Tarkvara Windowsi keskkonnas

Järgnev juhend kirjeldab AVR arenduskeskkonna installeerimist ja kasutamist Windowsi operatsioonisüsteemis.

Enne paigaldamist tuleks hankida alljärgnev tarkvara kas tootja kodulehelt või Kodulaboriga kaasas olevalt plaadilt.

1. AVR Studio

AVR Studio 4 on IDE (lühend inglise keeles Integrated Development Environment), milles toimub tarkvara kirjutamine ja mikrokontrollerisse laadimine. AVR Studio leiab selle tootja Atmeli kodulehelt.

2. WinAVR

WinAVR on GNU-GCC kompilaator AVR mikrokontrolleritele. See on vabavara, mille leiab Sourceforge veebilehelt. WinAVR pakub installeerimisel välja kataloogi nime, mis sisaldab ka versiooni numbrit, kuid kataloog tuleks manuaalselt seada hoopis:

C:\WinAVR

3. Kodulabori teek

Kodulabori teek sisaldab programmi lihtsustavaid funktsioone AVR-i ja kodulabori komplekti osade kasutamiseks. Teegi viimase versiooni leiab kodulabori veebilehelt. Teek tuleb kindlasti installeerida samasse kataloogi, kus on WinAVR.

4.. Virtuaalne COM pordi ajur

Ajur võimaldab arvutiga ühendada JTAG ICE programmaatori. Ajur tuleb installeerida enne programmaatori arvutiga ühendamist. Installeri nimi on “CDM x.xx.xx.exe”, kus “x” tähistab versiooni. Seejärel tuleb ühendada programmaator arvutiga USB liidese kaudu ja lasta Windows-il teostada automaatne paigaldus. Olekuribal peaks nägema umbes sellist teadet.

Sõltuvalt sellest, kui palju virtuaalseid jadaporte on arvutisse eelnevalt paigaldatud ja kasutusele võetud, paigaldab Windows automaatselt järgmise järjekorranumbriga virtuaalpordi. Uus järjekorranumber genereeritakse ka USB pordi vahetamisel. AVR Studio mõned versioonid tunnevad JTAG ICE programmaatori ära ainult jadaportides COM1…COM9 ja silumise funktsiooni lubavad kasutada ainult jadaportides COM1…COM4. Kasutajal on võimalus pordi järjekorranumbrit muuta, kasutades Device manager töövahendit. Vaata protseduuri.

AVR programmi kirjutamiseks tuleb luua uus projekt, mis tüüpiliselt sisaldab endas palju erinevaid faile: nn. programmi algkoodi, päisfaile, kompileeritud programmi jne. Selleks et projektid oleks korrektselt eristatavad, tuleks iga projekti jaoks luua uus kataloog (seda võimalust pakub ka uue projekti loomise abimees).

Uue projekti loomiseks tuleb läbida järgmised sammud:

1. Avada AVR Studio ja vajutada nupule uus projekt (New Project) (vaikimisi pakub seda ka AVR Studio). Juhul kui vastav aken automaatselt ei avane, valida menüüst Project - New project. Pärast sobivat sisestust vajutada nupule Next.

2. Avaneb aken, kus tuleb märkida kompilaatori ja failide algseaded. Kompilaatoriks märkida WinAVR ja paremas akna osas projekti nimi ning algkoodi faili nimi. Algkoodi faili nimi peaks kindlasti lõppema laiendiga “.c”. Aknas on võimalik veel märkida valikud automaatseks projekti nimega kataloogi tekitamiseks ja algkoodi faili avamiseks. Mõlemad valikud on mõistlik ära märkida. Samuti tuleks näidata kataloog, kuhu vastav projektikataloog tekitatakse. Pärast valikute tegemist vajutada nupule Next.

NB! Kui kompilaatori valikus puudub WinAVR, siis ei ole see korrektselt paigaldatud ja tuleks enne C-keele programmi kirjutamist kindlasti teha.

3. Järgnevalt avaneb aken, kus tuleb märkida kasutatav silumise platvorm ja mikrokontrolleri tüüp. Kodulaboris on silumise platvormina kasutusel JTAG ICE programmaator ja mikrokontrolleriks on ATmega128. Projekti lõplikuks loomiseks vajutada nupule Finish.

4. Nüüd avaneb juba programmeerimise kasutajaliides, kuhu saab hakata kirjutama uut programmi lähtekoodi.

5. Enne koodi kompileerimist tuleb määrata projekti seaded. Olulisemad seaded on kontrolleri taktsagedus ja kompilaatori optimeerimismeetod. Kodulabori kontrolleri taktsagedus on 14,7456 MHz ehk 14745600 Hz. See sagedus tuleb hertsides määrata Project → Configuration Options → General aknas. Optimeerimise meetodiks jätta -Os, kui ei ole vajadust just teiste järgi.

6. Kodulabori teegi kasutamine AVR Studio-ga eeldab, et see on tarkvara paigaldamise juhendi kohaselt süsteemi paigaldatud. Iga projekti korral tuleb teek projekti seadetest Project → Configuration Options → Libraries lisada lingitavate objektide nimekirja.

Kui objekt libhomelab.a nimekirjast puudub, siis ei ole kodulabori teek korrektselt süsteemi paigaldatud.

Kui arenduskeskkond on esimest korda paigaldatud ja seadistatud, on mõistlik testida, kas kõik sai tehtud õigesti. Selleks on lihtsaim viis teha üks väike programm, see ära kompileerida ja laadida kontrollerisse.

