Для программирования микроконтроллеров существуют два основных языка - это язык Си и Ассемблер. Бывают и другие языки но Си и Ассемблер используются чаще других т.к. их можно использовать для создания программ оптимально использующих ресурсы микроконтроллера. Язык Си более прост в изучении чем Ассемблер, более прост для понимания человеком вообще (на нем можно писать более читабельный код) а также более просто переносим между разными микроконтроллерами и вообще разными устройствами. Ассемблер же не так прост в понимании и хуже переносим т.к. он имеет множество разных команд которые отличаются друг от друга при программировании разных микроконтроллеров и устройств и даже при программировании одного и того же устройства но при использовании разных компиляторов. Однако язык ассемблер дает больше возможностей управлять ресурсами микроконтроллера. Программы написанные на Ассемблере могут быть более оптимальными чем программы на Си. Также изучение Ассемблера позволяет лучше понять работу микроконтроллера и писать более оптимальные программы на языке Си. Поэтому данный низкоуровневый язык стоит изучить даже если необходимость в его изучении и применении на практике никогда не возникала. Данный язык сильно отличается для разных микроконтроллеров но всё таки некоторые общие принципы наверняка должны присутствовать в той или иной степени для разных устройств. Начать скорее всего будет лучше с какого нибудь простого микроконтроллера. Например, для старта, можно взять ATtiny2313 и написать для него мигалку а если это получиться то делать далее уже более сложные устройства и переходить на более сложные микроконтроллеры например какие нибудь из STM32. Чтобы писать саму программу можно использовать какой либо текстовый редактор. Обычно в ОС Windows присутствует текстовый редактор "блокнот". После написания программы в "блокноте"её можно сохранить в формате с расширением .asm потом откомпилировать в файл с расширением .hex каким нибудь компилятором ассемблера для микроконтроллеров avr напр. компилятором avra (который можно скачать по ссылке https://sourceforge.net/projects/avra/files/1.2.3/ (для windows нужно скачать avra-1.2.3-win32.zip)) (для установки достаточно разархивировать) и записать полученный файл с расширением .hex в микроконтроллер утилитой avrdude (устанавливается вместе с arduino IDE, WinAVR или отдельно) через программатор. Рассмотрим схему устройства которое будем программировать:
На рисунке выше приведена схема светодиодной мигалки на микроконтроллере ATtiny2313 с программатором. Микроконтроллер ATtiny2313 имеет встроенный тактовый RC генератор и встроенный внутренний резистор для подтяжки вывода reset к нужному для работы микроконтроллера уровню также ему не нужно много внешних конденсаторов и прочей дополнительной обвязки (этим данный микроконтроллер прост и хорош). В качестве программатора можно использовать Arduino с записанным в неё скетчем ISP программатора:
Если все необходимые элементы имеются то можно начинать писать программу. Давайте рассмотрим простую программу мигания светодиодом на Ассемблере:
Ассемблер, в отличии от Си, регистронезависимый язык поэтому команды можно писать и большими буквами и маленькими и вперемешку. Команды которые начинаются с точки называются директивами. Директивы - это команды не для микроконтроллера а для компилятора. Директива .CSEG означает начало сегмента кода, помимо сегмента кода существует также сегмент данных и сегмент EEPROM. Директива .ORG указывает адрес с которого начинается сегмент. В ассемблере можно делать комментарии т.е. строки которые игнорируются компилятором и нужны для помощи программисту, комментарии начинаются с точки с запятой и завершаются концом строки. Команда LDI нужна для помещения в регистр какой либо константы. Константу можно записать в десятичном, шестнадцатеричном или двоичном виде. Если она записана в двоичном виде то перед ней ставиться нолик и английская буква b т.е. например 0b00000001. Двоичные числа удобны для конфигурирования порта микроконтроллера т.к. по ним наглядно видно в каком бите есть ноль а в каком единица. Если константа пишется в десятичном виде то перед ней ставить ничего не надо а надо просто написать число. Если константа пишется в шестнадцатеричном виде то перед ней ставиться 0x. Чтобы настроить второй пин микроконтроллера на выход нужно в записать единицу в нулевой разряд регистра DDRD. DDRD - это просто название регистра для удобства, на самом деле важно знать что этот регистр имеет какой то адрес в памяти и для того чтобы записать в этот регистр какое либо число и т.