Kirjutame OTA-laadijat ATmega128RFA1 jaoks (Smart Response XE seadme koosseisus)

Kõik algas autori huvitava seadme — Smart Response XE (ostmisest kasutatud turult.lühikirjeldus). Seade on mõeldud koolidele: iga õpilane klassis saab seadme, mis meenutab 90ndate elektroonilist päevikut või tõlketööd, õpetaja esitab küsimuse ja õpilased sisestavad vastuseid seadme klaviatuuridele, mis saadetakse raadiosageduse kaudu (802.15.4) vastuvõtjale, mis on ühendatud õpetaja arvutiga.

Nende seadmete toe lõpetamine toimus juba mitu aastat tagasi, ja see, mis koolides maksis 100-200 dollarit tükki, ilmub nüüd eBay'sse 10 dollari ja vähemaga. "Riistvara" sobib aga väga hästi geegikogemuste tegemiseks:

• 60 klahviga klaviatuur
• ekraan, mille eraldusvõime on 384×136, 2 bitti pikseli kohta — sarnane BKC-le, CGA-le, kuid 4 mitte värvi, vaid heledusastet
• mikrokontroller ATmega128RFA1 (128 kB välkmälu, 4 kB ROM, 16 kB RAM, 802.15.4 standardi saatja-vastuvõtja)
• väline (mikrokontrollerist sõltumatu) 1 megabitti (128 kilobaiti) SPI liidese kaudu mälukaart
• sektsioon 4 AAA patareile.

Mikrokontrolleri nime põhjal on selge, et see kuulub AVR perekonda, seega on seadme Arduino ühilduvaks tegemine rohkem kui triviaalne…

Uudistest lehelt Hackaday autor sai teada, et see on juba tehtud (sama lingi kaudu on kirjeldatud, kuhu ühendada), saades võimaluse mängida Arduboy mänge:

Aga autorile huvitab rohkem seadme kasutamine mitte mängimiseks, vaid uurimiseks:

• järjestikuse liidese kaudu välkmälu SPI
• AVRi laadijad
• 802.15.4 standard

Autor alustas koodi kirjutamisega teeki (GPL v3), mis võimaldab algatada ekraani, kuvada teksti ja ristkülikke ning pääseda juurde SPI liidese kaudu välkmälule. Siis hakkas ta välja mõtlema seadme praktilise kasutamise ideid: taskul teine VT-100 ühilduv terminal, mitme mängijaga mängud. Pärast kolme seadme ümberkorraldamist otsustas ta "õpetada" neid saama skeeme "õhu kaudu". See oleks mitte ainult huvitav, vaid ka väga mugav: seadme korpust on alati raske avada, ja patareide sektsiooni all on vaid augud, mis võimaldavad ühendada JTAG programmitöötlejaga.

Seda on piisav Arduino bootloaderi laadimiseks, kuid mitte skeemi jaoks - seeriaport ei ole sinna välja viidud, seega ilma korpuse avamata ei saa hakkama. Samuti on TX0 ja RX0 esimese seeriaporti jooned ühendatud klaviatuuri matriisi skaneerimise joontega, nimelt nendega, mille kaudu toimub funktsionaalsete klahvide skaneerimine ekraani mõlemal küljel. Kuid mis teha - autor ehitas just selle:

Sinna on ta välja viinud JTAG jooned, ning nüüd ei ole patareide pesa avamine enam vajalik. Samuti on skeemide laadimise võimaldamiseks välja viidud ka mõlemad seeriaportid, lisades sissekopteri, kuna paigaldatud patareide puhul seadet muul viisil füüsiliselt välja lülitada ei õnnestu.

Pidi päris kaua töötama jootmisraua, käärid ja kuumglue relvaga. Ühesõnaga, skeemide „õhku” laadimine on tunduvalt mugavam, tuleks sellele kiirelt midagi välja mõelda.

Arduino IDE skeemide laadimise jaoks kasutab programmi avrdude. See suhtleb mikrokontrolleriga protokolli kaudu STK500, mis võimaldab edastada faile mõlemas suunas. See ei sobi hästi kanalitega, kus on võimalikke muutuvaid viivitusi, moonutusi ja andmete kadumist. Kui seeria kanalis midagi laguneb või kriuksub, võib tasuda hulluks minna põhjuse otsimisel. Üks kord piinas autor ennast pool päeva, kuni leidis, et süü oli viletsas kaablis, samuti kapriisse CP2102 liidese muundajas. Isegi mikrokontroller sisseehitatud liidese muundajaga, näiteks ATmega32u4, võib mõnikord nii „lollitada”. Iga Arduino kasutaja on märganud, et skeemide laadimisel esineb vigu, mis ei ole sugugi haruldased. Mõnikord kulgeb salvestamine normaalselt, kuid kontrollimisel leitakse viga. See ei tähenda, et viga oleks olnud salvestamisel - tõrge oli lugemisel. Ja nüüd kujutage ette, et „õhu“ kasutamisel juhtub sama, kuid palju sagedamini.

Proovides erinevaid viise selle probleemi ületamiseks, tuli autor välja selle ideega. Seadmel on 128-kilobaitine välkmälu SPI liidesega - võtame andmed juhtmete kaudu (meenutame, et üks seade autoril juba on küljel oleva pesaga), kasutame seda mälu puhvrina ja saadame andmed raadiosignaali kaudu teise seadmesse. Selline tervitus Cybikolt.

Pärast koodi kirjutamist raadioside jaoks ja fonti, laadija pikkus suurenes üle 4 kilobaiti. Seetõttu tuli HFUSE väärtus muuta 0xDA-lt 0xD8-ks. Nüüd võib laadija olla kuni 8 kilobaiti pikk, ja algne aadress on 0x1E000. See on kajastatud Makefile'is, kuid peab olema arvesse võetud ka üleslaadimisel. laadijat avrdude abil.

802.15.4 standardiga raadiosaatja ATmega128RFA1 oli algselt mõeldud töötama protokolli kaudu ZigBee, mis on üsna keeruline, seetõttu otsustas autor selle asemel lihtsalt pakette edastada. ATmega128RFA1-s on see riistvara tasemel ellu viidud, nii et kood vajab vähe. Samuti otsustas autor lihtsuse huvides kasutada fikseeritud kanalit, jättes isegi manuaalse valiku tegemise välja. 802.15.4 standard toetab 16 kanalit numbritega 11 kuni 26. Need on üsna täis, mõni kattub ka WiFi kanalitega (ZigBee kanalid on esiletõstetud punaselt, WiFi kanalid siniselt, roheliselt ja kollaselt).

Selgus, et WiFi häirete suhtes on kõige vähem vastuvõtlikud kanalid 15 ja 26. Teise neist valis autor. Väljavõte: tõlkija ei tea, kas ZigBee lihtsustamine on lubatud. Võib-olla tuleks veel veidi programmeerida ja see täielikult ellu viia?

Esimeses seadmes tuleb ellu viia lõpukaart, mis edastab andmeid STK500 protokolli kaudu. Suurem osa edastatavatest ja vastuvõetud sõnumitest on iseseisvad, kuid mõned on seotud varem kanali kaudu läbinud sõnumitega. Dialooge kirjeldatakse. siin.

Oluline osa sellest dialoogist on paketivahetus, mis on mõeldud sihtseadme mälusse salvestamiseks. Lihtsate AVR seeria mikrokontrollerite lehekülje suurus on 128 baiti, kuid ATmega128RFA1 puhul 256 baiti. Ja SPI-protokolli kaudu ühendatud välkmälu puhul on see sama. Esimese seadme programm ei edasta sketši kohe teise seadmesse, vaid kirjutab selle sellesse mällu. Kui Arduino IDE kontrollib kirjutamise õigsust, saadetakse sellele teave, mis sinna salvestati. Nüüd tuleb saadud andmed edastada raadiokanali kaudu teise seadmesse. Seejuures toimub vastuvõtult saatmisele ja vastupidi üleminek üsna sageli. STK500 protokoll ei ole viivituste suhtes tundlik, kuid mitte kunagi ei talu andmete kaotust (veider, et eespool öeldakse, et andmete edastamise viivitused mõjutavad ka). Kuid kaotused juhtmeta edastamisel on vältimatud. ATmega128RFA1 sisaldab riistvara teostust korduspäringute jaoks, kui edastamine on kaheldav, kuid autor otsustas selle ise programmiliselt rakendada. Ta töötas välja protokolli, mille käigus edastatakse ühes suunas palju rohkem andmeid kui teises.

See ei ole ideaalne, kuid kõik töötab. 256-baitline lehekülg jaguneb neljaks segmendiks, millest igaüht edastatakse raadiokanali kaudu paketina. Paketis on kuni 125 baiti andmeid pluss üks bait — pikkus ja kaks — CRC. Seega paigutatakse sinna 64-baitilised fragmendid koos lehekülje ja segmentide numbritega (0 kuni 3). Vastuvõtvas seadmes on olemas muutuja, mis võimaldab jälgida, kui palju segmente on vastu võetud, ja kui kõik neli saabuvad, saadetakse saatmise seadmesse kinnitamine, et kogu lehekülg on vastu võetud. Kui kinnitust ei tule (CRC ei ühti) — saadame kogu lehekülje uuesti. Sel juhul on edastuskiirus isegi suurem kui kaabli kaudu. Vaata:

Kuid tegelikult tuleks ette näha mugav viis seadmete ühendamiseks kaabli kaudu, et sketše sinna laadida. Näiteks paigaldada selline CP2102 liidese muundur nagu pildil ja kleepida see plaadile nii, et see taluks ühendamise ja lahti ühendamise jõudu Micro USB kaabli puhul.

Samuti on seal 3,3-voldine stabilisaator (ja kuidas seda kasutada 6-voldise toite allika seadmes — kui seal on sama stabilisaator, saab lisada kaks dioodi, et automaatselt valida, millisest toiteallikast seade töötab). Liidese muunduri plaadilt tuleb eemaldada kõik kolm LEDi, vastasel juhul koormavad need täiendavalt patareisid, kui seade töötab nende toiteallikast, ning segavad klaviatuuri küsimist ja SPI liidese välkmälu tööd.

Eesmärgi tagaajamine osutus isegi huvitavamaks kui selle saavutamine (ja ei, ära too välja seda anekdooti bussist). Autor õppis palju uut AVR-i kaloaderite, SPI liidese välkmälu, STK500 protokolli ja 802.15.4 standardi kohta.

Kogu ülejäänud kood koos eelpool kirjeldatud raamatukoguga — siin, ja see on samuti GPL v3 all. Autori Twitter — siin.

Allikas: habr.com