1. Ühendada programmaator ATMega128 plaadiga. Ühendamisel kontrollida, et programmaator saab ühendatud õigesse pesasse (JTAG) ja õigetpidi (kaabel on suunatud kontrolleri plaadist eemale - vaata järgmist pilti). Peale programmaatori ühendada ka kontrolleri toide (kontrolleri plaadil peab süttima väike roheline LED). Sisestada lihtne C-kood:

#include <avr/io.h>
#include <homelab/delay.h>
 
int main(void)
{
	// viigu PB7 seadmine väljundiks
	DDRB = 0x80;
 
	// Lõputu tsükkel
	while (true)
	{
		hw_delay_ms(500);
		PORTB = 0x00;
 
		hw_delay_ms(500);
		PORTB = 0x80;
	}
}

Kompileerimise ja programmaatori nupud

Kompileerida programm käsuga Build (kiirklahv F7) ja kontrollida, et kompileerimine õnnestuks. Selleks peab teadete aknasse tekkinud kompilaatori väljundi lõpp olema järgmine:

Build succeeded with 0 Warnings...

2. Avada koodi laadimise aken nupust Tools → Program AVR → Auto Connect. Tulemuseks peaks avanema kompileeritud faili mikrokontrollerisse laadimise aken. Kontrollige, et avatud oleks kaart Program.

Kui eespool toodud aken ei avane ja avaneb aken Connection Failed, siis puudub ühendus programmaatoriga. Esmalt tuleks kontrollida, kas mikrokontrolleril on järel toide ja kas programmaator on ühendatud õigesti (JTAG pistikusse, kaabel õiges suunas). Kui see on korras, siis tuleks kontrollida, mis COM pordi numbri on Windows programmaatorile omistanud. Kui see on suurem 9-st, siis ei pruugi tarkvara seda leida ja pordile tuleb omistada väiksem järjenumber.

3. Kui ühendus olemas, valida FlashUnderlined Text-sektsioonis olevasse sisendfaili aknasse (Input HEX faile) kompileeritud fail (tavalisel asub projekti alamkataloogis default), mis on sama nimega, mis projekt ja laiendiga “.hex”, näiteks “Labor1.hex”. Pärast õige faili valimist vajutada nupule Program, mis laeb valitud programmi kontrollerisse. Kui kõik õnnestus, tekib akna allosasse teade:

OK
Reading FLASH input file.. OK
Setting device parameters for jtag programming ..OK
Entering programming mode.. OK
Erasing device.. OK
Programming FLASH ..       OK
Reading FLASH ..       OK
FLASH contents is equal to file.. OK
Leaving programming mode.. OK

Prorammi mõjul peaks kontrolleri plaadil olev LED PB7 perioodiliselt süttima ja kustuma. Kui programm töötab, on tarkvara paigaldatud edukalt ja esimene projekt tehtud. Palju õnne!

ATmega128 registrite loetelu siluris

Programmi silumiseks (debugging) nimetatakse vigade otsimist programmist. Selleks on loodud eraldi vahendid - silurid (debugger), mis võimaldavad programmi täita samm-sammult, peatades seda soovitud kohtades. Selline programmi täitmine võimaldab igas soovitud programmi faasis kontrollida muutujate väärtusi, registrite sisusid ja programmi täitmise järjekorda. Eriti oluline on silumise võimaluse kasutamine keerukamate programmide juures, kus vea põhjust on tihti keeruline otsida. Mikrokontrollerite puhul on veel oluline , et tarkvara samm-sammult täitmine toimub reaalselt kontrolleris ja võimaldab nii lisaks registrite väärtuste vaatamisele näha ka reaalsete väljundite muutumist. Siluri kasutamiseks on eelkõige vaja kahte tingimust: kasutatav mikrokontroller peab kontrolleril silumist (on-ship debugging) toetama ja peab olema vastav riistvara - näiteks JTAG programmaator, mis silumist toetab. Odavamad programmaatorid, mis kasutavad ISP programmeerimise liidest, võimaldavad laadida kontrollerisse küll kompileeritud programmi, kuid ei võimalda silumist.

Programmi käivitamiseks siluri režiimis AVR Studio-ga tuleks see esmalt kompileerida nupuga Build (kiirklahv F7) ja käivitada kompileeritud programm käsuga Run (kiirklahv F5). Programmi lähtekoodi võib enne seda soovitud kohtadele lisada katkestuspunkte (break point) (kiirklahv F9). Kui programmi täitmine jõuab katkestuspunktini, peatatakse programmi töö, võimaldades nii uurida selle punkti ja ajahetke parameetreid. Programmi täitmist võib jätkata käsuga Run (kiirklahv F5) või siis kasutada käskhaaval liikumist nupuga Step Into (kiirklahv F11).

Mõnikord tekib vajadus AVR programmis kasutada ujukoma-arve. Nendega arvutamiseks ja nende esitamiseks printf-tüüpi funktsioonidega tuleb projekti seadistustes teha järgmised muudatused:

1. Avada projekti seaded menüüst Project → Configuration Options. Seadete lehel Libraries tuleb sinna, kuhu on lisatud kodulabori teegi fail libhomelab.a, järgi lisada ka libprintf_flt.a ja libm.a.

2. Seejärel tuleb avada Custom OptionsUnderlined Text-leht ja valida [All files]Underlined Text-sektsioon. Parempoolsesse kasti lisada read “-lprintf_flt” ja “-lm”. [Linker Options]Underlined Text-sektsiooni lisada rida “-uvfprintf”.

3. Vajutada OK ja sulgeda seadete aken.