ჩვენ ვწერთ OTA ჩამტვირთველს ATmega128RFA1-სთვის (როგორც Smart Response XE მოწყობილობის ნაწილი)

ყველაფერი იმით დაიწყო, რომ ავტორმა შეიძინა საინტერესო მოწყობილობა მეორად ბაზარზე - Smart Response XE (მოკლე აღწერა). ის განკუთვნილია სკოლებისთვის: კლასის თითოეული მოსწავლე იღებს ელექტრონული რვეულის მსგავს მოწყობილობას ან 802.15.4-იანი წლების თარჯიმანს, მასწავლებელი სვამს კითხვას და მოსწავლეები პასუხებს აკრეფენ აპარატის კლავიატურაზე, რომელსაც იღებენ რადიო არხი (XNUMX) მასწავლებლის კომპიუტერთან დაკავშირებულ მიმღებზე.

ეს მოწყობილობები შეწყდა რამდენიმე წლის წინ და ის, რაც სკოლებმა იყიდეს 100-200 დოლარად, ახლა ჩნდება eBay-ზე 10 დოლარად ან ნაკლები. იქ აპარატურა ძალიან შესაფერისია ჯიქური ექსპერიმენტებისთვის:

• 60 კლავიატურა
• ეკრანი 384×136 გარჩევადობით, 2 ბიტი პიქსელზე - მსგავსი BC, CGA, მაგრამ 4 არა ფერი, არამედ სიკაშკაშის გრადაცია
• მიკროკონტროლერი ATmega128RFA1 (128 კბ ფლეშ მეხსიერება, 4 კბ ROM, 16 კბ ოპერატიული მეხსიერება, 802.15.4 გადამცემი)
• გარე (მიკროკონტროლერთან მიმართებაში და არა მთელ მოწყობილობასთან მიმართებაში) 1 მეგაბიტი (128 კილობაიტი) ფლეშ მეხსიერება SPI ინტერფეისით
• განყოფილება 4 AAA ელემენტისთვის.

მიკროკონტროლერის სახელწოდებიდან ირკვევა, რომ ის ეკუთვნის AVR ოჯახს, რაც იმას ნიშნავს, რომ მოწყობილობის Arduino-თან თავსებადი დაყენება უფრო ტრივიალური ამოცანაა...

ახალი ამბებიდან Hackeday ავტორმა გაარკვია რა არის უკვე გააკეთეს (იგივე ლინკი გეტყვით რა სად დააკავშიროთ), გაქვთ Arduboy-ისთვის თამაშების გაშვების შესაძლებლობა:

მაგრამ ავტორს უფრო მეტად აინტერესებს მოწყობილობაზე არა თამაში, არამედ შესწავლის შესაძლებლობა:

• ფლეშ მეხსიერება სერიული SPI ინტერფეისით
• ჩამტვირთველები AVR-სთვის
• სტანდარტი 802.15.4

ავტორმა წერა დაიწყო ბიბლიოთეკები (GPL v3), რომელიც საშუალებას გაძლევთ მოახდინოთ ეკრანის ინიციალიზაცია, ტექსტის და მართკუთხედების გამოტანა და SPI ფლეშ მეხსიერებაზე წვდომა. შემდეგ მან დაიწყო იდეების გამომუშავება მოწყობილობის პრაქტიკული გამოყენებისთვის: VT-100-თან თავსებადი ჯიბის ტერმინალი, მრავალმოთამაშიანი თამაშები. სამი მოწყობილობის აღდგენის შემდეგ, მან გადაწყვიტა "ესწავლა" მათ ესკიზების მიღება "ჰაერზე". რა იქნებოდა არა მხოლოდ საინტერესო, არამედ ძალიან მოსახერხებელიც: მოწყობილობის ქეისის გახსნა ყოველ ჯერზე რთულია, ხოლო ბატარეის განყოფილების საფარის ქვეშ არის მხოლოდ ხვრელები, რომლებიც საშუალებას გაძლევთ დააკავშიროთ JTAG პროგრამისტი დაფაზე.

ეს საკმარისია Arduino-ს ჩამტვირთველის ასატვირთად, მაგრამ არა ესკიზი - სერიული პორტი არ არის დაკავშირებული იქ, ასე რომ თქვენ ჯერ კიდევ არ შეგიძლიათ საქმის გახსნის გარეშე. ასევე, პირველი სერიული პორტის TX0 და RX0 ხაზები შერწყმულია კლავიატურის მატრიცის კენჭისყრის ხაზებთან, კერძოდ, მათთან, რომლებიც აჩვენებენ ფუნქციის კლავიშებს ეკრანის გვერდებზე. მაგრამ რა შეგიძლიათ გააკეთოთ - ავტორმა ეს ააგო:

მან იქ მიიტანა JTAG ხაზები და ახლა არ არის საჭირო ბატარეის განყოფილების გახსნა. და ესკიზების ატვირთვის მიზნით, ორივე სერიული პორტი ერთსა და იმავე კონექტორს დავაკავშირე, ჩამრთველიც დავამატე, რადგან დაყენებული ბატარეებით ფიზიკურად შეუძლებელია სხვანაირად მოწყობილობის გამორთვა.

საკმაოდ დიდი დრო დასჭირდა შედუღების რკინით, სასარგებლო დანით და წებოს იარაღთან მუშაობას. ზოგადად, ესკიზების "ჰაერზე" ატვირთვა ბევრად უფრო მოსახერხებელია, ამისათვის სასწრაფოდ უნდა მოვიგონოთ რამე.

Arduino IDE იყენებს პროგრამას ესკიზების ატვირთვისთვის ავდრუდე. ის ურთიერთქმედებს მიკროკონტროლერთან პროტოკოლის გამოყენებით STK500, რომელიც საშუალებას გაძლევთ გადაიტანოთ ფაილები ორივე მიმართულებით. ის ცუდად თავსებადია არხებთან, სადაც შესაძლებელია ცვლადი შეფერხებები, დამახინჯება და მონაცემთა დაკარგვა. თუ სერიულ არხზე რაღაც იშლება ან შრიალდება, შეგიძლიათ გაგიჟდეთ მიზეზის ძებნაში. ერთხელ ავტორმა ნახევარი დღე იტანჯა, სანამ არ გააცნობიერა, რომ პრობლემა იყო ცუდი კაბელი, ასევე კაპრიზული CP2102 ინტერფეისის გადამყვანი. მიკროკონტროლერიც კი ჩაშენებული ინტერფეისის გადამყვანით, მაგალითად, ATmega32u4, ზოგჯერ შეიძლება ასე იმოქმედოს. Arduino-ს ყველა მომხმარებელმა შენიშნა, რომ ესკიზების ატვირთვისას შეცდომები არც ისე იშვიათია. ხანდახან ჩაწერა კარგად მიდის, მაგრამ ტესტის წაკითხვისას შეცდომა გამოვლინდა. ეს არ ნიშნავს, რომ იყო შეცდომა წერის დროს - იყო წარუმატებლობა კითხვისას. ახლა წარმოიდგინეთ, რომ "ჰაერზე" მუშაობისას იგივე მოხდება, მაგრამ ბევრად უფრო ხშირად.

ამ პრობლემის დაძლევის სხვადასხვა გზების მცდელობის შემდეგ, ავტორს შემდეგი მოსაზრება გამოუვიდა. მოწყობილობას აქვს 128 KB ფლეშ მეხსიერება SPI ინტერფეისით - ჩვენ ვიღებთ მონაცემებს სადენებით (გახსოვდეთ, რომ ავტორს უკვე აქვს ერთი მოწყობილობა გვერდით კონექტორით), ვიყენებთ ამ მეხსიერებას ბუფერად და ვაგზავნით მონაცემებს რადიოთი. არხი სხვა მოწყობილობაზე. გამარჯობა კიბიკოდან.

რადიო არხთან მუშაობის კოდის დაწერის შემდეგ, ისევე როგორც შრიფტი, დამტვირთავი გახდა 4 კილობაიტზე გრძელი. ამიტომ, HFUSE მნიშვნელობა უნდა შეიცვალოს 0xDA-დან 0xD8-მდე. ახლა ჩამტვირთველი შეიძლება იყოს 8 კილობაიტამდე, ხოლო საწყისი მისამართი არის 0x1E000. ეს აისახება Makefile-ში, მაგრამ ასევე უნდა იყოს გათვალისწინებული შევსებისას ჩამტვირთავი ავრდუდეს მეშვეობით.

802.15.4 გადამცემი ATmega128RFA1-ში თავდაპირველად შექმნილია პროტოკოლის გამოყენებით მუშაობისთვის ZigBee, რაც საკმაოდ რთულია, ამიტომ ავტორმა გადაწყვიტა მხოლოდ პაკეტების გადაცემა. ეს დანერგილია აპარატურაში ATmega128RFA1, ამიტომ ცოტა კოდია საჭირო. ასევე, სიმარტივისთვის, ავტორმა გადაწყვიტა გამოეყენებინა ფიქსირებული არხი, რომელიც არ მოგცემთ საშუალებას აირჩიოთ ის თუნდაც ხელით. 802.15.4 სტანდარტი მხარს უჭერს 16 არხს 11-დან 26-მდე ნომრებით. ისინი საკმაოდ ხალხმრავალია, ზოგიერთი ასევე გადაფარავს WiFi არხებს (წითელია ZigBee არხები, ლურჯი, მწვანე და ყვითელი არის WiFi).

აღმოჩნდა, რომ 15 და 26 არხები ყველაზე ნაკლებად ექვემდებარება WiFi-ის ჩარევას, ავტორმა მათგან მეორე აირჩია. უარი პასუხისმგებლობაზე: მთარგმნელმა არ იცის, ნებადართულია თუ არა ZigBee-ის ამ გზით გამარტივება. იქნებ ცოტა მეტი პროგრამირება გავაკეთოთ და მთლიანად განვახორციელოთ?

პირველ მოწყობილობაზე აუცილებელია სასრული მდგომარეობის აპარატის დანერგვა, რომელიც გადასცემს მონაცემებს STK500 პროტოკოლით. უმეტესწილად, გადაცემული და მიღებული შეტყობინებები თვითკმარია, მაგრამ ზოგიერთი დაკავშირებულია მათთან, რომელიც ადრე გავიდა არხზე. მოცემულია დიალოგის აღწერა აქ.

ამ დიალოგის მნიშვნელოვანი კომპონენტია პაკეტების გადაცემა, რომლებიც განკუთვნილია დანიშნულების მოწყობილობის ფლეშ მეხსიერებაში ჩასაწერად. AVR ოჯახის მარტივი მიკროკონტროლერებისთვის გვერდის ზომაა 128 ბაიტი, ATmega128RFA1 კი 256. ხოლო ფლეშ მეხსიერებისთვის, რომელიც დაკავშირებულია SPI პროტოკოლით, იგივეა. პროგრამა პირველ მოწყობილობაში, ესკიზის ატვირთვისას, მაშინვე არ გადააქვს მეორეზე, არამედ წერს ამ მეხსიერებაში. როდესაც Arduino IDE ამოწმებს ჩანაწერის სისწორეს, იგზავნება ის, რაც იქ ეწერა. ახლა ჩვენ უნდა გადავიტანოთ მიღებული მონაცემები რადიო არხის საშუალებით მეორე მოწყობილობაზე. ამავდროულად, მიმღებიდან გადაცემაზე და უკან გადასვლა საკმაოდ ხშირად ხდება. STK500 პროტოკოლი გულგრილია შეფერხებების მიმართ, მაგრამ არ მოითმენს მონაცემთა დაკარგვას (უცნაურია, მაგრამ ზემოთ ითქვა, რომ შეფერხებები ასევე გავლენას ახდენს მონაცემთა გადაცემაზე). და უკაბელო გადაცემის დროს დანაკარგები გარდაუვალია. ATmega128RFA1-ს აქვს განმეორებითი მოთხოვნის ჩაშენებული ტექნიკის დანერგვა, როდესაც არსებობს ეჭვი გადაცემის სისწორეში, მაგრამ ავტორმა გადაწყვიტა იგივე განახორციელოს პროგრამულ უზრუნველყოფაში. მან შეიმუშავა პროტოკოლი, რომელშიც გაცილებით მეტი მონაცემი მიედინება ერთი მიმართულებით, ვიდრე მეორეზე.

ეს არ არის სრულყოფილი, მაგრამ მუშაობს. 256 ბაიტიანი გვერდი დაყოფილია ოთხ სეგმენტად, რომელთაგან თითოეული გადაიცემა ჰაერში, როგორც პაკეტი. პაკეტს შეუძლია შეინახოს 125 ბაიტი მონაცემები პლუს ერთი ბაიტი სიგრძისთვის და ორი ბაიტი CRC-სთვის. ასე რომ, 64 ბაიტის სიგრძის ფრაგმენტები გვერდისა და სეგმენტის ნომრებთან ერთად (0-დან 3-მდე) მოთავსებულია იქ. მიმღებ მოწყობილობას აქვს ცვლადი, რომელიც საშუალებას აძლევს მას თვალყური ადევნოს რამდენი სეგმენტი იქნა მიღებული და როდესაც ოთხივე ჩამოვა, გამგზავნი მოწყობილობა იღებს დადასტურებას, რომ მთელი გვერდი მიღებულია. დადასტურება არ არის (CRC არ დაემთხვა) - ხელახლა გაგზავნეთ მთელი გვერდი. სიჩქარე კიდევ უფრო დიდია, ვიდრე კაბელის საშუალებით გადაცემისას. იხილეთ:

მაგრამ ზოგადად, საჭირო იქნებოდა კაბელის დაკავშირების მოსახერხებელი გზა ესკიზების ატვირთვისთვის და მისი მეშვეობით მოწყობილობებთან. მაგალითად, მოათავსეთ CP2102-ზე ისეთი ინტერფეისის გადამყვანის შიგნით, როგორც ფოტოზეა და დააწებეთ დაფაზე, რათა გაუძლოს ძალას Micro USB კაბელის შეერთებისა და გათიშვისას.

მას ასევე აქვს 3,3 ვოლტიანი სტაბილიზატორი (და როგორ გამოვიყენოთ მოწყობილობაში 6 ვოლტიანი კვების ბლოკით - თუ მხოლოდ მას აქვს იგივე სტაბილიზატორი და შეგიძლიათ დაამატოთ ორი დიოდი, რომ ავტომატურად აირჩიოთ, რომელი მათგანს მიაწვდის მოწყობილობას) . სამივე შუქდიოდური შუქი უნდა იყოს გაუხსნელი ინტერფეისის გადამყვანის დაფიდან, წინააღმდეგ შემთხვევაში ისინი დამატებით იტვირთებენ ბატარეებს მათზე მუშაობისას, ასევე ხელს უშლიან კლავიატურის გამოკითხვას და იმუშავებენ ფლეშ მეხსიერებასთან SPI ინტერფეისით.

მიზნის მიღწევა კიდევ უფრო საინტერესო აღმოჩნდა, ვიდრე მისი მიღწევა (და არ გჭირდებათ ეს ხუმრობა ავტობუსზე). ავტორმა ბევრი რამ შეიტყო AVR ჩამტვირთველების, SPI ფლეშ მეხსიერების, STK500 პროტოკოლისა და 802.15.4 სტანდარტის შესახებ.

ყველა სხვა კოდი ზემოთ აღწერილი ბიბლიოთეკის გარდა არის - აქდა ის ასევე არის GPL v3-ის ქვეშ. ავტორის ტვიტერი - აქ.

წყარო: www.habr.com