ATmega128RFA1 用の OTA ブートローダーを作成しています (Smart Response XE デバイスの一部として)

すべては、著者が流通市場で興味深いデバイスである Smart Response XE (簡単な説明）。 これは学校を対象としています。クラスの各生徒には電子ノートや 802.15.4 年代の翻訳機に似たデバイスが与えられ、教師が質問し、生徒はデバイスのキーボードで回答を入力します。無線チャネル (XNUMX) を教師の PC に接続されている受信機に送信します。

これらのデバイスは数年前に廃止され、学校がそれぞれ 100 ～ 200 ドルで購入したものが、現在 eBay で 10 ドル以下で出品されています。 そこのハードウェアはマニアックな実験に非常に適しています。

• 60鍵キーボード
• 解像度 384×136、ピクセルあたり 2 ビットのディスプレイ - BC、CGA に似ていますが、4 色ではなく、明るさのグラデーションです。
• マイクロコントローラ ATmega128RFA1 (128 kB フラッシュ メモリ、4 kB ROM、16 kB RAM、802.15.4 トランシーバ)
• 外部 (デバイス全体ではなく、マイクロコントローラーに関連して) SPI インターフェイス付き 1 メガビット (128 キロバイト) フラッシュ メモリ
• 4つのAAAエレメント用のコンパートメント。

マイクロコントローラーの名前から、それが AVR ファミリに属していることは明らかです。つまり、デバイスを Arduino 互換にするのは簡単な作業ではないことを意味します...

のニュースから ハッカディ 著者はそれが何なのかを発見した もうやった (同じリンクで、何をどこに接続するかがわかります)、Arduboy 用のゲームを実行する機会があります。

しかし、著者はデバイスでプレイするのではなく、以下を学ぶ機会にもっと興味があります。

• シリアルSPIインターフェースを備えたフラッシュメモリ
• AVR用ブートローダー
• 標準802.15.4

著者はこう書き始めた ライブラリー (GPL v3)。これにより、ディスプレイの初期化、テキストと四角形の出力、SPI フラッシュ メモリへのアクセスが可能になります。 そして、VT-100互換のポケット端末、マルチプレイヤーゲームなど、デバイスの実用化に向けたアイデアを考え始めました。 XNUMX 台のデバイスを再構築した後、彼はスケッチを「無線で」受信できるように「教える」ことにしました。 興味深いだけでなく、非常に便利なこともあります。デバイスのケースは毎回開けるのが難しく、バッテリー収納部のカバーの下には、JTAG プログラマをボードに接続するための穴しかありません。

Arduino ブートローダーをアップロードするにはこれで十分ですが、スケッチはアップロードできません。シリアル ポートがそこに接続されていないため、ケースを開けずにアップロードすることはできません。 また、最初のシリアル ポートの TX0 および RX0 ラインは、キーボード マトリックスのポーリング ライン、つまりディスプレイの側面にあるファンクション キーをポーリングするラインと結合されます。 しかし、何ができるでしょうか - 著者はこれを作成しました:

彼はそこに JTAG ラインを導入したので、今ではバッテリー コンパートメントを開ける必要はありません。 スケッチをアップロードできるように、両方のシリアル ポートを同じコネクタに接続し、スイッチも追加しました。バッテリーが取り付けられていると、他の方法でデバイスの電源をオフにすることが物理的に不可能だからです。

はんだごて、カッターナイフ、グルーガンを使って作業するとかなり時間がかかりました。 一般に、スケッチを「無線で」アップロードする方がはるかに便利なので、このための何かを早急に発明する必要があります。

Arduino IDEはプログラムを使用してスケッチをアップロードします アヴェルデ。 プロトコルを使用してマイクロコントローラーと対話します。 STK500を使用すると、ファイルを両方向に転送できます。 可変的な遅延、歪み、データ損失が発生する可能性があるチャネルとは互換性が低くなります。 シリアル チャネルで何かが外れたり、ガサガサ音がしたりすると、その原因を探すのに夢中になることがあります。 かつて、著者は、問題が不良ケーブルと気まぐれな CP2102 インターフェイス コンバータであることに気づくまで半日苦しみました。 ATmega32u4 などのインターフェースコンバータを内蔵したマイコンでも、このような動作をすることがあります。 すべての Arduino ユーザーは、スケッチをアップロードする際のエラーがそれほど珍しいことではないことに気づいています。 場合によっては、記録は正常に完了しても、テスト読み取り中にエラーが検出されることがあります。 これは、書き込み中にエラーが発生したことを意味するのではなく、読み取り中にエラーが発生しました。 ここで、「無線」で作業するときに同じことが、より頻繁に起こると想像してください。

この問題を解決するためにさまざまな方法を試した結果、著者は次のことを思いつきました。 このデバイスには SPI インターフェイスを備えた 128 KB のフラッシュ メモリが搭載されています。有線でデータを受信し (作者はすでに側面にコネクタのあるデバイスを XNUMX 台持っていることを思い出してください)、このメモリをバッファとして使用し、無線でデータを送信します。別のデバイスにチャネルを接続します。 サイビコからこんにちは。