о. поместить либо ноль либо единицу в нужный его разряд, нужно записать это число по соответствующему адресу для регистра DDRD в микроконтроллере ATtiny2313 этот 0x11. Для того чтобы настроить второй пин микроконтроллера ATtiny2313 на выход мы сначала командой LDI записываем в регистр R16 число 0b00000001 а потом командой OUT из регистра R16 мы это число помещаем в регистр DDRD по тому что записать сразу константу в DDRD нельзя. Далее идет основной цикл программы т.е. "бесконечный" цикл в котором выполняются основные постоянные действия. Чтобы организовать этот цикл на ассемблере используется оператор безусловного перехода RJMP. В самом низу кода мы видим строку RJMP Start а в самом верху основного цикла мы видим метку Start. Команда RJMP просто переводит выполнение программы на то место где стоит метка т.о. если метку поставить перед этой командой после которой идет название этой метки то можно получить бесконечный цикл. Командой SBI мы устанавливаем высокий уровень т.е. пять вольт на нужном пине микроконтроллера. Если мы используем пин который связан с нулевым битом порта D то после команды SBI мы пишем адрес порта D (для микроконтроллера ATtiny2313 это 0x12) ставим запятую и после этого пишем номер бита который мы хотим установить в логическую единицу чтобы на нужном пине стало пять вольт. Аналогично командой CBI мы делаем ноль вольт на нужном нам пине. Для создания задержки сначала в регистр r18 записывается число 250 (максимальное которое можно записать = 255, минимальное = 0) потом 250 записывается в регистр r19. После чего командой dec (декремент) происходит уменьшение на единицу числа находящегося в регистре r19. Далее имеется команда brne - это оператор условного перехода т.е. он переносит выполнение программы на место с меткой при выполнении условия. Если результатом операции предшествовавшей данной команде был ноль то перехода туда где стоит метка не происходит и выполнение программы продолжается, если был получился не ноль то происходит переход на строку с меткой в данном случае это L1. Т.о. получается цикл выход из которого происходит тогда когда число в регистре r19 становиться равным нулю. Далее происходит декремент числа в регистре r18 и так как сразу там ноль не получиться то переход происходит на строку с меткой L1 а там стоит декремент числа в регистре r18 но так как там уже ноль то декремент делает там 255 и всё повторяется заново т.о. получается вложенный цикл. Эти циклы выполняются какое то время и делают задержку для того чтобы можно было наблюдать мигание светодиода.
После того как программа написана (например в имеющемся в windows текстовом редакторе "блокнот" или любом другом подходящем текстовом редакторе (неважно каком (это дело вкуса (на результат не повлияет (если текстовый редактор подходит для данных целей и позволяет сохранять текст в формате .asm))))) её можно сохранить в формате .asm и откомпилировать в cmd (командной строке windows) командой:
путь_до_компилятора_avra путь_до_файла.asm
например:
F:\avra-1.2.3\bin\avra F:\avr\blink.asm
Если компиляция пройдет успешно то компилятор создаст файл с расширением .hex который можно загрузить в микроконтроллер например командой:
avrdude -c avrisp -P COM3 -b 19200 -p t2313 -U flash:w:blink.hex
(avrdude перед этим надо установить на компьютер)
Эта команда сработает если используется микроконтроллер ATtiny2313 (-p t2313), программатор avrisp (-c avrisp (он же arduino, он же stk500, он же "пять проводков" (avrdude не поймет "пять проводков" (остальное должна понять)))) который подключен к порту который называется COM3 (-P COM3) (если называется по другому то в команду надо вписать соответствующее название). blink.hex - это название откомпилированного файла который надо загрузить в микроконтроллер. При этом в данной программе не прописана установка фьюзов и считается что микроконтроллер либо новый с завод и на нем установлены фьюзы по молчанию либо фьюзы ранее были установлены как надо и менять их не требуется. Если hex файл успешно запишется то светодиод должен замигать!
