हम ATmega128RFA1 के लिए एक OTA बूटलोडर लिख रहे हैं (स्मार्ट रिस्पांस XE डिवाइस के भाग के रूप में)

यह सब लेखक द्वारा द्वितीयक बाज़ार में एक दिलचस्प उपकरण खरीदने के साथ शुरू हुआ - स्मार्ट रिस्पांस XE (संक्षिप्त वर्णन). यह स्कूलों के लिए अभिप्रेत है: कक्षा में प्रत्येक छात्र को नब्बे के दशक के इलेक्ट्रॉनिक नोटबुक या अनुवादक के समान एक उपकरण मिलता है, शिक्षक एक प्रश्न पूछता है, और छात्र उपकरणों के कीबोर्ड पर उत्तर टाइप करते हैं, जो एक के माध्यम से प्राप्त होते हैं शिक्षक के पीसी से जुड़े रिसीवर के लिए रेडियो चैनल (802.15.4)।

इन उपकरणों को कई साल पहले बंद कर दिया गया था, और स्कूलों ने जो प्रत्येक उपकरण $100-$200 में खरीदा था वह अब eBay पर $10 या उससे कम में उपलब्ध है। वहां का हार्डवेयर गीकी प्रयोगों के लिए बहुत उपयुक्त है:

• 60 कुंजी कीबोर्ड
• 384×136 के रिज़ॉल्यूशन वाला डिस्प्ले, 2 बिट प्रति पिक्सेल - बीसी, सीजीए के समान, लेकिन 4 रंग नहीं, बल्कि चमक के ग्रेडेशन
• माइक्रोकंट्रोलर ATmega128RFA1 (128 kB फ़्लैश मेमोरी, 4 kB ROM, 16 kB RAM, 802.15.4 ट्रांसीवर)
• बाहरी (माइक्रोकंट्रोलर के संबंध में, संपूर्ण डिवाइस नहीं) एसपीआई इंटरफ़ेस के साथ 1 मेगाबिट (128 किलोबाइट) फ्लैश मेमोरी
• 4 एएए तत्वों के लिए कम्पार्टमेंट।

माइक्रोकंट्रोलर के नाम से यह स्पष्ट है कि यह AVR परिवार से संबंधित है, जिसका अर्थ है कि डिवाइस को Arduino-संगत बनाना एक मामूली काम से भी अधिक है...

समाचार से आगे Hackaday लेखक को पता चला कि यह क्या है पहले ही कर चुके हैं (वही लिंक आपको बताता है कि क्या कनेक्ट करना है), अर्दुबॉय के लिए गेम चलाने का अवसर प्राप्त करना:

लेकिन लेखक को डिवाइस पर खेलने के नहीं, बल्कि अध्ययन करने के अवसर में अधिक रुचि है:

• सीरियल एसपीआई इंटरफ़ेस के साथ फ्लैश मेमोरी
• AVR के लिए बूटलोडर
• मानक 802.15.4

लेखक ने लेखन से शुरुआत की पुस्तकालय (जीपीएल वी3), जो आपको डिस्प्ले, आउटपुट टेक्स्ट और आयतों को आरंभ करने और एसपीआई फ्लैश मेमोरी तक पहुंचने की अनुमति देता है। फिर उन्होंने डिवाइस के व्यावहारिक उपयोग के लिए विचार लाना शुरू किया: एक वीटी-100-संगत पॉकेट टर्मिनल, मल्टीप्लेयर गेम। तीन उपकरणों का पुनर्निर्माण करने के बाद, उन्होंने उन्हें "हवा में" रेखाचित्र प्राप्त करना "सिखाने" का निर्णय लिया। जो न केवल दिलचस्प होगा, बल्कि बहुत सुविधाजनक भी होगा: डिवाइस केस को हर बार खोलना मुश्किल होता है, और बैटरी कम्पार्टमेंट कवर के नीचे केवल छेद होते हैं जो आपको JTAG प्रोग्रामर को बोर्ड से कनेक्ट करने की अनुमति देते हैं।

