אנו כותבים מאתחול OTA עבור ATmega128RFA1 (כחלק ממכשיר Smart Response XE)

הכל התחיל בכך שהמחבר רכש מכשיר מעניין בשוק המשני - Smart Response XE (תיאור קצר). הוא מיועד לבתי ספר: כל תלמיד בכיתה מקבל מכשיר דומה למחברת אלקטרונית או מתרגם משנות התשעים, המורה שואל שאלה והתלמידים מקלידים את התשובות במקלדות המכשירים, המתקבלות באמצעות א. ערוץ רדיו (802.15.4) למקלט המחובר למחשב המורה.

מכשירים אלה הופסקו לפני מספר שנים, ומה שבתי ספר רכשו ב-100-200 דולר כל אחד צץ כעת באיביי תמורת 10 דולר או פחות. החומרה שם מתאימה מאוד לניסויים חנונים:

• מקלדת 60 מקשים
• צג ברזולוציה של 384×136, 2 ביטים לפיקסל - דומה ל-BC, CGA, אך 4 לא צבעים, אלא הדרגות בהירות
• מיקרו-בקר ATmega128RFA1 (128 קילו-בייט זיכרון פלאש, 4 קילו-בייט ROM, 16 קילו-בייט RAM, מקלט משדר 802.15.4)
• זיכרון פלאש חיצוני (ביחס למיקרו-בקר, לא לכל המכשיר) 1 מגה-ביט (128 קילובייט) עם ממשק SPI
• תא ל-4 אלמנטים AAA.

משמו של המיקרו-בקר ברור שהוא שייך למשפחת ה-AVR, מה שאומר שהפיכת המכשיר ל-Arduino תואם היא משימה יותר מטריוויאלית...

מהחדשות ואילך הקדאי המחבר גילה מה זה כבר עשו (אותו קישור אומר לך מה להתחבר לאן), עם הזדמנות להריץ משחקים עבור Arduboy:

אבל המחבר מתעניין יותר בהזדמנות לא לשחק במכשיר, אלא ללמוד:

• זיכרון פלאש עם ממשק SPI טורי
• מטעני אתחול עבור AVR
• תקן 802.15.4

המחבר התחיל בכתיבה ספריות (GPL v3), המאפשר לך לאתחל את התצוגה, להוציא טקסט ומלבנים ולגשת לזיכרון פלאש SPI. ואז הוא התחיל להעלות רעיונות לשימוש מעשי במכשיר: מסוף כיס תואם VT-100, משחקים מרובי משתתפים. לאחר שבנה מחדש שלושה מכשירים, הוא החליט "ללמד" אותם לקבל סקיצות "באוויר". מה שיהיה לא רק מעניין, אלא גם מאוד נוח: את מארז המכשיר קשה לפתוח בכל פעם, ומתחת לכיסוי תא הסוללה יש רק חורים שמאפשרים לחבר מתכנת JTAG ללוח.

זה מספיק כדי להעלות את האתחול Arduino, אבל לא את הסקיצה - היציאה הטורית לא מחוברת לשם, אז אתה עדיין לא יכול לעשות בלי לפתוח את המארז. כמו כן, קווי ה-TX0 ו-RX0 של היציאה הטורית הראשונה משולבים עם קווי הסקר של מטריצת המקלדת, כלומר אלו שמסקרים את מקשי הפונקציה בצידי התצוגה. אבל מה אתה יכול לעשות - המחבר בנה את זה:

הוא הביא לשם את קווי ה-JTAG, וכעת אין צורך לפתוח את תא הסוללות. וכדי שאפשר יהיה להעלות סקיצות, חיברתי את שתי היציאות הטוריות לאותו מחבר, והוספתי גם מתג, כי עם הסוללות מותקנות אי אפשר פיזית לכבות את המכשיר בדרך אחרת.