ラジオ チャネルとフォントを操作するコードを作成した後、ローダーは 4 キロバイトを超えました。 したがって、HFUSE 値を 0xDA から 0xD8 に変更する必要がありました。 ブートローダーの長さは最大 8 キロバイトになり、開始アドレスは 0x1E000 になりました。 これは Makefile に反映されますが、入力時にも考慮する必要があります。 ブートローダー avrdude経由。

ATmega802.15.4RFA128 の 1 トランシーバーは、元々、次のプロトコルを使用して動作するように設計されています。 ジグビーこれは非常に複雑なので、著者は代わりにパケットを送信することにしました。 これはATmega128RFA1のハードウェアに実装されているため、必要なコードはほとんどありません。 また、簡単にするために、作成者は固定チャンネルを使用することにし、手動でも選択できないようにしました。 802.15.4 標準は、16 から 11 までの番号を持つ 26 チャネルをサポートします。それらは非常に混雑しており、一部は WiFi チャネルと重複しています (赤は ZigBee チャネル、青、緑、黄色は WiFi)。

チャネル 15 と 26 は WiFi からの干渉の影響を最も受けにくいことが判明し、著者はそのうち XNUMX 番目を選択しました。 免責事項: 翻訳者は、この方法で ZigBee を簡略化することが許可されているかどうかを知りません。 もう少しプログラミングをして完全に実装したほうがいいでしょうか？

最初のデバイスでは、STK500 プロトコルを介してデータを送信する有限状態マシンを実装する必要があります。 ほとんどの場合、送受信されるメッセージは自己完結しますが、一部は以前にチャネルを通過したメッセージに関連付けられています。 ダイアログの説明が記載されています ここで.

このダイアログの重要なコンポーネントは、宛先デバイスのフラッシュ メモリに書き込まれるパケットの送信です。 AVR ファミリの単純なマイクロコントローラの場合、ページ サイズは 128 バイトですが、ATmega128RFA1 の場合は 256 バイトです。また、SPI プロトコルを介して接続されているフラッシュ メモリの場合も同じです。 最初のデバイスのプログラムは、スケッチをアップロードするときに、スケッチをすぐに 500 番目のデバイスに転送せず、このメモリに書き込みます。 Arduino IDE がエントリの正しさをチェックすると、そこに書き込まれた内容が送信されます。 次に、受信したデータを無線チャネル経由で 128 番目のデバイスに送信する必要があります。 同時に、受信から送信への切り替え、およびその逆の切り替えが頻繁に発生します。 STK1 プロトコルは遅延には無関心ですが、データ損失は許容しません (奇妙なことに、遅延もデータ転送に影響を与えると上で述べました)。 また、無線伝送中の損失は避けられません。 ATmegaXNUMXRFAXNUMXには、転送の正確さに疑問がある場合の繰り返しリクエストのハードウェア実装が組み込まれていますが、作者は同じことを自分でソフトウェアに実装することにしました。 彼は、一方方向よりもはるかに多くのデータが他方方向に流れるプロトコルを開発しました。

完璧ではありませんが、機能します。 256 バイトのページは 125 つのセグメントに分割され、それぞれがパケットとして無線送信されます。 パケットは最大 64 バイトのデータと、長さの 0 バイトと CRC の 3 バイトを保持できます。 したがって、XNUMX バイト長のフラグメントとページ番号およびセグメント番号 (XNUMX から XNUMX) がそこに配置されます。 受信デバイスには、受信したセグメントの数を追跡できる変数があり、XNUMX つすべてが到着すると、送信デバイスはページ全体が受信されたことの確認を受け取ります。 確認なし (CRC が一致しませんでした) - ページ全体を再送信します。 ケーブル経由で送信する場合よりもさらに高速になります。 見る：

ただし、一般に、スケッチをアップロードしたり、それを介してデバイスにケーブルを接続したりするための便利な方法を提供する必要があります。 例えば、写真のようにCP2102のインターフェースコンバータの中に入れて、Micro USBケーブルの抜き差し時の力に耐えられるように基板に接着します。

また、3,3 ボルトのスタビライザーも備えています (6 ボルトの電源を備えたデバイスでそれを使用する方法 - 同じスタビライザーを備え、XNUMX つのダイオードを追加してどちらがデバイスに電力を供給するかを自動的に選択できる場合のみ) 。 XNUMX つの LED はすべて、インターフェイス コンバータ ボードからはんだ付けを外す必要があります。そうしないと、LED の動作時にバッテリに余分な負荷がかかり、キーボードのポーリングや SPI インターフェイスを備えたフラッシュ メモリの動作も妨げられます。

目標を追求することは、それを達成することよりもさらに興味深いことがわかりました（バスについての冗談は必要ありません）。 著者は、AVR ブートローダー、SPI フラッシュ メモリ、STK500 プロトコル、および 802.15.4 標準について多くのことを学びました。

上記のライブラリに加えて、他のすべてのコードは- ここで、GPL v3 にも準拠しています。 作者のツイッター - ここで.

出所： habr.com