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LinuxFocus article number 231
http://linuxfocus.org
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par Guido Socher (homepage)
L´auteur:
Guido aime Linux, non seulement parce qu'il est amusant d'en découvrir
toutes les possibilités, mais aussi grâce aux personnes impliquées dans son développement.
Traduit en Français par:
Iznogood <iznogood/at/iznogood-factory.org>
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Programmer le micro-contrôleur AVR avec GCC
Résumé:
Le micro-contrôleur 8 Bits RISC AVR d'Atmel est un micro-contrôleur très
courant. C'est un simple circuit intégré avec EEPROM, mémoire, convertisseur
Analogique-Numérique, nombreuses entrées et sorties numériques, timers, UART pour la communication par RS 232 et beaucoup d'autre choses.
Le mieux, c'est néanmoins un environnement de programmation complet
disponible sous Linux : vous pouvez programmer ce micro-contrôleur en C en
utilisant GCC. Dans cet article, je vais expliquer comment intaller et
utiliser GCC. J'indiquerai aussi comment charger le logiciel dans le
micro-contrôleur. Tout ce dont vous avez besoin est un micro-contrôleur
AT90S4433, un quartz de 4 Mhz, du câble et quelques composants très bon marché.
Cet article ne constitue que l'introduction. Dans un autre article, nous
construirons un afficheur LCD avec quelques boutons, des entrées analogiques
et numériques, un "chien de garde" matériel (watchdog) et quelques LEDs.
L'idée est d'avoir un panneau de contrôle à usage général pour un serveur
Linux, mais nous devons d'abord apprendre à installer l'environnement de programmation et c'est le propos de cet article.
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Installation logicielle : le nécessaire
Pour utiliser l'environnement de développement GNU C, il vous faut :
binutils-2.11.2.tar.bz2 |
Disponible sur :
ftp://ftp.informatik.rwth-aachen.de/pub/gnu/binutils/
ou
ftp://gatekeeper.dec.com/pub/GNU/binutils/ |
gcc-core-3.0.3.tar.gz |
Disponible sur :
ftp://ftp.informatik.rwth-aachen.de/pub/gnu/gcc/
ou
ftp://gatekeeper.dec.com/pub/GNU/gcc/ |
avr-libc-20020106 .tar.gz |
La bibliothèque C d'AVR est disponible sur :
http://www.amelek.gda.pl/avr/libc/. Vous pouvez aussi la télécharger depuis ce serveur : download page |
uisp-20011025.tar.gz |
Le programmateur d'AVR est disponible sur :
http://www.amelek.gda.pl/avr/libc/. Vous pouvez aussi le télécharger depuis ce serveur : download page |
Nous installerons tous les programmes dans /usr/local/atmel, afin de les
séparer de votre compilateur C Linux proprement dit. Créez ce répertoire par la commande :
mkdir /usr/local/atmel
Installation logicielle : GNU binutils
Le paquetage binutils fournit tous les utilitaires bas-niveau nécessaires à
la construction de fichiers objets. Il inclut un assembleur AVR (avr-as), un
éditeur de liens (avr-ld), des outils de gestion de bibliothèque (avr-ranlib,
avr-ar), des programmes pour générer des fichiers objet intégrables dans
l'EEPROM du micro-contrôleur (avr-objcopy), un désassembleur (avr-objdump) et
des utilitaires tels que avr-strip et avr-size.
Tapez les commandes suivantes pour construire et installer les "binutils" :
bunzip2 -c binutils-2.11.2.tar.bz2 | tar xvf
-
cd binutils-2.11.2
./configure --target=avr --prefix=/usr/local/atmel
make
make install
Ajoutez la ligne /usr/local/atmel/lib au fichier /etc/ld.so.conf et tapez la
commande /sbin/ldconfig pour régénérer le cache d'édition de liens.
Installation logicielle : AVR gcc
avr-gcc sera notre compilateur C.
Lancez les commandes suivantes pour le construire et l'installer :
tar zxvf gcc-core-3.0.3.tar.gz
cd gcc-core-3.0.3
./configure --target=avr --prefix=/usr/local/atmel
--disable-nls --enable-language=c
make
make install
Installation logicielle : la bibliothèque C AVR
La bibliothèque C est toujours en cours de développement. L'installation peut
donc sensiblement changer entre les versions. Je vous recommande d'utiliser
la version indiquée dans la table ci-dessus si vous voulez suivre les
instructions pas à pas. J'ai testé cette version et elle fonctionne bien pour
tous les programmes que nous écrirons dans cet article et les suivants.
Initilisation de quelques variables d'environnement (la syntaxe est pour bash):
export CC=avr-gcc
export AS=avr-as
export AR=avr-ar
export RANLIB=avr-ranlib
export PATH=/usr/local/atmel/bin:${PATH}
./configure --prefix=/usr/local/atmel/avr --target=avr
--enable-languages=c --host=avr
make
make install
Installation logicielle : Le programmateur
Le logiciel de programmation charge le code objet spécialement préparé dans l'EEPROM de notre micro-contrôleur.
Le programmateur uisp pour Linux est très bon. Il peut ête utilisé
directement à partir d'un Makefile. Vous ajoutez simplement une règle "make
load" et vous pouvez simultanément compiler et charger le logiciel.
uisp est installé comme suit :
tar zxvf uisp-20011025.tar.gz
cd uisp-20011025/src
make
cp uisp /usr/local/atmel/bin
Un petit projet de test
Nous allons commencer par un petit circuit de test. Le but de ce circuit
n'est que de tester notre environnement de développement. Nous pouvons
l'utiliser pour compiler, télécharger et tester un programme. Le programme fera simplement clignoter une LED.
Je vous suggère de réaliser un petit circuit imprimé pour le
micro-contrôleur. Vous pourrez l'améliorer ultérieurement pour faire vos
propres expériences. C'est une bonne idée d'utiliser une carte test pour ce
faire. Toutefois, ne tentez pas d'implanter l'AVR avec son quartz de 4 Mhz
directement sur la carte de test. Il est plus sage d'utiliser quelques fils
courts pour connecter les lignes d'entrées/sorties avec la carte de test car
ces dernières ne sont pas conçues pour des circuits numériques rapides. Le
quartz de 4 Mhz et les condensateurs doivent être physiquement très proches du micro-contrôleur.
Les résistances sur le connecteur pour le programmateur ne sont pas
réellement nécéssaires dans notre cas. Vous n'en aurez besoin que si vous
avez prévu d'utiliser les lignes d'entrées/sorties du port B pour d'autres
raisons.
Matériel nécessaire
Vous avez besoin des composants listés dans la table ci-dessous. Ils sont
tous très courants et bon marché. Seul le micro-contrôleur est un peu plus
cher, dans les 7.50 Euro. Bien que ce soit un micro-contrôleur très commun,
il est possible qu'il ne soit pas disponible à la boutique du coin mais
des distributeurs de matériel électronique un peu plus importants (comme
www.reichelt.de (allemagne), www.conrad.de (allemagne), www.selectronic.fr
(france), etc..., vous avez sûrement des sites identiques dans votre pays)
doivent les avoir en stock.
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1 processeur RISC AVR 8 bits AT90S4433 d'Atmel. |
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support IC 2 x 14 broches
ou
support IC 1 x 28 broches de 7.5mm
Le support 28 broches est un peu plus difficile à trouver. Habituellement,
les supports 28 broches font 14 mm de large mais nous avons besoin d'un
support de 7.5 mmm. |
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1 résistance 10K (code couleur : marron, noir, orange)
3 résistances 470 Ohm (code couleur : jaune, violet, marron)
1 résistance 1K (code couleur : marron, noir, rouge)
1 résistance 220 Ohm (code couleur : rouge, rouge, marron)
1 quartz 4Mhz
2 condensateurs céramique 27pF |
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Tout type de connecteur/support 5 broches pour le programmateur.
J'achète habituellement ces connecteurs par bande et j'en retire 5. |
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1 carte matricielle |
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1 connecteur DB25 à brancher sur le port parallèle. |
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1 LED |
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Une carte test. Nous n'allons pas l'utiliser ici mais c'est très
utile si vous voulez expérimenter l'AVR plus avant. Je suggère de laisser
le micro-contrôleur avec le quartz et les condensateurs sur la carte
matricielle et de connecter les lignes d'entrées/sorties par des câbles
courts vers la carte de test. |
En plus des composants ci-dessus, il vous faut une alimentation de 5 V, stabilisée électroniquement ou une pile de 4.5 V.
Construire le programmateur
L'AT90S4433 permet la programmation in situ.
Cela signifie que vous n'avez pas besoin de retirer le micro-contrôleur de la
carte pour le programmer. Vous constaterez qu'il est possible d'acheter un
programmateur tout prêt pour 50-150 Euro. Vous n'avez pas besoin d'investir
une telle somme. Avec Linux, le logiciel uisp et un port parallèle libre,
vous pouvez fabriquer un programmateur d'AVR très efficace et très simple .
Ce n'est qu'un câble. Le câblage pour le programmateur doit être celui-ci :
Broche sur l'AVR |
Broche sur le port parallèle |
SCK (19) |
Strobe (1) |
MISO (18) |
Busy (11) |
MOSI (17) |
D0 (2) |
Reset (1) |
Init (16) |
GND |
GND (18) |
Le câble ne doit pas mesurer plus de 70 cm.
Écriture du logiciel
L'AT90S4433 peut être programmé en C à l'aide de gcc. Connaître l'assembleur de l'AVR peut être utile mais n'est pas nécessaire. La libc d'AVR est fournie avec un avr-libc-reference
qui documente la plupart des fonctions. Harald Leitner a écrit un document
contenant de nombreux exemples pratiques sur l'utilisation l'AVR et GCC (haraleit.pdf,
286Kb, à l'origine sur http://www.avrfreaks.net/AVRGCC/).
Depuis le site d'Atmel's, (www.atmel.com, allez sur : avr products
-> 8 bit risc-> Datasheets), vous pouvez télécharger la notice
technique complète (localement : avr4433.pdf,
2361Kb) . Elle décrit tous les registres et l'utilisation du CPU.
Une chose à ne pas oublier à l'utilisation du 4433, c'est qu'il n'a que 128
octets de RAM et 4 Ko d'EEPROM. Cela signifie que vous ne devez pas déclarer
de longues structures de données ou de longues chaînes de texte. Votre
programme ne doit pas utiliser des appels de fonctions trop imbriqués ou la
récursivité. Écrire une ligne comme
char string[90];
sera déjà de trop. Un entier fait 16 bits. Si vous avez besoin d'un entier
plus petit, utilisez alors
unsigned char i; /* 0-255 */
Vous serez néanmoins surpris de la taille des programmes que vous pouvez écrire. C'est un processeur réellement très puissant !
Mieux vaut un exemple réel que toutes les théories. Nous allons écrire un
programme qui fait clignoter la LED chaque 0.5 secondes. Ce n'est pas très utile mais suffisant pour commencer et pour tester l'environnement de développement et le programmateur.
void main(void)
{
/* valide PD5 comme sortie
*/
sbi(DDRD,PD5);
while (1) {
/*
led on, pin=0 */
cbi(PORTD,PD5);
delay_ms(500);
/*
set output to 5V, LED off */
sbi(PORTD,PD5);
delay_ms(500);
}
}
Le code ci-dessus démontre comme il est simple d'écrire un programme. Vous
voyez simplement le programme principal. La fonction delay_ms est inclue dans
le listing complet
(avrledtest.c). Pour utiliser la broche PD5 comme sortie, vous devez
définir le bit PD5 dans le registre de direction des données du port D (DDRD).
Ensuite, vous pouvez initialiser PD5 à 0V par la fonction cbi(PORTD,PD5)
(clear bit PD5) ou à 5V par sbi(PORTD,PD5) (set bit PD5). La valeur de "PD5"
est définie dans io4433.h qui est inclue via io.h. Ne vous en préoccupez pas.
Si vous avez déjà écrit des programmes pour des systèmes multi-utilisateurs
ou multi-tâches tels que Linux, vous savez qu'il ne faut jamais programmer
une boucle sans fin non bloquante. Ceci serait gaspiller du temps CPU et
ralentirait beaucoup trop le système. Dans le cas de l'AVR, c'est différent.
Nous n'avons pas plusieurs tâches et il n'y a pas d'autre programme en cours.
Il n'y a pas non plus de système d'exploitation. Il est donc normal de l'occuper avec des boucles sans fin.
Compiler et charger
Avant de commencer, assurez-vous que /usr/local/atmel/bin figure bien dans la
variable PATH. Si nécessaire, éditez .bash_profile ou .tcshrc et ajoutez :
export PATH=/usr/local/atmel/bin:${PATH} (pour bash)
setenv PATH /usr/local/atmel/bin:${PATH} (for tcsh)
Nous utilisons le port parallèle et uisp pour programmer l'AVR. Uisp utilise
l'interface ppdev du noyau. Il est donc indispensable que les modules du
noyau ci-dessous soient chargés :
# /sbin/lsmod
parport_pc
ppdev
parport
Vérifiez qu'ils sont chargés par la commande /sbin/lsmod, sinon, chargez-les
(en tant que root) par
modeprobe parport
modeprobe parport_pc
modeprobe ppdev
C'est bien d'exécuter ces commandes automatiquement pendant le démarrage. Vous pouvez les ajouter dans un script rc (i.e. pour Redhat
/etc/rc.d/rc.local).
Pour utiliser l'interface ppdev en tant que simple utilisateur, root doit
vous attribuer les droits d'écriture en lançant une fois la commande
chmod 666 /dev/parport0
Assurez-vous aussi qu'aucun démon d'impression ne fonctionne sur le port
parallèle. Si vous en avez un, arrêtez-le avant de connecter le câble du programmateur. Maintenant, tout est prêt pour compiler et programmer notre micro-contrôleur.
Le paquetage de notre programme de test (avrledtest-0.1.tar.gz)
inclut un fichier make. Tout ce que vous devez faire est de taper :
make
make load
Ceci compile et charge le logiciel. Je ne vais pas entrer dans le détail de toutes les commandes. Vous pouvez les voir dans le Makefile et elles sont
toujours identiques. Je n'arrive pas moi-même à me les rappeler toutes.
Je sais simplement que je dois utiliser "make load". Si vous voulez écrire un
programme différent, remplacez toutes les occurrences de avrledtest
dans le Makefile par le nom de votre programme.
Quelques "binutils" intéressants
Certains "binutils" sont plus intéressant que le processus de compilation
proprement dit.
avr-objdump -h avrledtest.out
Montre la taille des différentes sections dans notre programme. .text est le
code d'instruction et il est chargé dans l'EEPROM flash. .data contient les
données initialisées telles que
static char str[]="hello";
et .bss contient les données globales non initialisées. Les deux sont à zéro
dans notre cas. Le .eeprom contient les variables stockées dans l'eeprom. Je
n'en ai jamais eu l'utilité. stab et stabstr contiennent les informations de débogage et ne seront pas dans l'AVR.
avrledtest.out: file format elf32-avr
Sections:
Idx Name Size VMA LMA File off Algn
0 .text 0000008c 00000000 00000000 00000094 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
1 .data 00000000 00800060 0000008c 00000120 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
2 .bss 00000000 00800060 0000008c 00000120 2**0
ALLOC
3 .eeprom 00000000 00810000 00810000 00000120 2**0
CONTENTS
4 .stab 00000750 00000000 00000000 00000120 2**2
CONTENTS, READONLY, DEBUGGING
5 .stabstr 000005f4 00000000 00000000 00000870 2**0
CONTENTS, READONLY, DEBUGGING
Vous pouvez aussi utiliser la commande avr-size pour obtenir ceci sous une
forme plus compacte :
avr-size avrledtest.out
text data bss dec hex filename
140 0 0 140 8c avrledtest.out
Lors du travail avec AVR, vous devez vérifier que text+data+bss ne dépassent
pas 4k et data+bss+stack (vous ne pouvez pas voir la taille de la pile, elle
dépend du nombre d'appels de fonctions imbriquées) ne doivent pas dépasser de 128 octets.
Une autre commande intéressante
avr-objdump -S avrledtest.out
Elle génère un listing assembleur de votre code.
Conclusion
Vous en savez assez maintenant pour démarrer vos propres projets avec le
matériel d'AVR et GCC. Il y aura d'autres articles dans LinuxFocus sur du matériel plus complexe et plus intéressant.
Références
2005-02-14, generated by lfparser_pdf version 2.51