CraftDuino v2.0
  • - это CraftDuino - наш вариант полностью Arduino-совместимой платы.
  • CraftDuino - настоящий конструктор, для очень быстрого прототипирования и реализации идей.
  • Любая возможность автоматизировать что-то с лёгкостью реализуется с CraftDuino!
Просто добавьте CraftDuino!

Делаем ISP-программатор из Arduino

Думаю, ни для кого не секрет, что первоначально программу в микроконтроллер заливают при помощи специального устройства — программатора. Конечно, ардуинщикам обычно не нужно об этом беспокоиться — у них есть bootloader (загрузчик), заранее прошитый в микроконтроллер, и прошивку он забирает по UART через COM-порт или через USB. Но чтобы прошить этот загрузчик или другую прошивку в «чистый» МК, нужен программатор.

Но в этой статье мы не будем рассматривать сборку и пайку программатора с нуля, а воспользуемся возможностями Arduino. Дело в том, что на большинстве плат Arduino до версии Uno есть микросхема FT232RL компании FTDI.

Эта микросхема представляет собой конвертор UART->USB, предоставляя операционной системе виртуальный COM-порт, работающий через USB. Но в данном случае нам нужна другая её возможность — управление отдельными выводам микросхемы, именуемое режимом bit-bang, которое позволяет «завернуть» произвольный протокол в USB. Задача состоит в том, завернуть в USB протокол прошивки МК.

Микроконтроллеры AVR, используемые в Arduino, прошиваются по уже знакомому нам протоколу SPI через разъём для внутрисхемного программирования — ISP (In-System Programming). Он так называется потому, что позволяет прошивать МК прямо в конечном устройстве. Вот как выглядит этот разъём на плате CraftDuino:



MISO, MOSI, SCK, RESET — это всё линии шины SPI, только вместо SS — RESET.

Но нам ещё нужен доступ выводам FT232RL, через которые будет осуществляться прошивка, и разработчики Arduino позаботились об этом, сделав разъём X3 (икс-три):



Если на вашей плате только контактные площадки для X3, нужно будет припаять кусок PLS-гребёнки самим.

Пины этого разъёма имеют следующее назначение для ISP-программатора:
  • 1 (CTS) — MISO
  • 2 (DSR) — SCK
  • 3 (DCD) — MOSI
  • 4 (RI) — RESET
А у CraftDuino вместо X3 есть стандартный разъём RS232, тоже соединённый с FT232RL, из которого нам нужны те же 4 вывода:



  • 1 (CD) — MOSI
  • 6 (DSR) — SCK
  • 8 (CTS) — MISO
  • 9 (RI) — RESET
Пораскинув мозгами, сделаем кабель для нашего импровизированного ISP-программатора:



С одного конца кабеля — разъёмы для Arduino X3/CraftDuino UART, и для питания:



А с другого конца — стандартный разъём ISP:



Обычно для прошивки AVR используется популярная утилита avrdude, которая поддерживает множество различных программаторов и моделей МК, её использует даже среда Arduino IDE для заливки скетча. Для этой утилиты есть патч, позволяющий прошивать МК через микросхему FT232RL, используя режим bit-bang. Нашлись добрые люди, которые уже пропатчили Windows-версию avrdude для работы с bit-bang-программатором на базе этой микросхемы, а я сделал то же и для Linux:
  • Патченая версия 5.3.1 для Windows.
  • Версия 5.10, deb-пакет для Linux i386 и amd64 (x86_64).
  • Архив с исходными кодами версии 5.10, библиотекой libftd2xx-1.0.4 с официального сайта FTDI и правлеными Makefile.in и avrdude.conf, чтобы всё это собиралось, корректно устанавливалось и работало. Проверял только на Ubuntu 11.04 (i386 и amd64).
Собственно, deb-пакеты собраны из выложенного тут патченого дистрибутива, но для параноиков есть другой вариант — пропатчить и собрать avrdude самолично, про это читайте тут. Только в avrdude.conf нужно добавить следующие строчки, а не то, что написано в статье по ссылке:

programmer
  id = "ftbb";
  desc = "FT232R Synchronous BitBang";
  type = ft245r;
  miso = 3; # CTS X3(1)
  sck = 5; # DSR X3(2)
  mosi = 6; # DCD X3(3)
  reset = 7; # RI X3(4)
;

Если вы работаете в Linux, придётся сделать ещё несколько действий (FTDI нас любит):
  • Убить драйвер ftdi_sio, который мешает avrdude открыть COM-порт FTDI:
    sudo rmmod ftdi_sio

    Если хотите, можете занести этот модуль ядра в чёрный список, внеся в /etc/modprobe.d/blacklist.conf строчку:
    blacklist ftdi_sio

    Только имейте ввиду, что для работы с виртуальным портом /dev/ttyUSB0 и т.п. (нужно Arduino IDE) этот модуль должен быть запущен. Это можно делать командой
    sudo modprobe ftdi_sio
  • По умолчанию, система при попытке avrdude открыть виртуальный COM-порт FTDI покажет ему кукиш, а он вам — не слишком информативное сообщение об ошибке. Нужно дать себе права на полный доступ к виртуальным COM-портам, создав в /etc/udev/rules.d/ файлик с именем 80-ftdi.rules следующего содержания:
    SYSFS{idVendor}=="0403", SYSFS{idProduct}=="6001", MODE="660", GROUP="ftdi-user"

    USB Vendor ID и Product ID можно для верности уточнить командой lsusb, если Arduino подключена к компу:
    
    ...
    Bus 005 Device 012: ID 0403:6001 Future Technology Devices International, Ltd FT232 USB-Serial (UART) IC
    ...
    

    Потом нужно создать группу ftdi-user и добавить себя в неё:
    sudo addgroup ftdi-user
    sudo usermod -a -G ftdi-user <имя пользователя>
    после чего нужно перелогиниться.

    Ну и, чтобы служба udev узнала про изменения, нужно либо перезагрузить комп, либо вызвать
    sudo udevadm trigger

В статье про программирование AVR на C товарищ noonv уже описал, как пользоваться avrdude, а я опишу лишь заливку загрузчика на Arduino Diecimila с ATmega168:
  1. Устанавливаем необходимые для быстрой прошивки загрузчика fuse-биты: кварц > 8 МГц, встроенный делитель на 8 выключен:
    avrdude -c ftbb -P ft0 -p m8 -B 9600 -U hfuse:w:0xdd:m -U lfuse:w:0xff:m
  2. Заливаем загрузчик:
    avrdude -c ftbb -P ft0 -p ATMega168 -B 19200 -U flash:w:ATmegaBOOT_168_diecimila.hex

Но консоль не всегда лучше гуя, особенно для задания fuse-битов, и есть гораздо более удобный и надёжный способ — воспользоваться программой SinaProg, разработанной иранскими программистами. Их сайт давно сдох, зато программа живёт и здравствует и по сей день. О её настройке подробно написано у Di Halt’а, ну а мы не будем терять времени и возьмём готовую настроенную сборку с пропатченным avrdude (в сборке Di Halt’а ошибка в одном из конфигов). Версии под Linux, увы, не существует.



В секции Hex file выбирается hex-файл, который нужно залить или считать. Записывать и считывать можно как память программ (Flash), так и энергонезависимую (EEPROM). В секции Device нужно указать конкретный МК, в секции Programmer — программатор (у нас это ftbb), порт (FTDI0) и скорость порта (9600).

Ну и то, ради чего стоит пользоваться этой программой — секция Fuses. В раскрывающемся списке можно выбрать предопределённые конфигурации fuse-битов, которые задаются в Fuse.txt. Но самое главное открывается нашему взору по нажатию кнопки Advanced:



Здесь можно набивать fuse-байты вручную, а можно нажимать на кнопки «C» рядом со значением байтов и выставлять фьюзы тыканием галочек с описаниями. Для заливки загрузчика сначала нажмём кнопку Read, чтобы считать текущие значения fuse, а затем настроим Low fuse: частота кварца — более 8 МГц, время старта МК — 65 мс, делитель на 8 выключен:



После настройки жмём кнопку Write и ждём появления надписи «Writing Fuses… OK».

