Занимательная электроника - Юрий Ревич

Все эти проблемы несущественны, если работать с универсальным программатором, где используется параллельное программирование. Тогда при программировании МК приходится вставлять в специальную колодку на корпусе программатора, а в схеме, естественно, для него тогда должна быть предусмотрена установка на панельку. Преимущество универсальных программаторов в том, что можно легко переходить с одного семейства процессоров на другое, причем, независимо от типа корпуса, а также программировать любые микросхемы памяти. Не нужен также и программирующий разъем на плате и связанные с ним резисторы. Но в процессе отладки сложной программы пользоваться универсальным программатором крайне неудобно — МК все время приходится вынимать и вставлять, что сильно замедляет процесс, к тому же есть риск повредить выводы. Поэтому универсальный программатор следует рекомендовать в случаях, когда программа уже более-менее отлажена, например, при тиражировании конструкции.

Софт

Если мы имеем какой-то программатор с прилагающимся к нему софтом, то, в сущности, нам нужна еще только одна специальная программа — ассемблер (assembler значит «сборщик»). Его можно бесплатно скачать с сайта Atmel в составе AVR Studio (папка avrassembler), файл носит название avrasm2.exe. Практически все существующие ассемблеры запускаются из командной строки (хотя могут быть и упакованы в оболочку с графическим интерфейсом). В качестве параметров для компилятора Avrasm2 указывается имя файла с исходным текстом программы и имена выходных файлов, главным из которых является файл с расширением hex. Чтобы каждый раз не вводить длинную командную строку, пишется соответствующий bat-файл.

* * *

Подробности

Предположим, у вас файл avrasm2.exe находится в созданной вами папке c.avrtools. Запустите Блокнот и введите следующий текст (соответственно измените путь, если папка другая):

c: avrtoolsavrasm2 — fI %1.asm

Строка эта может выглядеть и несколько иначе:

c: avrtoolsavrasm2 — е %1.еер — fI %1.asm

В этом случае в той же папке, что и hex-файл, создастся файл с расширением еер, содержащий данные для загрузки в EEPROM. Причем работать это будет только, если в тексте программы есть соответствующая директива для создания такого файла, в противном случае результат будет одинаковым в обоих случаях (более подробно мы этот вопрос рассматривать не будем).

Сохраните созданный файл под названием, например, avrasm/bat. Пусть текст созданной вами программы находится в файле programm.asm, тогда достаточно в командной строке запустить avrasm.bat с параметром рrоgrаmm (если надо, то с путем к нему, а расширение добавится автоматически), и в той же папке, где находится последний, создастся файл рrоgrаmm.hex. При этом откроется DOS-окно, в котором будут проанализированы ошибки, если они есть (тогда выходной файл не создастся), а если все в порядке — указан объем полученной программы в двухбайтных словах (учтите, что размер hex-файла ни о чем не говорит).

* * *

Полученный в результате ассемблирования hex-файл с программой представляет собой текстовый файл (а не бинарный, как обычные исполняемые компьютерные файлы), но содержащий только числа в байтовом представлении в шестнадцатеричной записи. Он имеет строго определенную структуру, разработанную в свое время фирмой Intel. Этот hex-файл и есть та программа в процессорных кодах, которую мы загружаем в МК с помощью различных программаторов (в том числе среда Arduino тоже создает такой файл). При этом программатор автоматически располагает ее в памяти программ МК, начиная с нулевого адреса.

Исходные тексты ассемблерных программ можно создавать в любом текстовом редакторе (разве что к результатам деятельности Microsoft Word следует относиться с осторожностью). Но, несмотря на широкий выбор, есть по крайней мере две причины, по которым лучше все же использовать редакторы специализированные.

Первая причина — это так называемый highlighting или подсветка синтаксиса по-русски. Те, кто пользовался любыми средами высокоуровневого программирования (от Turbo Pascal до Delphi или Visual Basic), хорошо знают, что это такое — служебные слова, комментарии, разные типы выражений выделяются каждый своим цветом или шрифтом, что сильно облегчает чтение текста и служит заодно неплохим средством проверки правильности написания. Но если эту опцию предлагает множество фирменных и не очень редакторов, то вторая желательная функция есть лишь у считанных единиц. Я имею в виду возможность прямо из редактора с помощью горячих клавиш запускать процесс ассемблирования. В этом случае вы можете «не отходя от кассы», т. е. не покидая редактор, одним нажатием горячих клавиш сразу же ассемблировать написанный текст и ознакомиться с сообщениями об ошибках.

Еще одна причина для использования специализированных редакторов — они автоматически нумеруют строки. Причем пустые строки также входят в нумерацию — так проще считать. Если у вас есть ошибки в программе, то ассемблер укажет номер строки с ошибкой, так что нумерация строк принципиально важна. Один из рекомендуемых вариантов редакторов для AVR-ассемблера — «самопальный» редактор ASM Editor (не путать с Asmedit!), который сделан на удивление профессионально, хотя и не без некоторых досадных огрехов.

Все сказанное относится к программированию на языке ассемблера, потому что программы для AVR-контроллеров можно писать и на С, C++, специальном языке Proccesing/Wiring (Arduino!) и многих других, включая даже специальные версии Pascal (mikroPascal for AVR[34]). Для тех, кто уже владеет программированием на языках высокого уровня, это может показаться более удобным способом, а такие варианты, как среда Arduino, специально «заточены» под начинающих, не имеющих представления ни о программировании, ни об электронике. Знакомиться со средой Arduino мы еще будем в дальнейшем, и там вы сами сможете пощупать руками все ее достоинства и недостатки. Сейчас же я скажу только, что для углубленного изучения контроллеров я бы не рекомендовал начинать не только со среды Arduino, но и вообще с программирования на С или других языках высокого уровня. Не столь важно то, что в результате на ассемблере получается более быстрый и компактный код, сколько то, что любой посредник (а компилятор С есть именно посредник) в этом деле только мешает понимать, что именно происходит в контроллере.

Следует, однако, учесть, что по мере усложнения программ и перехода к профессиональному программированию МК обойти освоение С уже невозможно, как минимум, по двум причинам. Во-первых, большинство профессиональных библиотек подпрограмм существуют именно на С, и среди них есть вещи, которые повторить на ассемблере будет, как минимум, весьма затруднительно. Во-вторых, потому что в ассемблере отсутствуют достаточно развитые средства структурирования, и отлаживать большую программу, содержащую более пары-другой тысяч ассемблерных операторов, — мучение. Ну, а, конечно, когда углубленное изучение не предполагается, а стоит чисто утилитарная задача один раз воспроизвести ту или иную конструкцию — здесь такие среды, как Arduino, оказываются вне конкуренции.

Все, что сказано в этой главе далее, относится только к программированию МК AVR «в чистом виде», т. е. на ассемблере и в средах, ориентированных на его использование.

О конфигурационных битах

Эта напасть свалилась на нас с появлением семейств Tiny и Mega, в «классических» AVR ничего такого не было (точнее, было, но специально заботиться об установке этих битов не требовалось). В англоязычной инструкции конфигурационные биты называют fuse битами. Их появление привело к многочисленным проклятиям на голову фирмы Atmel со стороны армии любителей, которые стали один за другим «запарывать» кристаллы при программировании. Положение усугублялось тем, что в описании этих сущностей используется извращенная логика, — как мы знаем, ячейки любой чистой EEPROM (по принципу ее устройства) содержат единицы, и слово «запрограммированный» по отношению к такой ячейке означает, что в нее записали логический ноль. Термины запрограммированный и незапрограммированный как раз и применяются в фирменных описаниях AVR, и оттуда перекочевали в ряд самодельных программаторов — готовьтесь к тому, что в некоторых программаторах отмеченный галочкой в меню программы бит означает его равенство логической единице, а в других — запрограммированное состояние, т. е. логический ноль. Поэтому разработчики программаторов AS из фирмы Argussoft даже специально предусмотрели в окне программирования конфигурационных ячеек памятку на этот счет (рис. 19.1).