![[Photo of the Author]](../../common/images/Guido-S.gif)
par Guido Socher (homepage)
L´auteur:
Guido aime Linux car c'est réellement un bon système pour développer
son propre matériel.
Traduit en Français par:
Iznogood <iznogood /at/ iznogood-factory.org>
Sommaire:
|
Programmer les microcontrôleurs AVR avec GCC, libc 1.0.4
![[Illustration]](../../common/images2/article352/illustration.gif)
Résumé:
Le microcontrôleur RISC 8 bits AVR d'Atmel est un microcontrôleur très
commun. Ce microcontrôleur est un circuit avec une EEPROM, une Ram, un
convertisseur Analogique vers Numérique, beaucoup d'entrées/sorties
numériques, des compteurs, un UART pour les communications RS232 et
bien d'autres choses.
Le meilleur est néanmoins qu'un environnement complet de programmation
est disponible sous Linux: Vous pouvez programmer ce microcontrôleur en
C en utilisant GCC.
J'ai déjà écrit un article
en Mars 2000 sur le même sujet. Beaucoup de choses ont changé dans le
développement d'avr-libc et le microcontrôleur AT90S4433 utilisé en
2002 n'est plus fabriqué par Atmel. Cet article est donc une mise à
jour de celui de Mars 2002. Je vais utiliser libc-1.0.4 et le
microcontrôleur ATmega8.
Cet article n'est qu'une introduction et dans une prochaine série
d'articles, nous construirons des circuits intéressants mais basé cette
fois sur l'ATmega8.
_________________ _________________ _________________
|
Introduction
Plusieurs personnes ont été intéressées dans la programmation d'un
microcontrôleur, article écrit en 2002. Néanmoins la première étape
pour installer l'environnement de développement et son lancement est le
plus difficile. Si quelque chose ne fonctionne pas correctement, alors
vous n'avez aucune aide pour connaître l'origine du défaut. Est-ce le
câble de programmation? Est-ce le circuit qui est en cause? Une
installation incorrecte? Un port parallèle désactivé dans le bios? Les
modules de noyau pour ppdev mal compilés? Il peut y avoir un tas de
raisons pour que les choses aillent mal. 
Pour rendre l'entrée dans le monde excitant des microcontrôleurs plus
facile, shop.tuxgraphics.org
vous offre maintenant un CD bootable avec un manuel et le matériel de
programmation. Tout ce dont vous avez besoin est de démarrer depuis le
CD et tout est configuré, prêt à fonctionner. Aucune installation
logicielle n'est nécessaire et rien n'est modifié sur votre ordinateur.
J'utilise moi aussi ce CD depuis longtemps car les circuits que je
construis survivent à plusieurs générations de noyaux et
d'installations de logiciels sur mon PC. Si, plus tard, je veux mettre
à jour quelques logiciels de microcontrôleurs, je n'ai alors pas à me
demander si le fonctionnement de mon environnement de développement sur
mon Linux est encore fonctionnel. Je démarre simplement depuis le CD et
tout est prêt à fonctionner.
Indépendement de ce CD, je vais expliquer l'installation de
l'environnement de développement GCC avr dans les paragraphes suivants.
Si vous avez le CD de tuxgraphics continuez alors avec le chapitre "Un
petit projet de test".
Installation logicielle: Ce dont vous avez besoin
Pour utiliser l'environnement de développement GNU C, vous avez
besoin des logiciels suivants:
| binutils-2.15.tar.bz2 |
Disponibles depuis:
ftp://ftp.gnu.org/gnu/binutils/
ou tout miroir. I.e:
ftp://gatekeeper.dec.com/pub/GNU/binutils/ |
| gcc-core-3.4.2.tar.bz2 |
Disponible depuis: ftp://ftp.gnu.org/gnu/gcc/
ou tout miroir. I.e:
ftp://gatekeeper.dec.com/pub/GNU/gcc/ |
| avr-libc-1.0.4.tar.bz2.tar |
La bibliothèque C pour AVR est disponible depuis:
http://savannah.nongnu.org/projects/avr-libc/ |
| uisp-20040311.tar.bz2 |
Le logiciel de programmation AVR est disponible depuis:
http://savannah.nongnu.org/projects/uisp |
Nous allons installer tous les programmes sur /usr/local/avr. Cela
permet de garder le programme séparé de votre compilateur C Linux.
Créez ce répertoire avec la commande:
mkdir /usr/local/avr
Vous pouvez déjà l'ajouter à votre PATH:
mkdir /usr/local/avr/bin
export PATH=/usr/local/avr/bin:${PATH}
Installation logicielle de: GNU binutils
Le paquet binutils fournit tous les utilitaires bas niveau nécessaires
pour construire les fichiers objets. J'ai inclus un assembleur AVR
(avr-as), un linker (avr-ld), des outils de traitement de bibliothèques
(avr-ranlib, avr-ar), les programmes pour générer les fichiers objets
chargeables dans l'EEPROM du microcontrôleur (avr-objcopy), un
désassembleur (avr-objdump) et des utilitaires tels que avr-strip et
avr-size.
Lancez les commandes suivantes pour construire et installer les
binutils :
tar jxvf binutils-2.15.tar.bz2
cd binutils-2.15/
mkdir obj-avr
cd obj-avr
../configure --target=avr --prefix=/usr/local/avr --disable-nls
make
# comme root:
make install
Ajoutez la ligne /usr/local/avr/lib au fichier /etc/ld.so.conf et
lancez la commande /sbin/ldconfig pour reconstruire le cache linker.
Installation logicielle: AVR gcc
avr-gcc sera notre compilateur C.
Lancez la commande suivante pour le construire et l'installer:
tar jxvf gcc-core-3.4.2.tar.bz2
cd gcc-3.4.2
mkdir obj-avr
cd obj-avr
../configure --target=avr --prefix=/usr/local/avr --disable-nls --enable-language=c
make
# comme root:
make install
Installation logicielle: La bibliothèque C AVR
La bibliothèque C est maintenant assez stable comparée à celle que j'ai
présenté en Mars 2002.
Lancez la commande suivante pour la construire et l'installer:
tar jxvf avr-libc-1.0.4.tar.bz2.tar
cd avr-libc-1.0.4
PREFIX=/usr/local/avr
export PREFIX
sh -x ./doconf
./domake
cd build
#comme root:
make install
Installation logicielle: Le Programmateur
Le logiciel du Programmateur charge le code objet spécialement préparé
dans l'EEPROM de notre microcontrôleur.
Le programmateur uisp pour Linux est très bon. Il peut être utilisé
directement depuis un Makefile. Vous avez simplement à ajouter une
règle "make load", ce qui vous permet de compiler et charger le
logiciel en une passe.
uisp est installé comme suit:
tar jxvf uisp-20040311.tar.bz2.tar
cd uisp-20040311
./configure --prefix=/usr/local/avr
make
# comme root:
make install
Un petit projet de test
Nous allons débuter avec un petit circuit de test que vous pourrez
étendre plus tard.
Ce circuit peut aussi être utilisé comme un simple environnement de
test pour du logiciel plus complexe. Vous pouvez facilement tester le
logiciel chargé et lier des capteurs ou un équipement de mesure.
Notre programme de test, présenté ici, ne fera que clignoter une LED.
Matériel nécessaire
![[test circuit]](../../common/images2/article352/avrm8ledtest_circuit.jpg)
Vous avez besoin des composants listés dans la table ci-dessous. Bien
qu'il soit un microcontrôleur commun, il peut ne pas être disponible
dans la boutique du coin mais il le sera chez des distributeurs
d'électronique plus gros comme www.conrad.de (allemagne),
www.selectronic.fr (france), digikey.com (US, CA), etc...
Vous pouvez aussi obtenir le kit complet ou seulement le
microcontrôleur sur shop.tuxgraphics.org
| 1 x ATmega8 version DIP, processeur Atmel 8 bit Avr risc. |
1 x 28 broches 7.5mm support de CI
Le support 28 broches est un peu plus difficile à obtenir. Ces supports
28 broches sont souvent à 14mm de large mais nous avons besoin d'un
support à 7.5mm. |
1 x résistance 10K (code couleur: marron,noir,orange)
1 x résistance 1K (code couleur: marron,noir, rouge)
1 x condensateur électrolytique 10uF
Quelques câbles
1 x LED
une plaque pré-percée
|
Ce qui suit est nécessaire pour le programmateur (ce
n'est pas nécessaire si vous avez le "kit de programmation AVR Linux de
tuxgraphics):
1 x connecteur DB25 à brancher sur le port parallèle.
Tout type de connecteur/support à 5 broches pour le programmateur. Je
recommande l'utilisation de connecteurs tulipes (similaires aux
supports de circuits) et d'en détacher 5 broches.
1 x résistance 220 Ohms (code couleur: rouge, rouge, marron)
3 x résistance 470 Ohms (code couleur: jaune, violet, marron)
|
En plus des composants ci-dessus, vous avez besoin d'une alimentation
DC de 5V électroniquement stabilisée ou vous pouvez utiliser une pile
de 4.5V comme alimentation.
Vous avez probablement remarqué que nous n'avons pas besoin de quartz.
C'est parce que l'ATmega8 possède maintenant un oscillateur intégré.
Cet oscillateur peut être utilisé lorsque la gestion du temps n'est pas
vitale. Si vous voulez néanmoins construire un équipement de mesure
précis ou si vous souhaitez utiliser l'interface UART/RS232 alors, vous
avez besoin d'un quartz. Le type d'oscillateur utilisé peut être défini
par les bits fusibles que vous pouvez modifier avec le programmateur.
Par défaut (configuration d'usine), l'oscillateur d'1Mhz est actif.
Fabriquer le matériel du programmateur
Les microcontrôleurs AVR permettent la programmation in situ (ISP). ![[Linux AVR programmer]](../../common/images2/article352/avr_programmer.jpg)
Cela signifie que vous n'avez pas besoin de retirer le microcontrôleur
de la carte pour le programmer. Vous verrez que vous pouvez obtenir
différents matériels de programmation pour 50-150 Euro. Néanmoins, avec
Linux, il est aussi possible de fabriquer un programmateur très simple
qui fait le travail. Vous avez besoin d'un port parallèle libre sur
votre ordinateur et du câble suivant.
Notez que c'est un programmateur amélioré comparé à celui présenté dans
l'article de Mars 2002. Nous plaçons les résistances de protection dans
le programmateur. Cela permettra de préserver un peu d'espace et des
composants sur la carte. Le câblage pour le câble de programmation doit
être comme suit:
| broche sur pcb |
broche sur AVR |
résistance de protection |
broche sur port parallèle |
| 5 |
Reset (1) |
-- |
Init (16) |
| 4 |
MOSI (17) |
470 Ohms |
D0 (2) |
| 3 |
MISO (18) |
220 Ohms |
Busy (11) |
| 2 |
SCK (19) |
470 Ohms |
Strobe (1) |
| 1 |
GND |
-- |
GND (18) |
Le câble ne doit pas faire plus de 70cm.
Les résistances de protection peuvent être placées dans le connecteur
comme montré sur l'image à droite.
Écrire des programmes
L'ATmega8 peut être programmé en C pur avec l'aide de gcc. La
connaissance de l'assembleur AVR peut être utile mais n'est pas
nécessaire.
La libc AVR est fournie avec avr-libc-user-manual-1.0.4.pdf
(1139921 octets) qui documente toutes les fonctions disponibles en
C. Sur le site d'Atmel (www.atmel.com,
allez dans: avr products -> 8 bit risc-> Datasheets), vous pouvez
y télécharger la documentation technique complète. Elle décrit tous les
registres et comment utiliser le CPU.
Une chose à garder en mémoire lors de l'utilisation d'un
microcontrôleur est qu'il ne possède que peu d'octets en mémoire vive.
Cela signifie que vous ne devez pas déclarer de grandes structures de
données ou des chaînes de caractère. Votre programme ne doit pas
utiliser des fonctions avec beaucoup de niveaux d'imbrications ou de
récursions.
Rien de mieux qu'un peu de pratique à la place des grandes théories.
Nous allons écrire un programme qui fait clignoter notre LED avec un
intervalle de 0.5 secondes. Pas très utile mais très bon pour débuter.
avr-libc a beaucoup changé. Avant, vous positionniez un bit sur un port
avec sbi et vous l'effaciez avec cbi. Ces fonctions sont maintenant
obsolètes. Je présente d'abord la "bonne vieille méthode":
/* defines for future compatibility */
#ifndef cbi
#define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))
#endif
#ifndef sbi
#define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))
#endif
void main(void)
{
/* INITIALIZE */
/* enable PC5 as output */
sbi(DDRC,PC5);
/* BLINK, BLINK ... */
while (1) {
/* led on, pin=0 */
cbi(PORTC,PC5);
delay_ms(500);
/* set output to 5V, LED off */
sbi(PORTC,PC5);
delay_ms(500);
}
}
L'exemple suivant fait exactement la même chose mais utilise la
nouvelle syntaxe:
void main(void)
{
/* INITIALIZE */
/* enable PC5 as output */
DDRC|= _BV(PC5);
/* BLINK, BLINK ... */
/* PC5 is 5 (see file include/avr/iom8.h) and _BV(PC5) is 00100000 */
while (1) {
/* led on, pin=0 */
PORTC&= ~_BV(PC5);
delay_ms(500);
/* set output to 5V, LED off */
PORTC|= _BV(PC5);
delay_ms(500);
}
}
Le petit bout de code ci-dessus montre comme il est facile d'écrire un
programme. Vous voyez seulement le programme principal, la fonction
delay_ms est incluse dans le listing
complet (avrm8ledtest.c). Pour utiliser la broche PC5 comme sortie,
vous avez besoin d'initialiser le bit PC5 dans le registre de direction
de données pour le port C (DDRC). Après ceci, vous pouvez mettre PC5 à
0V avec la fonction cbi(PORTC,PC5) (clear bit PC5) ou à 5V avec
sbi(PORTC,PC5) (set bit PC5). La valeur de "PC5" est définie dans
iom8.h qui est incluse par io.h. Vous n'avez pas à vous en inquiéter.
Si vous avez déjà écrit des programmes pour multi-utilisateurs / des
systèmes multi-tâches tels que Linux, vous savez qu'il ne faut jamais
programmer une boucle sans fin non bloquée. Cela serait une perte de
temps CPU et cela ralentirait de beaucoup le système. Dans le cas de
l'AVR, c'est différent. Nous n'avons pas plusieurs tâches et il n'y a
pas d'autre programme. Il n'y a même pas de système d'exploitation. Il
est considéré comme normal d'occuper des boucles indéfiniment.
Compiler et charger
Avant de démarrer, assurez-vous que /usr/local/avr/bin est dans le
PATH. Si nécessaire, éditez votre .bash_profile ou .tcshrc et ajoutez:
export PATH=/usr/local/avr/bin:${PATH} (pour bash)
setenv PATH /usr/local/atmel/bin:${PATH} (pour tcsh)
Nous utilisons le port parallèle et uisp pour programmer l'AVR. Uisp
utilise l'interface ppdev du noyau. Vous devez donc avoir les modules
de noyau suivants chargés:
# /sbin/lsmod
parport_pc
ppdev
parport
Contrôlez avec la commande /sbin/lsmod qu'ils sont chargés et si ce
n'est pas le cas, chargez-les (comme root) avec:
modprobe parport
modprobe parport_pc
modprobe ppdev
Une bonne idée est d'exécuter ces commandes automatiquement au
démarrage. Vous pouvez les ajouter comme un script rc (i.e. pour Redhat
/etc/rc.d/rc.local).
Pour utiliser l'interface ppdev comme utilisateur normal, root doit
vous donner l'accès en écriture en lançant la commande suivante une
fois
chmod 666 /dev/parport0
Assurez-vous aussi qu'aucun démon d'impression ne fonctionne sur le
port parallèle. Si vous en avez un qui tourne, arrêtez-le avant de
connecter le câble de programmation. Maintenant, tout est prêt pour
compiler et programmer notre microcontrôleur.
Le paquet pour notre programme de test, (avrm8ledtest-0.1.tar.gz)
inclut un make file. Tout ce que vous avez à faire est de saisir:
make
make load
Cela compilera et chargera le logiciel. Je ne vais pas entrer dans les
détails de toutes les commandes. Vous pouvez les voir dans le Makefile
et elles sont toujours identiques. Je ne peux pas toutes me les
rappeler. J'ai juste besoin de savoir utiliser "make load". Si vous
voulez écrire un programme différent, remplacez alors toutes les
occurences de avrm8ledtest dans le Makefile avec le nom de votre
programme.
Quelques binutils intéressants
Quelques binutils sont plus intéressant que le processus de compilation
actuel.
Ces utilitaires n'ont néanmoins pas beaucoup changé depuis Mars 2002.
Jetez un coup d'oeil au chapitre "Quelques "binutils" intéressants" sur
l'article231
de Mars 2002.
Idées et suggestions
L'ATmega8 est compatible à l'AT90S4433 pour la plupart des
utilisations. Vous devez programmer les bits fusible pour utiliser
l'oscillateur externe et les circuits précédemment présentés devraient
fonctionner avec quelques changements mineurs. Malheureusement, je n'ai
pas encore le temps de re-tester tous les circuits pour l'ATmega8. Si
vous voulez la sécurité, utilisez l'AT90S4433 pour les vieux articles.
Si vous n'avez pas peur de trouver et régler des problèmes, tentez
alors l'ATmega8 avec les vieux articles/circuits.
Vous avez ici une liste des précédents articles sur des circuits:
Notez que le programmateur présenté ici inclus déjà les résistances de
protection qui ont été placées sur la carte dans les précédents
articles avec des circuits. Pour utiliser le nouveau programmateur avec
les anciennes cartes, vous avez simplement à remplacer les résistances
de protection sur la carte avec des fils.
Références
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