AVR-GCC kompilator C dla mikrokontroler├│w AVR, cz─Ö┼Ť─ç 12.pdf

K U R S

AVR–GCC: kompilator C dla

mikrokontrolerów AVR, część 12

Obsługa interfejsu USART

Jako uzupełnienie odcinków o przerwaniach przedstawiamy

przykłady ich praktycznego zastosowania. Jednym

z najpopularniejszych przykładów jest obsługa interfejsu

komunikacji szeregowej USART.

Po modyﬁkacjach przedstawio-

nych w poprzedniej części artyku-

łu, główny plik projektu main.c

wygląda teraz następująco:

// główny moduł projektu

#deﬁne _MAIN_MOD_ 1

// pliki dołączone (include):

#include „projdat.h”

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>

#include <avr/eeprom.h>

#include <avr/signal.h>

#deﬁne MS100_DELAY 5

// dane:

static char Ms100_counter;

static volatile uchar LedState = 1;

// funkcje:

na komendy z PC, nadajnik jest

włączony ale przerwania nadaj-

nika pozostają zablokowane;

– komunikacja jest zorganizowana

w trybie tekstowym, co umoż-

liwia jej wypróbowanie przy

pomocy dowolnego terminala:

odbiornik reaguje na komendy

jednoznakowe, a w odpowiedzi

mikrokontroler odsyła krótkie

powiadomienia;

– w obsłudze przerwania odbiorni-

ka wykonujemy (zgodnie z wcze-

śniejszymi zaleceniami) tylko

podstawowe czynności: przepi-

sanie znaku z rejestru UDR do

bufora i ustawienie ﬂagi otrzy-

mania nowej komendy NEW_

COMMAND ;

– ﬂaga ta informuje program

główny o konieczności wykona-

nia przewidzianej akcji: w na-

szym przypadku jest to wywoła-

nie funkcji SendAnswer urucha-

miającej wysyłanie odpowiedzi,

parametrem funkcji jest wartość

liczbowa komendy (przeliczona

z kodu ASCII cyfry 1...3 przy-

słanej tekstowo z terminala);

– funkcja akceptuje wartości 1...3,

w innych przypadkach argument

zostaje zastąpiony zerem; w taki

sposób argument może bezpo-

średnio posłużyć jako indeks ta-

blicy AnswerTable , w której ulo-

kowane są wskaźni-

ki na poszczególne

teksty odpowiedzi;

– uruchomienie wy-

syłania odpowiedzi

sprowadza się do

ustawienia wskaź-

nika TxPtr na po-

czątek właściwego

tekstu i włączenie

przerwania nadajni-

ka (makro TX_ON );

– całością wysyłania

zajmuje się teraz handler prze-

rwania nadajnika: pobiera ko-

lejne znaki komunikatu i ładuje

je do rejestru UDR, natomiast

w momencie natraﬁenia na znak

null (o wartości zerowej, który

zawsze w standardzie C kończy

łańcuch tekstowy) zatrzymuje

nadawanie wyłączając przerwa-

nie (makro TX_OFF );

– na czas nadawania dodatkowo

ustawiamy ﬂagę TX_BUSY , któ-

ra blokuje reakcję na dalsze

komendy (co mogłoby w trakcie

wysyłania odpowiedzi przesta-

wić wskaźnik i narobić zamie-

szania);

– oddzielna funkcja SendPrompt

wysyła jednorazowy komunikat

startowy po inicjalizacji.

Pracę programu możemy obej-

rzeć bez ﬁzycznego sprzętu posłu-

gując się opisanym już HAPSIM’em

. Dodajemy okno terminala, usta-

wiamy jego typ na usart i wyłącza-

my lokalne echo. Po uruchomieniu

AvrStudio wysyłamy z terminala

jednoznakowe komendy otrzymując

z symulowanej kostki odpowiedzi

( rys. 28 ).

