Золотовский Д.В. Учебный курс для новичков по микроконтроллерам AVR. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Надо только в обработчики операторов надпрограммы передавать номер

обрабатываемой ветви, да следить, чтобы конвейер ядра RTOS не сорвало.

Плюс придумать что-то с очередью таймеров. Т.к. сейчас DELAY

прописывается в единственном числе под каждую задачу. Так что у нас не

может быть в очереди таймеров, скажем, два FWD на ожидании. Также надо

будет решить over 9000 проблем связанных с блокировками общих ресурсов

и прочим загоном многозадачных систем. Но все эти проблемы давно уже

описаны и известны, так что вникать в книжки Таненбаума и дорогу осилит

идущий.

Запускается же виртуальная машина просто:

Вначале инициализация программных счетчиков, чтобы поехать точно с

начала

void InitVM(void)

{

u08 i;

for(i=0;i!=10;i++)

{

VM_PC[i]=0;

}

А дальше запускаем ее как обычную задачу из под диспетчера:

int main(void)

{

InitAll(); // Инициализируем периферию

InitRTOS(); // Инициализируем ядро

InitVM();

RunRTOS(); // Старт ядра.

// Запуск фоновых задач.

SetTask(VM);

while(1) // Главный цикл диспетчера

{

wdt_reset(); // Сброс собачьего таймера

TaskManager(); // Вызов диспетчера

}

return 0;

}

Ну и, напоследок, как обычно, собранный проект для WinAVR+AVRStudio с

этим примером

WM-GCC-RTOS.ZIP

P.S. На сайт теперь прикручена кодопомойка с подсветкой синтаксиса.

Цветами я еще поиграюсь, но уже работает. Теперь не будет проблемы с

публикацией длинных кусков кода в комментарии. Достаточно разместить её

в кодопомойке, а в комментарий вставить ссылку. Ссылка на кодопомойку

встроена теперь в поле ответа на коммент (открывается в новом окне).

Кодопомойка

Работает только для зарегистрированных участников.

P.S. В Карте Сообщества был добит зверский баг из-за которого многие

точки теряли координаты и топились в Атлантическом Океане, где то в

районе Африки. Глюк мы подчистили, а также зачистили базу с битыми

точками. Битых точек было вагон, поэтому если кто ставил свои отметки —

проверьте их наличие, возможно, их уже там нет. Надо переставить. Ну и

народу там понадобавлялось порядочно. Сама же карта теперь торчит в виде

баннера в виде… хм, карты.

P.S. У меня тут, ВНЕЗАПНО, родственники, ТЫСЯЧИ ИХ! Плюс еще дела

мелкие, но по тому же сценарию. Так что не теряйте. Я не забыл, просто

очень занят.

Использование интерфейса USI в режиме мастера TWI

Возникла необходимость использовать EEPROM совместно с контроллером

ATTiny44. Соответственно выбор пал на AT24C64, работающую по

интерфейсу I

C (TWI по атмеловской терминологии). Порыл в документации

и в инете — с виду вроде все просто, но при реализации алгоритма несколько

раз возникали вилы нигде толком не обозначенные, поэтому решил написать

статейку.

Я не мега-гуру, поэтому если будут ошибки или недочеты — надеюсь спецы

в комментах поправят. Код буду приводить на Си в простом быдло-

кодерском исполнении, так как пока нет нужды заморачивать более сложные

варианты. Теперь обо всем по порядку…

Примечание: для понимания материала статьи желательно представлять

работу TWI интерфейса и микросхем serial eeprom. Прочитать об этом можно

в статьях DI HALT’a про IIC интерфейс и, например, в статье про часы (где-

то еще попадалась статья про работу конкретно с serial eeprom, но не нашел).

Так же я люблю всякие команды типа cbi и sbi, поэтому для корректной

работы примеров необходимо вставить в начало программы следующую

строчку:

#include<compat/deprecated.h>

и еще вставить строчку в разделе определения типов:

typedef unsigned char u08;

USI

Интерфейс USI присутствует во многих контроллерах семейства Tiny и части

семейства Mega и представляет собой полуфабрикат-заготовку из сдвигового

регистра, 4х-битного счетчика и набора регистров инициализации с

прерываниями. Может работать как в 3х-проводном режиме (как SPI) так и в

2х-проводном режиме (TWI или I2c), так же у него есть нестандартные

применения для реализации UARTов и прочего. Я, например, успешно пихал

через него данные в цепочку 74hc595 c 7ми-сегментниками.