לקח לא מעט זמן לעבוד עם מלחם, סכין שימוש ואקדח דבק. באופן כללי, העלאת סקיצות "באוויר" היא הרבה יותר נוחה; אנחנו צריכים בדחיפות להמציא משהו בשביל זה.

Arduino IDE משתמש בתוכנה כדי להעלות סקיצות avrdude. הוא מקיים אינטראקציה עם המיקרו-בקר באמצעות הפרוטוקול STK500, המאפשר לך להעביר קבצים לשני הכיוונים. זה לא תואם לערוצים שבהם עיכובים משתנים, עיוות ואובדן נתונים אפשריים. אם משהו משתחרר או מרשרש בערוץ הסדרתי, אתה יכול להשתגע ולחפש את הסיבה. פעם המחבר סבל חצי יום עד שהבין שהבעיה היא כבל רע, כמו גם ממיר ממשק CP2102 קפריזי. אפילו מיקרו-בקר עם ממיר ממשק מובנה, למשל ATmega32u4, יכול לפעמים לפעול כך. כל משתמש Arduino שם לב ששגיאות בעת העלאת סקיצות אינן נדירות כל כך. לפעמים ההקלטה מתנהלת כשורה, אבל במהלך קריאה של בדיקה מתגלה שגיאה. זה לא אומר שהייתה שגיאה במהלך הכתיבה - היה כשל במהלך הקריאה. עכשיו תארו לעצמכם שכאשר עובדים "באוויר" יקרה אותו הדבר, אבל הרבה יותר.

לאחר שניסה דרכים שונות להתגבר על בעיה זו, המחבר מצא את הדברים הבאים. למכשיר יש זיכרון פלאש של 128 קילו-בייט עם ממשק SPI - אנחנו מקבלים נתונים על החוטים (זכור שלמחבר כבר יש מכשיר אחד עם מחבר בצד), משתמשים בזיכרון זה כחוצץ ושולחים את הנתונים דרך הרדיו ערוץ למכשיר אחר. שלום מ-Cybiko.

לאחר כתיבת הקוד לעבודה עם ערוץ הרדיו, כמו גם הגופן, הטוען הפך להיות ארוך מ-4 קילובייט. לכן, היה צורך לשנות את ערך HFUSE מ-0xDA ל-0xD8. כעת מאתר האתחול יכול להיות באורך של עד 8 קילובייט, וכתובת ההתחלה היא כעת 0x1E000. זה בא לידי ביטוי ב-Makefile, אבל צריך לקחת בחשבון גם בעת מילוי מטעין אתחול דרך avrdude.

מקלט המשדר 802.15.4 ב-ATmega128RFA1 תוכנן במקור לפעול באמצעות הפרוטוקול זיגבי, וזה די מסובך, אז המחבר החליט פשוט להעביר מנות במקום. זה מיושם בחומרה ב-ATmega128RFA1, ולכן נדרש מעט קוד. כמו כן, למען הפשטות, המחבר החליט להשתמש בערוץ קבוע, שלא מאפשר לך לבחור אותו אפילו באופן ידני. תקן 802.15.4 תומך ב-16 ערוצים עם מספרים מ-11 עד 26. הם די צפופים, חלקם גם חופפים לערוצי WiFi (אדום הם ערוצי ZigBee, כחול, ירוק וצהוב הם WiFi).

התברר שהערוצים 15 ו-26 הכי פחות רגישים להפרעות מ-WiFi, המחבר בחר בשני שבהם. כתב ויתור: המתרגם אינו יודע אם מותר לפשט את ZigBee בצורה זו. אולי כדאי שנעשה עוד קצת תכנות וליישם את זה לגמרי?

במכשיר הראשון, יש צורך ליישם מכונת מצב סופי שמשדרת נתונים באמצעות פרוטוקול STK500. לרוב, ההודעות המועברות והמתקבלות הן עצמאיות, אך חלקן קשורות לאלו שעברו בערוץ קודם לכן. ניתן תיאור של הדיאלוג כאן.

מרכיב חשוב בדיאלוג זה הוא שידור מנות המיועדות להיכתב לזיכרון ההבזק של מכשיר היעד. עבור מיקרו-בקרים פשוטים ממשפחת ה-AVR, גודל העמוד הוא 128 בתים, אך עבור ATmega128RFA1 הוא 256. ולזיכרון הפלאש שמחובר באמצעות פרוטוקול SPI, זה אותו דבר. התוכנית במכשיר הראשון, בעת העלאת סקיצה, אינה מעבירה אותה מיד לשני, אלא כותבת אותה לזיכרון זה. כאשר ה-Arduino IDE בודק את נכונות הערך, הוא נשלח מה שהיה כתוב שם. כעת עלינו להעביר את הנתונים שהתקבלו באמצעות ערוץ רדיו למכשיר השני. יחד עם זאת, מעבר מקבלה לשידור ובחזרה מתרחש לעתים קרובות למדי. פרוטוקול STK500 אדיש לעיכובים, אך אינו סובל אובדן נתונים (מוזר, אך נאמר לעיל שעיכובים משפיעים גם על העברת הנתונים). והפסדים במהלך שידור אלחוטי הם בלתי נמנעים. ל-ATmega128RFA1 יש יישום חומרה מובנה של בקשות חוזרות ונשנות כאשר יש ספקות לגבי נכונות ההעברה, אך המחבר החליט ליישם את אותו הדבר בתוכנה בעצמו. הוא פיתח פרוטוקול שבו הרבה יותר נתונים זורמים לכיוון אחד מהשני.

זה לא מושלם, אבל זה עובד. עמוד 256 בתים מחולק לארבעה מקטעים, שכל אחד מהם מועבר באוויר כמנה. מנה יכולה להכיל עד 125 בתים של נתונים בתוספת בית אחד לאורך ושני בתים עבור CRC. אז קטעים באורך 64 בתים יחד עם מספרי עמודים וקטעים (מ-0 עד 3) ממוקמים שם. למכשיר המקבל יש משתנה המאפשר לו לעקוב אחר כמה מקטעים התקבלו, וכאשר כל הארבעה מגיעים, המכשיר השולח מקבל אישור שהדף כולו התקבל. אין אישור (CRC לא תאם) - שלח שוב את כל העמוד. המהירות אפילו גדולה יותר מאשר בעת שידור באמצעות כבל. לִרְאוֹת:

אבל באופן כללי, יהיה צורך לספק דרך נוחה לחבר את הכבל למכשירים להעלאת סקיצות ודרכו. לדוגמה, הניחו בתוך ממיר ממשק כזה על ה-CP2102, כמו בתמונה, והדביקו אותו ללוח כדי שיעמוד בכוח בעת חיבור וניתוק כבל ה-Micro USB.

יש לו גם מייצב 3,3 וולט (ואיך להשתמש בו במכשיר עם ספק כוח של 6 וולט - אם רק יש לו את אותו מייצב, וניתן להוסיף שתי דיודות כדי לבחור אוטומטית מי מהן תפעיל את המכשיר) . יש לא להלחים את כל שלושת הנוריות מלוח ממיר הממשק, אחרת הן יעמיסו בנוסף את הסוללות בעת ההפעלה עליהן, וגם יפריעו לסקר המקלדת ויעבדו עם זיכרון פלאש עם ממשק SPI.

החתירה למטרה התבררה כמעניינת אפילו יותר מהשגתה (ולא צריך את הבדיחה הזו על האוטובוס). המחבר למד הרבה על מאגרי אתחול של AVR, זיכרון פלאש SPI, פרוטוקול STK500 ותקן 802.15.4.

כל הקוד האחר בנוסף לספרייה שתואר לעיל הוא - כאן, וזה גם תחת GPL v3. הטוויטר של המחבר - כאן.

מקור: www.habr.com