КАРТА БЛОГА (содержание)
Рисунок 1 - Светодиодная мигалка на микроконтроллере ATtiny2313 с программатором
На рисунке выше приведена схема светодиодной мигалки на микроконтроллере ATtiny2313 с программатором. Микроконтроллер ATtiny2313 имеет встроенный тактовый RC генератор и встроенный внутренний резистор для подтяжки вывода reset к нужному для работы микроконтроллера уровню также ему не нужно много внешних конденсаторов и прочей дополнительной обвязки (этим данный микроконтроллер прост и хорош). В качестве программатора можно использовать Arduino с записанным в неё скетчем ISP программатора:
Рисунок 2 - Светодиодная мигалка на микроконтроллере ATtiny2313 с программатором на Arduino Uno
Ассемблер, в отличии от Си, регистронезависимый язык поэтому команды можно писать и большими буквами и маленькими и вперемешку. Команды которые начинаются с точки называются директивами. Директивы - это команды не для микроконтроллера а для компилятора. Директива .CSEG означает начало сегмента кода, помимо сегмента кода существует также сегмент данных и сегмент EEPROM. Директива .ORG указывает адрес с которого начинается сегмент. В ассемблере можно делать комментарии т.е. строки которые игнорируются компилятором и нужны для помощи программисту, комментарии начинаются с точки с запятой и завершаются концом строки. Команда LDI нужна для помещения в регистр какой либо константы. Константу можно записать в десятичном, шестнадцатеричном или двоичном виде. Если она записана в двоичном виде то перед ней ставиться нолик и английская буква b т.е. например 0b00000001. Двоичные числа удобны для конфигурирования порта микроконтроллера т.к. по ним наглядно видно в каком бите есть ноль а в каком единица. Если константа пишется в десятичном виде то перед ней ставить ничего не надо а надо просто написать число. Если константа пишется в шестнадцатеричном виде то перед ней ставиться 0x. Чтобы настроить второй пин микроконтроллера на выход нужно в записать единицу в нулевой разряд регистра DDRD. DDRD - это просто название регистра для удобства, на самом деле важно знать что этот регистр имеет какой то адрес в памяти и для того чтобы записать в этот регистр какое либо число и т.о. поместить либо ноль либо единицу в нужный его разряд, нужно записать это число по соответствующему адресу для регистра DDRD в микроконтроллере ATtiny2313 этот 0x11. Для того чтобы настроить второй пин микроконтроллера ATtiny2313 на выход мы сначала командой LDI записываем в регистр R16 число 0b00000001 а потом командой OUT из регистра R16 мы это число помещаем в регистр DDRD по тому что записать сразу константу в DDRD нельзя. Далее идет основной цикл программы т.е. "бесконечный" цикл в котором выполняются основные постоянные действия. Чтобы организовать этот цикл на ассемблере используется оператор безусловного перехода RJMP. В самом низу кода мы видим строку RJMP Start а в самом верху основного цикла мы видим метку Start. Команда RJMP просто переводит выполнение программы на то место где стоит метка т.о. если метку поставить перед этой командой после которой идет название этой метки то можно получить бесконечный цикл. Командой SBI мы устанавливаем высокий уровень т.е. пять вольт на нужном пине микроконтроллера. Если мы используем пин который связан с нулевым битом порта D то после команды SBI мы пишем адрес порта D (для микроконтроллера ATtiny2313 это 0x12) ставим запятую и после этого пишем номер бита который мы хотим установить в логическую единицу чтобы на нужном пине стало пять вольт. Аналогично командой CBI мы делаем ноль вольт на нужном нам пине. Для создания задержки сначала в регистр r18 записывается число 250 (максимальное которое можно записать = 255, минимальное = 0) потом 250 записывается в регистр r19. После чего командой dec (декремент) происходит уменьшение на единицу числа находящегося в регистре r19. Далее имеется команда brne - это оператор условного перехода т.