Полностью расписывать весь интерфейс я не буду, это есть в даташитах и в

литературе, (например, А.В. Евстифеев. Микроконтроллеры AVR семейства

Tiny.)

Для управления интерфейсом USI у нас есть следующие регистры:

•

USICR — регистр управления

•

USISR — регистр состояния

•

USIDR — регистр данных

•

USIBR — буферный регистр только для чтения (отсутствует в

некоторых моделях AVR, типа tiny2313, смотрите даташит)

Регистр данных USIDR представляет собой стандартный регистр ввода-

вывода, никаких особенностей кроме той, что его содержимое автоматом

сдвигается и вываливает значение старшего бита на соответствующую ногу

контроллера.

Буферный регистр USIBR — копия USIDR только для чтения. В него

автоматом копируется значение из USIDR после каждой операции сдвига.

Регистр состояния USISR — регистр ввода-вывода, который в старших 4х

разрядах содержит флаги прерываний по обнаружению состояний СТАРТ,

СТОП, по переполнению 4х-битного счетчика и по обнаружению коллизий

при выводе данных, а в младших 4х разрядах содержит 4х-битный счетчик.

ВАЖНО!!!

Обратите внимание: ЧТОБЫ СБРОСИТЬ программно какой-либо флаг

прерывания — надо УСТАНОВИТЬ соответствующий бит регистра в 1! Это

справедливо почти для всех флагов любой периферии AVR

Регистр управления USICR я распишу немного подробней, т.к. нам его

нужно правильно инициализировать:

•

7ой бит USISIE — разрешение прерывания по обнаружению состояния

СТАРТ

•

6ой бит USIOIE — разрешение прерывания при переполнении

счетчика

•

5ый бит USIWM1 и 4ый бит USIWM0 — режим работы модуля USI

•

3ий бит USICS1 и 2ой бит USICS0 – выбор источника тактового

сигнала

•

1ый бит USICLK — строб тактового сигнала

•

0ой бит USITC — переключение состояния вывода тактового сигнала

Выглядит немного непонятно, но более подробное описание всех значений

есть в документации, а далее по тексту я постараюсь объяснить значения тех

или иных битов, чтоб было проще и наглядней…

Далее я буду рассматривать только 2х-проводной режим работы интерфейса.

А еще у нас в режиме TWI есть две ноги, обозначенные как SCL и SDA (для

Tiny44 это выводы PA4 и PA6 соответственно).

Начнем с обозначения этих ног. Я обычно делаю отдельный файл с

описанием периферии и называю его controller.h:

// USI pin association

#define sclport PORTA

#define sclportd DDRA

#define sdaport PORTA

#define sdaportd DDRA

#define scl 4

#define sda 6

#define sclportinp PINA

#define sdaportinp PINA

ВАЖНО!

В процессе работы с интерфейсом выводы scl и sda должны быть

сконфигурированы на выход (в режиме работы от модуля USI они

подключаются к выходному буферу интерфейса при установленном в 1

своем бите DDRх)!!! Но в режиме приема данных по линии sda данный

вывод надо конфигурировать на вход!!!

Небольшое отступление

Общая схема у нас представляет собой Tiny44, затактованную от кварца

частотой 7.3728 МГц с подключенным к линиям scl и sda чипом памяти

at24c64. Линии scl и sda подтянуты к питанию через внешние резисторы 10k.

Собственно, подключение стандартное для IIC интерфейса.

Инициализация интерфейса

Пример сделан на базе атмеловского апнота AVR310Что-то оставил как есть,

кое что изменил, но внешнее сходство осталось сильным.

Для начала определим разного рода задержки т.к. скорость TWI все-таки не

очень высокая.

#define USI_DELAY 20 // собственно сама задержка, подобранная экспериментально.

Задержку я подобрал экспериментально, не заморачиваясь стандартными

скоростями I

C. Мне важна была стабильность приема и передачи

информации. Стандартную скорость вполне можно подобрать при желании,

хоть в режиме standart, хоть в режиме fast.

Теперь сделаем предустановки значений четырех-битного счетчика. Этот

счетчик используется для отсчета переданных бит данных. У нас пакет

данных представляет собой 8 бит данных и один бит подтверждения. В итоге

9 бит.

#define USISR_8BIT 0xF0 // значение 4х битного счетчика для передачи 8 бит пакета

информации

#define USISR_1BIT 0xFE // значение счетчика для передачи 9го бита пакета

информации

Сама процедура инициализации интерфейса взята с AVR310:

1 void init_usi_i2c_master(void)

{

// init USI

sbi(sclportd,scl);

sbi(sdaportd,sda); // Preload

dataregister with "released level" data.

USICR = (0<<USISIE)|(0<<USIOIE)| //

Disable Interrupts.

(1<<USIWM1)|(0<<USIWM0)| // Set

USI in Two-wire mode.

(1<<USICS1)|(0<<USICS0)|(1<<USICLK)| // Software stobe

as counter clock source

(0<<USITC);

USISR = (1<<USISIF)|(1<<USIOIF)|(1<<USIPF)|(1<<USIDC)| // Clear

flags,

(0x0<<USICNT0);

sbi(sdaport,sda);

sbi(sclport,scl);

return;

}

В нашем случае прерывания нам не нужны, поэтому бит USISIE в 0 и USIOIE

тоже в 0.

Далее переводим интерфейс в 2хпроводной режим без удержания линии scl,

следовательно бит USIWM1 в 1, а бит USIWM0 в 0.

Если надо работать на прерываниях или в режиме слэйва, то удобней

использовать режим, когда оба этих бита установлены в 1. Тогда при уходе в

прерывание контроллер автоматически прижмет линию scl в 0 и устройства

на шине будут ждать завершения обработки принятых или переданных вами

данных.

Далее выставляем очень интересную комбинацию бит:

•

USICS1 в 1

•

USICS0 в 0

•

USICLK в 1

Все возможные комбинации этих битов описаны подробно в даташите. Наша

комбинация выбирает источником тактового сигнала для 4х-битного

счетчика нашу программу, а еще точнее говорит о том, что линия SCL

изменять свое состояние на противоположное при записи в бит USITC

единицы и четырехбитный счетчик будет инкрементироваться, а регистр

данных будет сдвигаться.

То есть для того чтобы выпнуть значение из регистра данных (и ли принять

пришедшее в режиме мастера) нам надо 16 раз дернуть бит USITC в

единицу! Фактически это ручной режим.

Ну и пока ставим USITC в 0, чтобы интерфейс пока ничем не дергал.

Также нельзя забывать о конфигурации ног SCL и SDA на выход. С этого

момента старший бит регистра USIDR присутствует в виде уровня на ноге

SDA! Обе линии находятся в исходном состоянии (в единице).

Теперь опишем процедуры для задания состояний СТАРТ и СТОП.

•

Состояние СТАРТ — это изменение уровня SDA с высокого на низкий

при высоком уровне линии SCL

•

Состояние СТОП — это изменение уровня SDA с низкого на высокий

при высоком уровне линии SCL

Я перестраховался с этими состояниями, поэтому код несколько избыточен и

в тоже время прост как пробка и нагляден:

void i2c_start(void)

{ // Генерируем состояние Старт (или ПовСтарт)

sbi(sdaport,sda); // на всякий случай выставляем в исходное

состояние sda

sbi(sclport,scl); // тоже с SCL

cbi(sclportd,scl); // ВАЖНО!!! отключаем SCL от

выходного буфера интерфейса

USISR = (1<<USISIF)|(1<<USIOIF)|(1<<USIPF)|(1<<USIDC)|(0x0<<USICNT0);

cbi(sdaport,sda); // переводим SDA в 0 пока SCL в 1

dummyloop(USI_DELAY); // тупим нашу задержку

sbi(sclportd,scl); // ВАЖНО!!! подключаем SCL обратно к

выходному буферу интерфейса

cbi(sclport,scl); // переводим SCL в 0

sbi(sdaport,sda); // освобождаем линию SDA для

последующей передачи/приема данных

dummyloop(USI_DELAY); // еще раз тупим

задержку

return();

}

void i2c_stop(void) {// Генерируем состояние Стоп

cbi(sclport,scl); // необязательная подготовка

dummyloop(USI_DELAY);

cbi(sdaport,sda);

dummyloop(USI_DELAY);

sbi(sclport,scl); // перевод SCL в 1

dummyloop(USI_DELAY);

sbi(sdaport,sda); // перевод SDA в 1

dummyloop(USI_DELAY);

USISR|=(1<<USIPF); //сброс флага детекции

состояния Стоп в USISR

return ();

}

Перестраховка в коде заключается в том, что мои процедуры сгенерируют

состояния Старт и Стоп независимо от того в каком фактическом состоянии

находилась шина. То есть я сразу говорю что я тут один Мастер и других

мастеров на шине быть не может. Потому все равняйсь, смирно, хватит

фигню в шину пихать… Если у вас несколько мастеров — так однозначно

делать не следует

Процедуру i2c_stop можно ускорить/сократить убрав лишние дерганья

ногами и задержки.

ВАЖНО!

Обратите особое внимание на строчки, выделенные в коде пометкой

«Важно». В апнотах этих строчек нет! Если вы не сделаете простую

операцию по отключению ноги scl от выходного буфера — то будете долго

ломать голову, почему у вас ни чего не работает, какой фиговый интерфейс,

и какие лузеры его разрабатывали и т.д. Я сам неделю ломал голову (с

аналоговым осцилографом). На цифровике — можно быстро дотумкать

запустив аппаратный TWI на той-же Меге и сравнив сигналы, но нету у меня

цифры…

А собака порылась вот где: в мануалах, даташитах и литературе вскользь

упоминается, что у контроллера есть такая «схема детекции состояния

Старт», а в описании битов USIWM1..0 для двухпроводного режима есть

фраза, что «драйвер линии SCL формирует на ней низкий уровень либо по

сигналу детектора состояния Старт, либо если соответствующий линии бит

сброшен в 0».

Поэтому при подключенном драйвере линии SCL, как только вы скажете

cbi(sdaport,sda) контроллер моментально сдетектит «Старт» и сразу просадит

в 0 SCL.

Если у вас в качестве ведомого будет такая же AVR-ка с USI-интерфейсом —

то все прокатит и заработает, что нам успешно демонстрирует связка

атмеловских апнотов AVR310-AVR311. А вот если в качестве ведомого у вас

EEPROM-ка или тот же таймер 8583 — то он вас просто не поймет, т.к.

между переходом sda и scl в 0 должна быть пауза.

Ну и, соответственно, после того как мы сделали свое черное дело, надо

сбросить все флаги и счетчик в регистре состояния и вернуть на место

драйвер шины SCL.

Процедура задержки. Я использую следующий вариант:

#define nop() asm volatile ("nop")

void dummyloop(unsigned int);

void dummyloop(unsigned int timetoloop)

{

while (timetoloop>0)

{

nop();

timetoloop--;

}

Скорей всего по-простому, но работает и не режется оптимизатором.

Дальше пишем процедуру приема/передачи:

u08 usi_i2c_master_transfer(u08 tmp_sr) {

USISR = tmp_sr; // Загружаем USISR нужным нам

значением

tmp_sr= (0<<USISIE)|(0<<USIOIE)|

(1<<USIWM1)|(0<<USIWM0)|

(1<<USICS1)|(0<<USICS0)|(1<<USICLK)| // задаем битовую маску

для USICR

(1<<USITC); // самый важный бит.

Ради него и сделана эта переменная

{

dummyloop(USI_DELAY); // курим бамбук

USICR=tmp_sr; // запинываем значение в USICR,

интерфейс работает

while (bit_is_clear(sclportinp,scl)); // проверяем, свободна-ли линия

dummyloop(USI_DELAY); // снова курим бамбук

USICR=tmp_sr; // еще раз запинываем USICR