Hier steht der Titel der Power Point Präsentation.

Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Professur für Prozessleittechnik
Prozessinformationsverarbeitung (PIV)
Programmierung von
Mikrocontrollern am Beispiel
des ATMEL ATmega32
Professur für Prozessleittechnik
Wintersemester 2008/2009
1. Architektur
1.1. Überblick
1.2. Allgemeine Merkmale
• 8-Bit-RISC-Prozessor
• Harvard-Architektur
• 32 Universal-Register
• Befehlssatz mit 131 Assembler-Befehlen
• Integrierte Multipliziereinheit
• Ausführungszeit zwischen 1 und 4 Takten
• Taktfrequenz bis 16 Mhz
• Umfangreiche Peripherie
1.3. Kernarchitektur
• 32K Byte Flash-Programmspeicher
• 1K Byte EEPROM Datenspeicher
• 2K Byte SRAM Speicher
• Interner und externer Taktgeber
• 21 Interne und externe Interrupt-Quellen
• 6 verschiedene Energiesparzustände
• JTAG-Schnittstelle mit Online-Debugging
• Bootloader-Unterstützung
1.4. Peripherie
• 32 Tri-Stated GPIO in vier Registern
• 8-Bit und 16-Bit Timer/Counter mit PWM
• 10-Bit ADC (Single-Ended/Differential)
• Analog-Komparator
• Programmierbare USART-Schnittstelle
• TWI-Schnittstelle (I²C-kompatibel)
• SPI-Schnittstelle (Master/Slave)
• Watchdog-Timer und Spannungsausfallerkennung
2. Grundlagen der
Programmierung von AVRMikrocontrollern in C
2.1. Prinzipielle Vorgehensweise
1. Auswahl und Konfiguration von µC und Peripherie
(Datenblatt)
2. Entwurf und Implementierung von Algorithmus und
Kontrollstrukturen (beliebiger ANSI-C Compiler)
3. Portierung des Entwurfs auf den µC (Simulator)
4. Implementierung auf dem Zielsystem (JTAG)
Dabei zunächst Recherche nach vorhandenen Quellen,
danach Entwurf eigener Lösungen!
2.2. Besonderheiten der Konfiguration von µC
• Steuer- und Statusregister
– Konfiguration sämtlicher Laufzeitfunktionen
– Anzeige des aktuellen Systemstatus
• Fuse-Bits
– Konfiguration der Betriebsparameter vor Inbetriebnahme
(abgelegt im EEPROM)
– z.B.: Taktgeber, JTAG-/Bootloader-Aktivierung
• Lock-Bits
– Schreib- und Leserestriktionen auf den Speicher
2.2. Besonderheiten der Konfiguration von µC
2.3. Interrupts
• 21 Interrupts für ATmega32
• Interrupt-Behandlung ist Compiler-abhängig
• Aktivierung über Steuer-Register
• Behandlung durch Service-Routinen
Aktivierte Interrupts müssen behandelt werden!
„Global Interrupt Enable Bit“ muss gesetzt werden!
(Befehl: sei())
2.3. Interrupts
2.4. Zugriffe auf IO-Ports
• GPIO-Pins sind Tri-Stated (High/Low/High-Res) und
besitzen interne Pull-Up-Widerstände
• Steuerregister: DDRx (Data Direction Register)
– DDn = 1 ~ Ausgang, DDn = 0 ~ Eingang
• Steuerregister: PORTx (Data Register)
– DDn = 1: PORTxn = 0 ~ Low, PORTxn = 1 ~ High
– DDn = 0: PORTxn = 1 ~ Pull-Up aktiviert,
PORTxn = 0 ~ Ausgang tri-stated
• Statusregister: PINx (Port Input Register)
– Aktuelle Pinbelegung (Register ist Read-Only)
2.5. Der JTAG-Standard
• „Joint Test Action Group“ → IEEE 1149.1
• Verfahren zum Programmieren und Testen von
Programmen direkt in der Schaltung
– „Boundary Scan Test“
– Debugger hat Zugang zu sämtlichen Speichern, allen Registern,
der Peripherie und dem Programmzähler
– Ermöglicht Einzelschritt-, Brakepoint-, On-Change-Debugging
• Benötigt JTAG-Schnittstelle (Test Access Port TAP)
– 4 Pins zzgl. Spannungsversorgung, aktivierbar via Fuse-Bit
• Benötigt ein separates JTAG-Programmiergerät
2.6. Der AVR-Bootloader
• Fähigkeit des Systems, sich über jede beliebige
Datenschnittstelle selbst zu programmieren
– Spezielles Programm, dass Daten aus einer beliebigen Quelle
lesen und parallel in den Flash-Speicher schreiben kann
– Residiert in einem separaten, konfigurierbaren Bereich des FlashSpeichers (der ebenfalls beschrieben werden kann!)
– Konfigurierbar über Fuse-Bits
– Schutz durch Lock-Bits möglich
• Ermöglicht Updates, Rekonfigurationen und
Versionierung der Systeme
Entwicklungswerkzeuge
3.1. Die avr-gcc Toolchain
• AVR-GCC: Frontend der GCC (GNU-CompilerCollection) für die AVR-Plattform
– Treiber-Programm für andere Teilprogramme
• GNU Binutils: Binary Utilities
– Assembler (as), Linker (ld) und andere Programme
• avr-libc
– Standard-C-Bibliothek für AVR-Prozessoren
– Teile der ANSI-C sowie AVR-spezifische Funktionen
3.1. Die avr-gcc Toolchain
• AVR-DUDE: In-System-Programmer
• AVR-GDB: Kommandozeilen-Debugger
• AVaRICE: Backend-Programm für GDB zur
Verwendung der JTAG-Schnittstelle
• SimulAVR: Backend-Programm für GDB zur
Simulation von AVR-Prozessoren
• Make: Interpreter für Makefile-Skripte
zahlreiche Alternativen verfügbar
3.2. AVR-Studio und WinAVR
• WinAVR:
– Werkzeugsammlung für MS Windows
• AVR-Studio: Graphische IDE von ATMEL
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Assembler, Programmer, Simulator, Terminal
C-Compiler unter Nutzung von WinAVR
Graphische Projektkonfiguration
Voll kompatibel zu allen ATMEL-Entwicklungswerkzeugen
3.3. Weitere Entwicklungsumgebungen
• Eclipse-AVR-Plugin
– Kostenfrei, plattformunabhängig
– nutzt avr-gcc Toolchain
• CodeVision-AVR
– Kostenpflichtige IDE
– Nutzt eigene C-Bibliothek, aber AVR-Studio-Simulator
• IAR-Workbench
– Professionelle, kostenpflichtige IDE
3.4. Die STK500 Plattform
3.4. Die STK500 Plattform
• Entwicklungsplatform für AVR-Prozessoren
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Sockel für DIP8, DIP20, DIP28 und DIP40 Gehäuse
Einstellbare Board- und Referenzspannung von 0-6 Volt
Einstellbarer Boardtakt von 0-3,686 MHz
Parallele und serielle Programmierung
RS232-Schnittstelle zur Konfiguration und Programmierung
RS232-Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Prozessor
Je acht Taster und acht LEDs zur Benutzerinteraktion
Verschiedene Takt- und Resetquellen verfügbar
Keine JTAG-Unterstützung
3.5.Hinweise zur Verwendung der STK500Plattform
• 12-15 Volt Betriebsspannung, verpolungstolerant
• Anschluss des Boards an PC mittels RS232
• Auswahl des Zielsockels mittels 6-pol. Flachbandkabel
• Anschluss der Peripherie über Flachbandkabel
• Auswahl der Takt-, Spannungs- und Resetquelle über
Jumper
• Konfiguration von Spannung und Takt über AVR-Studio
Beschriftung auf der Unterseite des Boards beachten
3.5.Hinweise zur Verwendung der STK500Plattform
• Auswahl des Sockels:
– Anschluss über Flachbandkabel
– Bei internem Sockel Farbcodierung beachten
Bei externem Sockel Polung beachten!
3.5.Hinweise zur Verwendung der STK500Plattform
• Auswahl der Spannungsquellen:
– VTARGET verbindet interne
Spannungsversorgung
Niemals interne und externe
Spannung gleichzeitig!
– AREF verbindet interne
Referenzspannungsquelle
Referenzspannung muss
immer kleiner Versorgungsspannung sein!
3.5.Hinweise zur Verwendung der STK500Plattform
• Einstellung der
Taktquelle:
– XTAL1 aktiviert interne
Quelle
– OSCSEL wählt zwischen
einstellbarer Quelle und
Quarzsockel
Konfiguration des
Controllers beachten!
3.6. STK500 und AVR-Studio
• Einlesen der Signatur
– Wichtig zur Überprüfung der
Konnektivität
• Einstellen der Programmiergeschwindigkeit
– Bei Instabilität schrittweise
reduzieren
3.6. STK500 und AVR-Studio
• Einstellen der Spannungen
– ARef ist immer kleiner VTarget
• Einstellen der Taktfrequenz
– Nur bei Auswahl der
einstellbaren Taktquelle von
Belang
3.7. Die STK600 Plattform
3.7. Die STK600 Plattform
• Nachfolger des STK500
– Kompatibel zu allen Controllern der Reihen ATmega, Atmega32
und Xmega
– Anschluss über die USB-Schnittstelle
– ISP- und JTAG-Programmierung interner und externer Ziele
– RS232-, USB-, CAN- und LIN-Schnittstelle
– Je acht Taster und acht LEDs zur Benutzerinteraktion
– Einstellbare Spannung und Taktfrequenz
• Konfiguration des Boards über (separat erhältliche)
Aufsätze
– Separate Sockel- und Routingaufsätze ermöglichen die
Verwendung der Sockel auch für nicht pinkompatible Controller