우리는 ATmega128RFA1용 OTA 부트로더를 작성 중입니다(Smart Response XE 장치의 일부로).

모든 것은 저자가 XNUMX차 시장에서 흥미로운 장치인 Smart Response XE(간단한 설명). 이것은 학교를 위한 것입니다. 학급의 각 학생은 802.15.4년대의 전자 노트나 번역기와 유사한 장치를 받고, 교사는 질문을 하고, 학생들은 장치의 키보드로 답을 입력합니다. 무선 채널(XNUMX)을 교사의 PC에 연결된 수신기로 전송합니다.

이러한 장치는 몇 년 전에 단종되었으며, 학교에서 각각 $100-$200에 구입한 제품이 현재 eBay에서 $10 이하의 가격으로 판매되고 있습니다. 하드웨어는 괴짜 실험에 매우 적합합니다.

• 60키 키보드
• 384×136의 해상도, 픽셀당 2비트의 디스플레이 - BC, CGA와 유사하지만 4가지 색상은 아니지만 밝기 그라데이션
• 마이크로컨트롤러 ATmega128RFA1(128kB 플래시 메모리, 4kB ROM, 16kB RAM, 802.15.4 트랜시버)
• 외부(전체 장치가 아닌 마이크로 컨트롤러 관련) SPI 인터페이스가 있는 1메가비트(128킬로바이트) 플래시 메모리
• AAA 부품 4개를 넣을 수 있는 수납공간.

마이크로컨트롤러의 이름을 보면 AVR 제품군에 속한다는 것이 분명합니다. 즉, 장치를 Arduino와 호환되게 만드는 것은 사소한 작업 이상입니다.

뉴스에서 하 카다이 작가가 그게 뭔지 알아냈어 이미 했어 (동일한 링크는 무엇을 어디에 연결해야 하는지 알려줍니다.) Arduboy용 게임을 실행할 수 있는 기회를 얻습니다.

그러나 저자는 장치에서 플레이하는 것이 아니라 연구할 수 있는 기회에 더 관심이 있습니다.

• 직렬 SPI 인터페이스를 갖춘 플래시 메모리
• AVR용 부트로더
• 표준 802.15.4

작가는 글쓰기부터 시작했다. 도서관 (GPL v3)을 사용하면 디스플레이를 초기화하고, 텍스트와 직사각형을 출력하고, SPI 플래시 메모리에 액세스할 수 있습니다. 그런 다음 그는 VT-100 호환 포켓 터미널, 멀티 플레이어 게임 등 장치의 실제 사용을 위한 아이디어를 생각해 내기 시작했습니다. 그는 세 개의 장치를 재구축한 후 "무선으로" 스케치를 수신하도록 "가르치기"로 결정했습니다. 흥미롭고 매우 편리한 점은 장치 케이스를 매번 열기가 어렵고 배터리 칸 덮개 아래에는 JTAG 프로그래머를 보드에 연결할 수 있는 구멍만 있다는 것입니다.

이것은 Arduino 부트로더를 업로드하기에 충분하지만 스케치는 아닙니다. 직렬 포트가 거기에 연결되어 있지 않으므로 케이스를 열지 않고는 여전히 할 수 없습니다. 또한 첫 번째 직렬 포트의 TX0 및 RX0 라인은 키보드 매트릭스의 폴링 라인, 즉 디스플레이 측면의 기능 키를 폴링하는 라인과 결합됩니다. 하지만 당신은 무엇을 할 수 있습니까? 저자는 이것을 만들었습니다:

그는 JTAG 라인을 거기로 가져왔고 이제 배터리 함을 열 필요가 없습니다. 그리고 스케치를 업로드할 수 있도록 두 직렬 포트를 모두 동일한 커넥터에 연결하고 스위치도 추가했습니다. 배터리가 설치된 상태에서는 다른 방법으로 장치를 끄는 것이 물리적으로 불가능하기 때문입니다.

납땜 인두, 다용도 칼, 글루건을 사용하여 작업하는 데 꽤 시간이 걸렸습니다. 일반적으로 "무선"으로 스케치를 업로드하는 것이 훨씬 더 편리하므로 이를 위한 무언가를 시급히 발명해야 합니다.

Arduino IDE는 프로그램을 사용하여 스케치를 업로드합니다. 근원. 프로토콜을 사용하여 마이크로 컨트롤러와 상호 작용합니다. STK500, 양방향으로 파일을 전송할 수 있습니다. 다양한 지연, 왜곡 및 데이터 손실이 가능한 채널과의 호환성이 낮습니다. 직렬 채널에서 무언가가 느슨해지거나 바스락거리는 경우 원인을 찾기 위해 미친 듯이 노력할 수 있습니다. 저자는 문제가 케이블 불량과 변덕스러운 CP2102 인터페이스 변환기라는 것을 깨달을 때까지 반나절 동안 고통을 겪었습니다. 예를 들어 ATmega32u4와 같이 인터페이스 변환기가 내장된 마이크로 컨트롤러도 때때로 이와 같이 작동할 수 있습니다. 모든 Arduino 사용자는 스케치를 업로드할 때 오류가 드물지 않다는 사실을 알고 있습니다. 때로는 녹음이 잘 되지만 테스트 읽기 중에 오류가 감지되는 경우도 있습니다. 이는 쓰는 동안 오류가 발생했음을 의미하지 않습니다. 읽는 동안 오류가 발생했습니다. 이제 "무선"으로 작업할 때 동일한 일이 발생하지만 훨씬 더 자주 발생한다고 상상해 보십시오.

이 문제를 극복하기 위해 다양한 방법을 시도한 끝에 저자는 다음과 같은 결론을 내렸습니다. 장치에는 SPI 인터페이스가 있는 128KB 플래시 메모리가 있습니다. 우리는 전선을 통해 데이터를 수신하고(저자는 이미 측면에 커넥터가 있는 장치 하나를 가지고 있다는 것을 기억하십시오), 이 메모리를 버퍼로 사용하고 무선을 통해 데이터를 보냅니다. 다른 장치로 채널을 보내세요. 안녕하세요 사이비코입니다.

라디오 채널 및 글꼴 작업을 위한 코드를 작성한 후 로더가 4KB보다 길어졌습니다. 따라서 HFUSE 값을 0xDA에서 0xD8로 변경해야 했습니다. 이제 부트로더의 길이는 최대 8KB까지 가능하며 시작 주소는 이제 0x1E000입니다. 이는 Makefile에 반영되지만 채울 때도 고려해야 합니다. 부트 로더 avrdude를 통해.

ATmega802.15.4RFA128의 1 트랜시버는 원래 프로토콜을 사용하여 작동하도록 설계되었습니다. 지그비 (ZigBee), 이는 매우 복잡하므로 저자는 대신 패킷을 전송하기로 결정했습니다. 이는 ATmega128RFA1의 하드웨어로 구현되므로 코드가 거의 필요하지 않습니다. 또한, 저자는 단순함을 위해 고정 채널을 사용하기로 결정했으며 수동으로도 선택할 수 없도록 했습니다. 802.15.4 표준은 16부터 11까지의 숫자가 포함된 26개 채널을 지원합니다. 채널은 매우 혼잡하며 일부는 Wi-Fi 채널과도 겹칩니다(빨간색은 ZigBee 채널, 파란색, 녹색 및 노란색은 Wi-Fi).

채널 15와 26은 WiFi 간섭에 가장 덜 취약한 것으로 밝혀졌으며 저자는 두 번째 채널을 선택했습니다. 면책조항: 번역자는 ZigBee를 이러한 방식으로 단순화하는 것이 허용되는지 여부를 알 수 없습니다. 좀 더 프로그래밍을 해서 완전히 구현해야 하지 않을까요?

첫 번째 장치에서는 STK500 프로토콜을 통해 데이터를 전송하는 유한 상태 머신을 구현해야 합니다. 대부분의 경우 전송 및 수신되는 메시지는 자급자족하지만 일부는 이전에 채널을 통과한 메시지와 연결되어 있습니다. 대화에 대한 설명이 제공됩니다. 여기에.

이 대화의 중요한 구성 요소는 대상 장치의 플래시 메모리에 기록할 패킷을 전송하는 것입니다. AVR 제품군의 단순 마이크로 컨트롤러의 경우 페이지 크기는 128바이트이지만 ATmega128RFA1의 경우 256바이트입니다. 그리고 SPI 프로토콜을 통해 연결된 플래시 메모리의 경우에도 동일합니다. 첫 번째 장치의 프로그램은 스케치를 업로드할 때 즉시 두 번째 장치로 전송하지 않고 이 메모리에 씁니다. Arduino IDE가 항목의 정확성을 확인하면 거기에 작성된 내용이 전송됩니다. 이제 수신된 데이터를 무선 채널을 통해 두 번째 장치로 전송해야 합니다. 동시에 수신에서 전송으로의 전환과 그 반대로의 전환이 자주 발생합니다. STK500 프로토콜은 지연에 무관심하지만 데이터 손실을 허용하지 않습니다(이상하지만 위에서 지연이 데이터 전송에도 영향을 미친다고 말했습니다). 그리고 무선 전송 중 손실은 불가피합니다. ATmega128RFA1에는 전송의 정확성이 의심스러울 때 반복되는 요청을 하드웨어로 구현하는 기능이 내장되어 있지만 작성자는 이를 소프트웨어에서 직접 구현하기로 결정했습니다. 그는 훨씬 더 많은 데이터가 다른 방향보다 한 방향으로 흐르는 프로토콜을 개발했습니다.

완벽하지는 않지만 작동합니다. 256바이트 페이지는 125개의 세그먼트로 나누어지며, 각 세그먼트는 패킷으로 무선으로 전송됩니다. 패킷은 최대 64바이트의 데이터와 길이 0바이트, CRC 3바이트를 포함할 수 있습니다. 따라서 페이지 및 세그먼트 번호(XNUMX~XNUMX)와 함께 XNUMX바이트 길이의 조각이 여기에 배치됩니다. 수신 장치에는 수신된 세그먼트 수를 추적할 수 있는 변수가 있으며, XNUMX개 세그먼트가 모두 도착하면 전송 장치는 전체 페이지가 수신되었다는 확인을 받습니다. 확인 없음(CRC가 일치하지 않음) - 전체 페이지를 다시 보냅니다. 케이블을 통해 전송할 때보 다 속도가 훨씬 빠릅니다. 보다:

그러나 일반적으로 스케치를 업로드하기 위해 케이블을 장치에 연결하는 편리한 방법을 제공해야 합니다. 예를 들어 사진과 같이 CP2102에 이러한 인터페이스 컨버터를 내부에 놓고 마이크로 USB 케이블을 연결하고 분리할 때 힘을 견딜 수 있도록 보드에 접착합니다.

또한 3,3V 안정기가 있습니다(6V 전원 공급 장치가 있는 장치에서 사용하는 방법 - 동일한 안정기가 있고 두 개의 다이오드를 추가하여 어느 다이오드가 장치에 전원을 공급할지 자동으로 선택할 수 있는 경우). . XNUMX개의 LED를 모두 인터페이스 컨버터 보드에서 분리해야 합니다. 그렇지 않으면 작동 시 배터리를 추가로 로드하고 키보드 폴링을 방해하고 SPI 인터페이스를 통해 플래시 메모리와 작동합니다.

목표를 추구하는 것은 그것을 달성하는 것보다 훨씬 더 흥미로운 것으로 밝혀졌습니다(그리고 버스에 대한 농담은 필요하지 않습니다). 저자는 AVR 부트로더, SPI 플래시 메모리, STK500 프로토콜 및 802.15.4 표준에 대해 많은 것을 배웠습니다.

위에서 설명한 라이브러리 외에 다른 모든 코드는 다음과 같습니다. 여기에이며 GPL v3에도 적용됩니다. 작성자의 트위터 - 여기에.

출처 : habr.com