यह Arduino बूटलोडर को अपलोड करने के लिए पर्याप्त है, लेकिन स्केच नहीं - सीरियल पोर्ट वहां से कनेक्ट नहीं है, इसलिए आप अभी भी केस को खोले बिना नहीं कर सकते। इसके अलावा, पहले सीरियल पोर्ट की TX0 और RX0 लाइनें कीबोर्ड मैट्रिक्स की पोलिंग लाइनों के साथ संयुक्त होती हैं, अर्थात् वे जो डिस्प्ले के किनारों पर फ़ंक्शन कुंजियों को पोल करती हैं। लेकिन आप क्या कर सकते हैं - लेखक ने इसे बनाया है:

वह वहां JTAG लाइनें ले आया, और अब बैटरी डिब्बे को खोलने की कोई आवश्यकता नहीं है। और ताकि स्केच अपलोड किए जा सकें, मैंने दोनों सीरियल पोर्ट को एक ही कनेक्टर से जोड़ा, साथ ही एक स्विच भी जोड़ा, क्योंकि स्थापित बैटरियों के साथ, डिवाइस को किसी अन्य तरीके से बंद करना शारीरिक रूप से असंभव है।

सोल्डरिंग आयरन, उपयोगिता चाकू और गोंद बंदूक के साथ काम करने में काफी समय लगा। सामान्य तौर पर, "ओवर द एयर" स्केच अपलोड करना अधिक सुविधाजनक है; हमें इसके लिए तत्काल कुछ आविष्कार करने की आवश्यकता है।

Arduino IDE स्केच अपलोड करने के लिए प्रोग्राम का उपयोग करता है avrdude. यह प्रोटोकॉल का उपयोग करके माइक्रोकंट्रोलर के साथ इंटरैक्ट करता है STK500, जो आपको दोनों दिशाओं में फ़ाइलें स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। यह उन चैनलों के साथ खराब रूप से संगत है जहां परिवर्तनीय विलंब, विरूपण और डेटा हानि संभव है। यदि धारावाहिक चैनल में कुछ छूट जाता है या सरसराहट हो जाती है, तो आप कारण की तलाश में पागल हो सकते हैं। एक बार लेखक को आधे दिन तक परेशानी झेलनी पड़ी जब तक उसे एहसास नहीं हुआ कि समस्या एक खराब केबल के साथ-साथ एक सनकी CP2102 इंटरफ़ेस कनवर्टर के कारण थी। यहां तक ​​कि अंतर्निर्मित इंटरफ़ेस कनवर्टर वाला एक माइक्रोकंट्रोलर, उदाहरण के लिए, ATmega32u4, कभी-कभी इस तरह कार्य कर सकता है। प्रत्येक Arduino उपयोगकर्ता ने देखा है कि स्केच अपलोड करते समय त्रुटियां इतनी दुर्लभ नहीं हैं। कभी-कभी रिकॉर्डिंग अच्छी हो जाती है, लेकिन परीक्षण के दौरान त्रुटि का पता चलता है। इसका मतलब यह नहीं है कि लिखने के दौरान कोई त्रुटि हुई - पढ़ने के दौरान कोई विफलता हुई। अब कल्पना करें कि "हवा के ऊपर" काम करते समय भी यही होगा, लेकिन बहुत अधिक बार।

इस समस्या को दूर करने के विभिन्न तरीकों को आजमाने के बाद, लेखक निम्नलिखित निष्कर्ष पर पहुंचे। डिवाइस में एसपीआई इंटरफ़ेस के साथ 128 केबी फ्लैश मेमोरी है - हम तारों पर डेटा प्राप्त करते हैं (याद रखें कि लेखक के पास पहले से ही किनारे पर कनेक्टर के साथ एक डिवाइस है), इस मेमोरी को बफर के रूप में उपयोग करें, और डेटा को रेडियो पर भेजें किसी अन्य डिवाइस पर चैनल। साइबिको की ओर से नमस्कार.

रेडियो चैनल के साथ-साथ फ़ॉन्ट के साथ काम करने के लिए कोड लिखने के बाद, लोडर 4 किलोबाइट से अधिक लंबा हो गया। इसलिए, HFUSE मान को 0xDA से 0xD8 में बदलना पड़ा। अब बूटलोडर 8 किलोबाइट तक लंबा हो सकता है, और प्रारंभिक पता अब 0x1E000 है। यह मेकफ़ाइल में परिलक्षित होता है, लेकिन भरते समय इसे भी ध्यान में रखा जाना चाहिए बूटलोडर avrdude के माध्यम से।

ATmega802.15.4RFA128 में 1 ट्रांसीवर मूल रूप से प्रोटोकॉल का उपयोग करके संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है ZigBee, जो काफी जटिल है, इसलिए लेखक ने इसके बजाय केवल पैकेट प्रसारित करने का निर्णय लिया। इसे ATmega128RFA1 में हार्डवेयर में लागू किया गया है, इसलिए कम कोड की आवश्यकता है। इसके अलावा, सरलता के लिए, लेखक ने एक निश्चित चैनल का उपयोग करने का निर्णय लिया, आपको इसे मैन्युअल रूप से भी चुनने की अनुमति नहीं दी। 802.15.4 मानक 16 से 11 तक की संख्या वाले 26 चैनलों का समर्थन करता है। उनमें काफी भीड़ होती है, कुछ वाईफाई चैनल भी ओवरलैप करते हैं (लाल ज़िगबी चैनल हैं, नीला, हरा और पीला वाईफाई हैं)।

यह पता चला कि चैनल 15 और 26 वाईफाई से हस्तक्षेप के प्रति सबसे कम संवेदनशील हैं। लेखक ने उनमें से दूसरे को चुना। अस्वीकरण: अनुवादक को नहीं पता कि उसे ZigBee को इस तरह सरल बनाने की अनुमति है या नहीं। शायद हमें थोड़ी और प्रोग्रामिंग करनी चाहिए और इसे पूरी तरह से लागू करना चाहिए?

पहले डिवाइस पर, एक परिमित राज्य मशीन को लागू करना आवश्यक है जो STK500 प्रोटोकॉल के माध्यम से डेटा प्रसारित करता है। अधिकांश भाग के लिए, प्रेषित और प्राप्त संदेश आत्मनिर्भर होते हैं, लेकिन कुछ उन संदेशों से जुड़े होते हैं जो पहले चैनल से गुजरे थे। संवाद का विवरण दिया गया है यहां.

इस संवाद का एक महत्वपूर्ण घटक गंतव्य डिवाइस की फ्लैश मेमोरी में लिखे जाने वाले पैकेटों का प्रसारण है। AVR परिवार के सरल माइक्रोकंट्रोलर के लिए, पृष्ठ का आकार 128 बाइट्स है, लेकिन ATmega128RFA1 के लिए यह 256 है। और फ्लैश मेमोरी के लिए जो SPI प्रोटोकॉल के माध्यम से जुड़ा हुआ है, यह समान है। पहले डिवाइस में प्रोग्राम, स्केच अपलोड करते समय, इसे तुरंत दूसरे में स्थानांतरित नहीं करता है, बल्कि इसे इस मेमोरी में लिखता है। जब Arduino IDE प्रविष्टि की शुद्धता की जांच करता है, तो उसे वही भेजा जाता है जो वहां लिखा गया था। अब हमें प्राप्त डेटा को रेडियो चैनल के माध्यम से दूसरे डिवाइस पर प्रसारित करने की आवश्यकता है। उसी समय, प्राप्त करने से संचारण और वापस करने पर स्विच करना अक्सर होता है। STK500 प्रोटोकॉल देरी के प्रति उदासीन है, लेकिन डेटा हानि को बर्दाश्त नहीं करता है (अजीब बात है, लेकिन यह ऊपर कहा गया था कि देरी भी डेटा ट्रांसफर को प्रभावित करती है)। और वायरलेस ट्रांसमिशन के दौरान नुकसान अपरिहार्य हैं। ATmega128RFA1 में स्थानांतरण की शुद्धता के बारे में संदेह होने पर बार-बार अनुरोधों का एक अंतर्निहित हार्डवेयर कार्यान्वयन होता है, लेकिन लेखक ने इसे सॉफ़्टवेयर में स्वयं लागू करने का निर्णय लिया। उन्होंने एक प्रोटोकॉल विकसित किया जिसमें एक तरफ से दूसरे की तुलना में बहुत अधिक डेटा प्रवाहित होता है।

