrupt.h>

sei() – zał cza system przerwa

cli() – wył cza system przerwa

EMPTY_INTERRUPT (vector ) – puste przerwanie (tylko powrót)

ISR (vector ) – procedura obsługi przerwania o podanym wektorze

ISR_ALIAS (vector, target_vector ) – powtórzenie obsługi dla nowego wektora

reti() – powrót z procedury obsługi przerwania

Mo liwe kombinacje parametrów:

ISR(vector, ISR_NOBLOCK) - procedura obsługi przerwania nie blokuje

kolejnych przerwa

ISR(vector, ISR_NAKED) - procedura obsługi przerwania definiowana w pełni

przez u ytkownika (równie prolog i epilog)

27

Biblioteka avr-libc

U ycie makr modułu

<interrupt.h>

Przykład:

ISR

(INT0_vect)

{

PORTB = 42;

}

ISR_ALIAS

(INT1_vect, INT0_vect);