Теперь можно в главном окне в секции Hex file выбирать файл загрузчика ATmegaBOOT_168_diecimila.hex и в секции Flash жать кнопку Program. Если в процессе будут возникать ошибки, то над индикатором прогресса есть кнопка ">", открывающая сбоку в окне лог работы avrdude.

А давайте-ка прошьём какой-нибудь другой МК — например, ATtiny13.



Поставим МК на макетку, подсоединим к ней все линии разъёма ISP от нашего bit-bang-программатора, прицепим светодиод через резистор на 500 Ом к 3-й ножке (DB4) и подтянем RESET к питанию резистором на 10 кОм:





Пишем в любимом текстовом редакторе простой код простой мигалки светодиодом в файл blink.c:
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

enum { LED_BIT = 1 << PORTB4 };

int main()
{
  DDRB |= LED_BIT;

  while (1)
  {
    PORTB |= LED_BIT;
    _delay_ms(500);
    PORTB &= ~LED_BIT;
    _delay_ms(500);
  }
}

Компилируем:
avr-gcc -DF_CPU=1200000 -Os -mmcu=attiny13 blink.c -o blink.out

Делаем hex-файл прошивки:
avr-objcopy -O ihex blink.out blink.hex

Заливаем на МК:
avrdude -c ftbb -P ft0 -p attiny13 -B 9600 -U flash:w:blink.hex

Загрузка пошла:
burjui@blackbox:~/tmp$ avrdude -c ftbb -P ft0 -p attiny13 -B 9600 -U flash:w:blink.hex
avrdude: BitBang OK
avrdude: pin assign miso 3 sck 5 mosi 6 reset 7
avrdude: drain OK

ft245r:  bitclk 4800 -> ft baud 2400
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: Device signature = 0x1e9007
avrdude: NOTE: FLASH memory has been specified, an erase cycle will be performed
        To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
ft245r:  bitclk 4800 -> ft baud 2400
avrdude: reading input file "blink.hex"
avrdude: input file blink.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (78 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.64s



avrdude: 78 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against blink.hex:
avrdude: load data flash data from input file blink.hex:
avrdude: input file blink.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file blink.hex contains 78 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 0.50s



avrdude: verifying ...
avrdude: 78 bytes of flash verified

avrdude: safemode: Fuses OK

avrdude done.  Thank you.

Перевтыкаем Arduino в USB и наблюдаем мигание светодиода при условии, что нет ошибок подключения (:

Вот так, путём нехитрых манипуляций руками и мозгами, можно сделать себе USB ISP-программатор, так что не нужно париться с отсутствием LPT на современных компах и COM-порта почти на любом ноутбуке — уж USB-то есть везде.
  • +5
  • 27 июня 2011, 16:22
  • burjui

Комментарии (7)

RSS свернуть / развернуть
+
+3
Давно хотел узнать! Спасибо1
avatar

universeroot

  • 27 июня 2011, 21:39
+
+2
это одна из самых ценных статей этого ресурса
avatar

pretorean

  • 29 июня 2011, 07:02
+
+1
тоже готовил статью на эту тему, но всё никак не мог её завершить :)
несколько картинок:
ардуина:

с питанием:

крафтина:
avatar

noonv

  • 1 июля 2011, 22:05
+
+1
Спс!!! Как раз делаю клон мелкий на атмега8а для ночника (нашел по очень смешной цене в дип корпусе меньше 2$) а вот прошивкой никогда не занимался(((
avatar

nimbus2k

  • 6 июля 2011, 14:00
+
0
А на ардуино уно R3 подобное возможно?
avatar

mhl

  • 4 августа 2012, 18:54
+
0
Похоже, что нет, т.к. там вместо FT232RL установлен МК ATmega32U со спец прошивкой. Во всяком случае, для такого функционала придётся писать свою прошивку (мегагемор).
avatar

burjui

  • 4 августа 2012, 19:15
+
0
Понятно, спасибо)
avatar

mhl

  • 4 августа 2012, 19:28

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.