е. он переносит выполнение программы на место с меткой при выполнении условия. Если результатом операции предшествовавшей данной команде был ноль то перехода туда где стоит метка не происходит и выполнение программы продолжается, если был получился не ноль то происходит переход на строку с меткой в данном случае это L1. Т.о. получается цикл выход из которого происходит тогда когда число в регистре r19 становиться равным нулю. Далее происходит декремент числа в регистре r18 и так как сразу там ноль не получиться то переход происходит на строку с меткой L1 а там стоит декремент числа в регистре r18 но так как там уже ноль то декремент делает там 255 и всё повторяется заново т.о. получается вложенный цикл. Эти циклы выполняются какое то время и делают задержку для того чтобы можно было наблюдать мигание светодиода.
После того как программа написана (например в имеющемся в windows текстовом редакторе "блокнот" или любом другом подходящем текстовом редакторе (неважно каком (это дело вкуса (на результат не повлияет (если текстовый редактор подходит для данных целей и позволяет сохранять текст в формате .asm))))) её можно сохранить в формате .asm и откомпилировать в cmd (командной строке windows) командой:
путь_до_компилятора_avra путь_до_файла.asm
например:
F:\avra-1.2.3\bin\avra F:\avr\blink.asm
Если компиляция пройдет успешно то компилятор создаст файл с расширением .hex который можно загрузить в микроконтроллер например командой:
avrdude -c avrisp -P COM3 -b 19200 -p t2313 -U flash:w:blink.hex
(avrdude перед этим надо установить на компьютер)
Эта команда сработает если используется микроконтроллер ATtiny2313 (-p t2313), программатор avrisp (-c avrisp (он же arduino, он же stk500, он же "пять проводков" (avrdude не поймет "пять проводков" (остальное должна понять)))) который подключен к порту который называется COM3 (-P COM3) (если называется по другому то в команду надо вписать соответствующее название). blink.hex - это название откомпилированного файла который надо загрузить в микроконтроллер. При этом в данной программе не прописана установка фьюзов и считается что микроконтроллер либо новый с завод и на нем установлены фьюзы по молчанию либо фьюзы ранее были установлены как надо и менять их не требуется. Если hex файл успешно запишется то светодиод должен замигать!
КАРТА БЛОГА (содержание)
Спасибо за доходчивые уроки.
ОтветитьУдалитьПравда я немножко поменял задержки, а то при частоте 4МГц не видно, как мигает светодиод :)
; -- Первая задержка на основе вложенного тройного цикла --
ldi r18, 255 ; Загружаем числа 255,255,20 в регистры
ldi r19, 255
ldi r20, 20
L0:
L1:
dec r19 ;декримент - вычитание из r19 единицы
brne L1 ;переходим на L1, если r19 не равен 0. Аналогично следующие команды
ldi r19, 255
dec r18
brne L1
dec r20
brne L0
; CBI PORTB, 0 ;Установка 0-го разряда порта в ноль(0 вольт) - диод светится
ldi r20, 0x00
out PORTB, r20
; -- DELAY 2 --
ldi r18, 255
ldi r19, 255
L2:
dec r19
brne L2
ldi r19, 255
dec r18
brne L2
RJMP Start ;переход на метку Start для организации бесконечного цикла
впрочем, поторопился, не понял смысла
ОтветитьУдалитьспасибо за уроки! лет 15 назад начинал играться с атмелом, потом переполз на ардуино и основательно забыл ассемблер, теперь вспоминаю заново ))