यह पूर्ण नहीं है, लेकिन यह काम करता है। 256-बाइट पृष्ठ को चार खंडों में विभाजित किया गया है, जिनमें से प्रत्येक को एक पैकेट के रूप में हवा में प्रसारित किया जाता है। एक पैकेट में 125 बाइट्स तक डेटा और लंबाई के लिए एक बाइट और सीआरसी के लिए दो बाइट्स हो सकते हैं। तो पृष्ठ और खंड संख्याओं (64 से 0 तक) के साथ 3 बाइट्स लंबे टुकड़े वहां रखे गए हैं। प्राप्तकर्ता डिवाइस में एक वैरिएबल होता है जो उसे ट्रैक करने की अनुमति देता है कि कितने खंड प्राप्त हुए हैं, और जब सभी चार आते हैं, तो भेजने वाले डिवाइस को पुष्टि मिलती है कि पूरा पृष्ठ प्राप्त हो गया है। कोई पुष्टि नहीं (सीआरसी मेल नहीं खाती) - पूरा पृष्ठ पुनः भेजें। केबल के माध्यम से संचारित करते समय गति और भी अधिक होती है। देखना:

लेकिन सामान्य तौर पर, स्केच अपलोड करने और इसके माध्यम से केबल को उपकरणों से कनेक्ट करने का एक सुविधाजनक तरीका प्रदान करना आवश्यक होगा। उदाहरण के लिए, CP2102 पर ऐसे इंटरफ़ेस कनवर्टर को अंदर रखें, जैसा कि फोटो में है, और इसे बोर्ड पर चिपका दें ताकि यह माइक्रो यूएसबी केबल को कनेक्ट और डिस्कनेक्ट करते समय बल का सामना कर सके।

इसमें एक 3,3-वोल्ट स्टेबलाइज़र भी है (और इसे 6-वोल्ट बिजली आपूर्ति वाले डिवाइस में कैसे उपयोग करें - यदि केवल इसमें एक ही स्टेबलाइज़र है, और आप स्वचालित रूप से चयन करने के लिए दो डायोड जोड़ सकते हैं कि उनमें से कौन सा डिवाइस को पावर देगा) . सभी तीन एल ई डी को इंटरफ़ेस कनवर्टर बोर्ड से अनसोल्ड किया जाना चाहिए, अन्यथा वे उन पर काम करते समय बैटरी को अतिरिक्त रूप से लोड करेंगे, और कीबोर्ड पोलिंग में भी हस्तक्षेप करेंगे और एसपीआई इंटरफ़ेस के साथ फ्लैश मेमोरी के साथ काम करेंगे।

किसी लक्ष्य का पीछा करना उसे हासिल करने से भी अधिक दिलचस्प साबित हुआ (और बस के बारे में उस मजाक की ज़रूरत नहीं है)। लेखक ने AVR बूटलोडर्स, SPI फ़्लैश मेमोरी, STK500 प्रोटोकॉल और 802.15.4 मानक के बारे में बहुत कुछ सीखा।

ऊपर वर्णित लाइब्रेरी के अलावा अन्य सभी कोड हैं - यहां, और यह GPL v3 के अंतर्गत भी है। लेखक का ट्विटर - यहां.

स्रोत: www.habr.com