Koniecznie trzeba zdawać sobie

sprawę, że zadziałanie powyższej

symulacji wcale nie jest równo-

znaczne z poprawną pracą rzeczy-

wistego zmontowanego układu. Do-

//====================

// funkcja main()

int main(void)

{

// inicjalizacja

OSCCAL=eeprom_read_byte((uchar*)E-

2END);

// zapis kalibracji w ostatniej komór-

ce eeprom

DDRB=0xff;

InitT2();

InitUsart();

sei();

SendPrompt();

// pętla główna

while (1)

{

// obsługa systemowego „zegarka”

100ms

if (MS100_FLAG)

{

MS100_FLAG = false;

if (++Ms100_counter == MS100_DELAY)

{

Ms100_counter = 0;

// nasza okresowa akcja (przełą-

czenie wyjścia) uruchamiana

// zegarem systemowym co 100ms *

MS100_DELAY (0,5s)

PORTB=LedState;

if(LedState==128) LedState=1;

else LedState = LedState<<1;

}

// obsługa komend przesłanych przez

usart

if (NEW_COMMAND)

{

NEW_COMMAND = false;

SendAnswer(RxBuffer[0] – 0x30);

}

Jak widać obsługa naszej prostej

komunikacji to w module głównym

tylko kilka dodatkowych linijek.

Działa to wszystko w następujący

sposób:

– przy starcie programu inicjali-

zujemy USART: przerwania od-

biornika są włączone i oczekują

Rys. 28. Terminal znakowy symulatora HAPSIM

Elektronika Praktyczna 2/2006

107

K U R S

chodzi tutaj cały wachlarz dodat-

kowych możliwych problemów:

– poprawność połączenia kablowe-

go ze wspólpracującym portem

szeregowym;

– właściwe wlutowanie i praca

kostki konwertera TTL<–>RS

232 (np. typowy MAX232);

– zgodność ustawionych para-

metrów transmisji w obu urzą-

dzeniach komunikacyjnych (za-

uważmy, że HAPSIM w ogóle

o to nie dba);

– utrzymanie szybkości transmisji

na odpowiednim poziomie (czy-

li stabilna i pewna praca oscy-

latora);

– sprawdzona i działająca konﬁ-

guracja współpracującego portu

(w PC wiele zależy od zasto-

sowanego oprogramowania, np.

czasem można się spotkać z ko-

niecznością odpowiedniego skro-

sowania linii RTS, CTS, DSR,

DTR we wtyku).

Często pojawia się pytanie, czy

wbudowany w AVR oscylator ( ca-

librated internal RC oscillator ) jest

wystarczająco „pewny” dla używa-

nia w celach transmisyjnych. Na

ogół możemy przyjąć, że w zasto-

sowaniach domowych (stała poko-

jowa temperatura, przebieg trans-

misji pod bezpośrednią kontrolą

– np. w przyborach warsztatowych,

przystawkach do PC itp.) nie na-

potkamy na problemy (chociaż cza-

sem wymagane jest niewielkie do-

strojenie fabrycznej wartości bajtu

kalibracyjnego). Natomiast w urzą-

dzeniu pracującym autonomicznie

w zmiennych warunkach termicz-

nych znacznie bezpieczniej będzie

przewidzieć klasyczny układ oscy-

latora kwarcowego.

Powyższy przykład komunikacji

tekstowej – chociaż prosty w uru-

chomieniu i obsłudze – zazwyczaj

nie wystarcza w wielu typowych

zastosowaniach mikrokontrolerów,

gdy przesyłamy bloki danych bi-

narnych, wśród których mogą rzecz

jasna pojawić się zera. Uniemoż-

liwia to wykorzystywanie zapre-

zentowanego sposobu wykrywania

końca ramki danych. Spotkamy się

z wielką liczbą rozmaitych rozwią-

zań protokołów komunikacyjnych

stosowanych w takich przypadkach

– od całkiem prostych do wyraﬁ-

nowanych i skomplikowanych. Za-

wsze więc da się wybrać sposób

odpowiadający konkretnym potrze-

bom. Całkiem często

wystarcza coś zupeł-

nie zwyczajnego. Na

przykład przewiduje-

my okresowe podłą-

czenie naszego urzą-

dzenia do aplikacji PC

w celu wprowadzenia

nastaw konﬁguracyj-

nych, przeprowadzenia

kalibracji itp. Od stro-

ny programowej spra-

wę rozwiązuje nam

schemat komunikacji

master<–>slave (aplikacja przesy-

ła do urządzenia ramkę danych

o określonej długości i zawartości,

a potem czeka na analogicznie

sformatowaną odpowiedź). Wykry-

cie kompletności bloku danych od-

bywa się tutaj na podstawie liczby

odebranych lub wysłanych bajtów,

nie ma także problemów czaso-

wych z obróbką bloku (mamy pew-

ność, że w jej trakcie nie nadejdzie

następny blok, co pozwala nam

uniknąć dodatkowego buforowania

np. przy użyciu typowego bufo-

ra kołowego). Jeśli zależy nam na

zwiększonej odporności na błędy

umieszczamy na końcu ramek da-

nych sumę kontrolną ramki. Może

to być zwykła suma modulo 8 lub

16 ale avr–libc dostarcza nam go-

tową funkcję wyliczania CRC, więc

użycie tego silnego i niezawodnego

sposobu jest całkiem niekłopotliwe.

Np. przykład współpraca aplikacji

avr–gcc z programem Object Pascal

(Delphi) wygląda następująco:

void SetTxCrc(void)

{

uint CrcCalcValue;

int j;

CrcCalcValue = 0xffff;

for (j=0;j<(TX_SIZE–2);j++)

CrcCalcValue = _crc16_update(CrcCal-

cValue,TxBuffer[j]);

memcpy((uchar*)&TxBuffer[TX_SIZE–

–2],(uchar*)&CrcCalcValue,2);

}

bool CheckRxCrc(void)

{

uint CrcCalcValue;

uint CrcRcvValue;

int j;

crc:Word;

i,bit:Integer;

begin

crc:=$ffff;

for i:= 1 to Length(Abuffer) – 2 do

begin

crc:=crc xor Ord(Abuffer[i]);

for bit:=0 to 7 do

if odd(crc) then

crc:=(crc shr 1) xor $a001

else

crc:=crc shr 1;

end;

Result:=crc;

end;

function TRejTempForm.GetRxCrc: Boole-

an;

var

cr16:Word;

begin

Move(RxBuffer[RX_SIZE – 1],cr16,2);

Result:= (cr16=Crc16(RxBuffer));

end;

procedure TRejTempForm.SetTxCrc;

var

cr16:Word;

begin

cr16:=Crc16(TxBuffer);

Move(cr16,TxBuffer[TX_SIZE – 1],2);

end;

Zwróćmy uwagę na jeszcze je-

den szczegół prezentowanego przy-

kładowego projektu. Otóż łańcuchy

znakowe (stringi) poszczególnych

odpowiedzi ulokowane są w pa-

mięci RAM mikrokontrolera. Doty-

czy to również tablicy zawierającej

wskaźniki na te łańcuchy (może-

my to obejrzeć w oknach podglądu

zmiennych oraz pamięci w AvrStu-

dio – rys. 29 ). W praktyce takie

przeznaczone tylko do odczytu za-

soby przechowujemy raczej w pa-

mięci programu Flash – aby nie

marnować cennej (dużo mniejszej)

przestrzeni RAM. Jednak avr–gcc

ma dość specyﬁcznie (wporówna-

niu z komercyjnymi kompilatorami)

rozwiązaną obsługę dostępu do ob-

szarów Flash oraz EEPROM. Dlate-

go wrócimy do tej sprawy w od-

dzielnym odcinku poświęconym

specjalnie pamięciom AVR.

Jerzy Szczesiul, EP

jerzy.szczesiul@ep.com.pl

CrcRcvValue = (uint)(RxBuffer[RX_SI-

ZE–1] <<8) + RxBuffer[RX_SIZE–2];

CrcCalcValue = 0xffff;

for (j=0;j<(RX_SIZE–2);j++)

CrcCalcValue = _crc16_update(CrcCal-

cValue,RxBuffer[j]);

return(CrcRcvValue == CrcCalcValue);

}

Funkcje avr–gcc operują bezpo-

średnio na buforach TxBuffer oraz

RxBuffer o stałych rozmiarach ram-

ki TX_SIZE oraz RX_SIZE. A tak to

samo realizuje Delphi po stronie

PC:

function TRejTempForm.Crc16(Abuffer:

String): Word;

var

UWAGA!

Środowisko IDE dla AVR–GCC opracowane

przez autora artykułu można pobrać ze

strony http://avrside.ep.com.pl.

108

Elektronika Praktyczna 2/2006

Rys. 29. Rozmieszczenie tekstów komunikatów w pa-

mięci RAM

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: