Bootloader AVR cz.1.pdf

notatnik konstruktora

AVR (1)

Opis gotowego bootloadera

Konstruktorom i elektronikom zajmującym się systemami embedded

bardzo dobrze znane są zalety stosowania specjalnych programów

startowych, tzw. bootloaderów. Dzięki nim można w prosty sposób

zbudować mechanizm zdalnej aktualizacji oprogramowania, bez

konieczności podłączania programatora. W przeszłości pisaliśmy

w EP na temat bootloaderów przeznaczonych dla mikrokontrolerów

AVR. W związku z bardzo dużym zainteresowaniem tym

tematem oraz ogromną popularnością mikrokontrolerów ATmega,

zdecydowaliśmy się opisać ciekawe rozwiązania bootloaderów.

można zmontować w postaci tzw. pająka. Do

kompilacji programu zastosujemy program

ICCAVR, którego wersję demonstracyjną

można ściągnąć ze strony http://www.image-

craft.com . Jest ona wystarczająca na potrzeby

tego artykułu. Program MegaLoad oraz pliki

bootloadera możemy pobrać ze strony auto-

ra, tj. http://www.microsyl.com .

Koniguracja i kompilacja

bootloadera

Pierwszym krokiem jest wybór możli-

wości bootloadera, czyli czy wystarcza nam

tylko programowanie pamięci programu,

czy też potrzeba, aby mógł on również za-

programować wewnętrzną pamięć EEPROM

i bezpieczniki BLB ( Boot Lock Bits ). Funk-

cja programowania EEPROM wiąże się ze

zwiększeniem rozmiaru programu, a co za

tym idzie, innych ustawień bezpieczników

decydujących o wielkości pamięci poświę-

conej na bootloader, czyli sekcji BLS (z 256

na 512 słowa). W artykule będzie zaprezen-

towana opcja z możliwością programowania

pamięci Flash, EEPROM oraz bezpieczników

BLB, czyli wszystkiego, co oferuje program

MegaLoad.

Program bootloadera możemy skompi-

lować, gdy mamy zainstalowany kompilator

ICC, program MegaLoad oraz rozpakowany

W Internecie można znaleźć kilka dar-

mowych propozycji gotowego programu

do samoprogramowania mikrokontrolerów

AVR. Interesującą propozycją jest program

MegaLoad, który obsługuje prawie każdy mi-

krokontroler z rodziny ATmega. Dodatkowo,

jest on prosty w koniguracji. Kolejną jego

zaletą jest to, że program obsługi napisano

w C#.NET, co zapewnia jego względnie ła-

twą migrację pomiędzy różnymi systemami.

Drugą interesującą propozycją jest program

napisany przez inżynierów Atmela. Do jego

atutów można zaliczyć to, że bootloader jest

obsługiwany z poziomu AVR Studio. Na po-

czątku zajmiemy się MegaLoadem, gdyż jest

najbardziej uniwersalnym rozwiązaniem.

W kolejnej części cyklu opiszemy bootloader

zgodnym z notą aplikacyjną AVR109.

Zaczynamy

Program bootloadera komunikuje się

z komputerem za pomocą portu szeregowego

(istnieje również możliwość wykorzystania

interfejsu RS485). Na potrzeby tego artykułu

zbudowano prostą aplikację, której schemat

pokazano na rys. 1 . Wykorzystano w niej

mikrokontroler ATmega32, a do konwersji

poziomów popularny MAX232. Dzięki temu

prostemu układowi można przetestować boo-

tloader.

Do uruchomienia będzie potrzebny do-

wolny programator procesorów AVR, np. Po-

nyProg, który jest prosty w budowie, a opro-

gramowanie i schemat można za darmo ścią-

gnąć ze strony http://www.lancos.com/prog.

html . Jedyne, co trzeba zakupić, to części;

nie trzeba nawet wykonywać płytki – układ

108

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 11/2009

Samoprogramowanie

Samoprogramowanie AVR

rys. 3.

Po tych czynnościach można już skom-

pilować projekt, naciskając ikonkę Project

Build lub F9 . Jeśli wszystko zostało wykona-

ne poprawnie, to kompilacja powinna zakoń-

czyć się sukcesem.

rys. 1.

Programowanie procesora

Czas najwyższy na to, żeby zaprogramo-

wać procesor. Zastosujemy do tego progra-

mator PonyProg, ale schemat postępowania

jest oczywiście taki sam dla każdego progra-

matora. Zaczynamy od ustawienia bezpiecz-

ników. Sposoby na wywoływanie bootloade-

ra są dwa: albo z programu aplikacyjnego,

albo podczas restartu procesora. W przykła-

dzie skorzystamy z drugiej opcji. W tym celu

należy ustawić odpowiednie bezpieczniki

BOOTSZx. Ich kombinacja jest uzależniona

od typu procesora oraz od wielkości BSL,

jaką, potrzebujemy (kombinacje znajdziemy

w dokumentacji procesora) oraz jeśli chce-

my, by po resecie startował program bootlo-

adera, to ustawiamy bezpiecznik BOOTRST .

Dla przykładowego układu będziemy potrze-

bowali BSL o wielkości 512 słowa, co odpo-

wiada koniguracji BOOTsz1 = 1, BOOTSZ0

= 0. Ustawienia bezpieczników przedstawia

rys. 3 .

Po zaznaczeniu odpowiednich bez-

pieczników naciskamy przycisk Write , w ten

sposób zapisują się nasze ustawienia do

procesora. Teraz trzeba załadować program

bootloadera. Zaczynamy od otwarcia skom-

pilowanego wcześniej bootloadera, wybie-

ramy z menu File–>Open Program (FLASH)

File... i otwieramy plik BootLoad.hex. Musi-

my także wybrać typ mikrokontrolera, który

chcemy zaprogramować. Dokonujemy tego

w menu Device, a następnie programuje jego

pamięć Flash poprzez wybranie z menu

Command–>Write Program (FLASH) . Pamięć

programu powinna zostać zaprogramowana,

a następnie zweryikowana. Na rys. 4 przed-

stawiono programowanie procesora z przy-

kładu. Jeśli wszystko pójdzie bez przeszkód,

to przechodzimy do ostatniego i moim zda-

niem najprzyjemniejszego etapu, w którym

będziemy mogli zobaczyć efekt naszej pracy.

(ze strony ściągamy w postaci archiwum zip)

kod źródłowy bootloadera. Po uruchomieniu

ICC, otwieramy projekt (wybieramy z menu

Project–>Open) BootLoad.prj. Znajdziemy

go oczywiście w katalogu, do którego roz-

pakowaliśmy kod źródłowy . Po prawej stro-

nie otwartego okna ukazują się pliki, które

wchodzą w skład projektu; klikamy dwa razy

na plik main.c , co spowoduje otwarcie go do

edycji.

Teraz można rozpocząć konigurację. Na

początek w MCU selection ustawiamy dla

jakiego typu procesora ma być skompilowa-

ny bootloader. Robimy to poprzez usunięcie

znaku komentarza „ //” przed odpowiednią

nazwą typu mikrokontrolera (w naszym

przypadku #deine MEGATYPE 32). Jed-

nocześnie należy pamiętać, aby dodać „//”

przed wszystkimi innymi nazwami typów,

gdyż inaczej przy kompilacji zostanie zgło-

szony błąd. W sekcji MCU Frequency należy

wpisać wartość częstotliwości oscylatora

w Hz, którego używa się do taktowania mi-

krokontrolera (np. dla kwarcu 8 MHz, #de-

ine XTAL 8000000 ). Teraz w sekcji Bootload

on UART x trzeba wybrać, z którego portu

szeregowego ma korzystać mikrokontroler

do komunikacji z komputerem. Jeśli proce-

sor ma tylko jeden port USART, to wybór

jest oczywisty: #deine UART 0. Tak też jest

w przypadku ATmegi32. Gdy mikrokontro-

ler ma więcej portów, wtedy można wybrać,

z którego ma korzystać program. Postępuje-

my tak samo jak wcześniej, kasując „ //” przed

wybranym portem, a wstawiając „ //” przed

pozostałymi. W kolejnej sekcji o nazwie

BaudRate ustawia się prędkość transmisji

danych. Podaje się ją w bodach, czyli bitach/

sekundę (np. #deine BAUDRATE 9600 ). Te-

raz w sekcji EEPROM programming zaznacza

się, czy bootloader ma mieć możliwość pro-

gramowania wewnętrznej pamięci EEPROM,

co jak już wcześniej wspomniałem, wiąże się

z większym zapotrzebowaniem na pamięć

programu.

W sekcji LockBit programming decyduje-

my, czy potrzebna jest nam możliwość pro-

gramowania bezpieczników.

Zamiast interfejsu RS232 MegaLoad

może używać do komunikacji RS485 half

duplex. Jeśli chcemy skorzystać z tej opcji,

to wyłączamy RS232 i konigurujemy sekcję

RS485. Zostało jeszcze tylko otwarcie pliku

assembly. s i wstawienie 1 przy nazwie mi-

krokontrolera, dla którego ma być skompilo-

wany bootloader (przy innych musi być 0!).

Po zapisaniu zmian można przejść do kom-

pilacji.

Należy zacząć od koniguracji kompi-

latora, to znaczy wyboru procesora, dla

którego kompilowany jest program oraz że

plik wynikowy będzie używany jako boot-

loader. Trzeba też podać wielkość sekcji BSL.

Dokonuje się tego, wybierając z menu Pro-

ject–>Options... Po otwarciu nowego okna

w zakładce Target wybieramy procesor, a na

dole w polu Program type zaznaczamy Boot

Loader i wybieramy Boot size, czyli wielkość

sekcji BSL. Tak jak wspomniano wcześniej,

ustawiamy 256 Words w przypadku bez pro-

gramowania EEPROM, a z jego programowa-

niem – 512 Words. Na rys. 2 pokazano przy-

kładowy wygląd ekranu koniguracji.

rys. 2.

Programowanie

Ostatnim etapem będzie podłączenie do

komputera układu i zaprogramowanie mi-

krokontrolera (sekcji aplikacji). Uruchamia-

my program MegaLoad i podłączamy układ

poprzez port com . Po uruchomieniu progra-

mu wyświetlane jest okienko jak na rys. 5 .

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 11/2009

109

notatnik konstruktora

Interfejs programu jest przejrzysty i czytelny,

więc z jego obsługą nie powinno być proble-

mów.

Wybieramy port, do którego jest podłą-

czony nasz procesor i z jaką prędkością ma

się odbyć transmisja (koniecznie taka sama,

jak zostało ustawione podczas koni guracji).

Następnie wybieramy plik, w którym jest

skompilowany program (w sekcji File to be

programed in the Flash, klikamy przycisk

Open ) oraz jeśli chcemy zaprogramować

EEPROM, to musimy wskazać plik (w sekcji

File to be programed in the EEPROM, klika-

my przycisk Open ), w którym jest zawartość

EEPROM. Teraz jeśli chcemy, wybieramy

ustawienia bezpieczników (tylko ostrożnie),

robimy to w sekcji BootLoader Lock Bits to

be programed (znaczenia poszczególnych

ustawień bitów omawiałem w poprzednim

artykule) . Po dokonaniu tych czynności zosta-

je nam tylko zresetowanie procesora, co po-

winno rozpocząć proces programowania. Jeśli

wszystko przebiegło bez kłopotów, to wgrany

program powinien działać od razu, jednak

jeśliby się tak nie stało, może pomóc naci-

śnięcie przycisku Send reset w sekcji Com-

mand lub odłączenie zasilania układu. Jeśli

te operacje nie pomogą, to znaczy, że gdzieś

podczas koni gurowania bootloadera popełni-

liśmy błąd lub prędkość z jaką komunikuje się

mikrokontroler z PC, jest źle dobrana.

Możemy sprawdzić teraz, czy nasz pro-

gram rzeczywiście został bezbłędnie zapi-

sany w pamięci mikrokontrolera. W tym

celu należy podłączyć programator i zwery-

i kować pamięć procesora z plikiem, który

wgraliśmy. Należy pamiętać, że w pamięci

znajduje się nie tylko nasz program, ale rów-

nież bootloader, dlatego jeśli będziemy wery-

rys. 4.

i kować całą pamięć (włącznie z sekcją BSL)

i porównywać ją z plikiem, który wgraliśmy,

to rezultat weryi kacji będzie negatywny.

Teraz, po każdorazowym uruchomieniu/

restarcie układu program bootloadera spraw-

dzi, czy ma programować pamięć. Jeśli wy-

nik będzie negatywny, wówczas normalnie

zostanie uruchomiona aplikacja zapisana

w pamięci mikrokontrolera.

Podsumowanie

Bootloader autorstwa Sylvain Bissonnette

jest bardzo elastyczny, przez co nadaje się do

wielu różnych zastosowań. W oknie programu

znajduje się sekcja Thanks to read , w której au-

tor prosi o wsparcie jego pracy, do czego gorąco

zachęcam, gdyż jego program jest wykonany

solidnie, działa naprawdę stabilnie i nadaje się

rys. 5.

do różnych zastosowań, o czym mam nadzieję

również przekonają się Czytelnicy.

Paweł klaja

pklaja@o2.pl

110

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 11/2009

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: