Zobrazenie zdroja stránky MIPS Úvodné cvičenie


Cieľom tohoto cvičenia je zistiť, či máte pripravené všetky potrebné nástroje na prácu a otestovať ich. Okrem toho spravíme prvé kroky v assembleri. 

'''HW:''' Budete potrebovať iba FEIkársku dosku [[Acrob technical description|Acrob]]
<ref group="REF">[[Acrob technical description]]</ref>
alebo bežnú Arduino dosku a dokumentáciu k nej
<ref group="REF">[http://marcusjenkins.com/wp-content/uploads/2014/06/ARDUINO_V2.pdf Arduino UNO V3 pinout]</ref>
<ref group="REF">[http://marcusjenkins.com/wp-content/uploads/2014/06/nano.pdf Arduino Nano  pinout diagram]</ref>
i k samotnému procesoru<ref group="REF">Datasheet obvodu <S>Atmel</S> Microchip [https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf ATmega328P]</ref>. 
Žiadne ďalšie komponenty zatiaľ nebudeme potrebovať.

'''SW:''' Arduino IDE, Atmel Studio (postup uvedený nižšie)


== Arduino ==

Hoci Arduino nebudeme poižívať bežne, jeho veľkou výhodou je, že to je veľmi rozšírený a preto aj dobre otestovaný systém. To znamená, že po nainštalovaní je všetko pripravené a malo by fungovať na prvý raz.

# Stiahnite a naintalujte si najnovšiu verziu prostredia Arduino ([https://www.arduino.cc/ arduino.cc], pre náročnejších existuje aj vyvíjané [https://github.com/arduino/arduino-pro-ide Arduino Pro IDE]) 
# Priamo z prostredia si otvorte príklad Blink (File -> Examples -> 01. Basic -> Blink)
# Zmeňte parameter funkcie delay z hodnoty 1000 na 200<ref>Hodnotu delay meníme preto, lebo tento základný testovací program býva na doske často nahratý už od výrobcu, takže priamo po pripojení k USB sa LED dióda rozbliká s periódou 2sekundy. Zmenou hodnoty sa ubezpečíme, že skutočne funguje celý vývojový cyklus od prekladu cez linkovanie až po nahrávanie do procesora.</ref>
# Nastavte správny typ vašej vývojovej dosky (Tools -> Board -> Arduino AVR Boards -> Arduino Pro (pre Acrob) alebo Arduino Uno / alebo Arduino Nano)<ref>Najmä čínske klony Arduino Nano majú v sebe nahratú staršiu verziu bootloaderu, preto treba vybrať z menu Tools -> Procesor -> ATmega328 Old Bootloader</ref> 
# Nastavte správne číslo portu ku ktorému je doska pripojená (Tools -> Port -> ComX)<ref>Číslo portu zistíte z Device Managera. Ten spustíte buď skratkou  '''Windows + R''' a potom napíšete do políčka Open: '''devmgmt.msc''' Iná možnosť je, že poviete ''Hey Cortana,'' a potom ju požiadate ''Open Device Manager''.</ref>
# Skompilujte program a nahrajte ho do dosky (Sketch -> Upload) a vizuálne skontrolujte či je všetko tak ako má byť.

'''Úlohy:'''
* Na základe informácií z prednášky skúste porozmýšľať, na čo slúži príkaz '''pinMode(13, OUTPUT)'''? Vedeli by ste povedať, čo a kde nastavuje? A čo '''digitalWrite(13, HIGH)'''
* Ako najrýchlejšie viete blikať LEDkou?  (t.j. aký najkratší impulz viete vygenerovať na výstupe)
* Viete nastaviť dva výstupy súčasne?
* Sledujte na osciloskope<ref group="REF">James Lewis: ''[https://www.baldengineer.com/digitalwrite-on-a-logic-analyzer.html Benchmarking Arduino’s digitalWrite() with a Logic Analyzer]''<BR></ref> priebeh signálov na výstupe (predvedie cvičiaci).


'''Poznámky:''' 
<references />

== AVR Studio ==

Zo stránky https://www.microchip.com/en-us/tools-resources/archives/avr-sam-mcus si nainštalujte niektorú verziu vývojového prostredia
* '''[http://ww1.microchip.com/downloads/archive/NEWas5installer-stable-5.1.208-full.exe AVR Studio 5.1]''' je vhodný kompromis medzi veľkosťou a aktuálnosťou
* <FONt Color="grey">Najnovšia verzia [http://studio.download.atmel.com/7.0.2389/as-installer-7.0.2389-web.exe Atmel Studio 7] je pre naše účely zbytočne nafúknutá a nebudeme potrebovať podporu pre všetky procesory, ktoré ponúka
* Staršia verzia [http://ww1.microchip.com/downloads/archive/AvrStudio4Setup.exe AVR Studio 4] je oproti v5 naozaj malá a jednoduchá, ale treba si k nej doinštalovať zvlášť kompilátor avr-gcc, bez neho vie prostredie prekladať len z assembleru. Preto si predtým nainštalujte samostatný kompilátor [http://winavr.sourceforge.net/ WinAVR]
</FONT>

== AVR Assembler z príkazového riadku ==

Pre prvé pokusy si skúsime prácu len s assemblerom<ref group="REF">[http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/atmel-0856-avr-instruction-set-manual.pdf  AVR Instruction Set Manual]. Atmel, 2016.</ref>. 
 
<span class="mw-customtoggle-2016" style="background:#e0e8ff">Nepovinná časť (kliknutím rozbaliť / zbaliť)</span>

<div  id="mw-customcollapsible-2016" class="mw-collapsible mw-collapsed">


V ľubovoľnom programátorskom editore napíšte nasledovný program a uložte si ho do C:\User\Meno\Documents pod názvom <source lang="shell" inline>program01.asm</source>

<tabs>
<tab name="program01.asm"><source lang="ca65" style="background: LightBlue;">

                .text
START:          SBI 0x04,5      ; DDRB.5 = 1 (t.j. Output)                            ; 1 SC
LOOP:           SBI 0x05,5      ; PORTB.5 = 1 (t.j. High, rozsviet LED)               ; 2 SC
                CBI 0x05,5      ; PORTB.5 = 0 (t.j. Low, zhasni LED)                  ; 2 SC
                RJMP LOOP       ; Skok na zaciatok                                    ; 2 SC
                .end            ; Koniec
</source></tab>

</tabs>


Pri inštalácii AVR Studio 5 sa vám v zozname programov objavila ikonka '''AVR Studio Command Prompt'''
ak tam nie je, spustite ručne tento program 

<source lang="bat" inline>C:\Program Files (x86)\Atmel\AVR Studio 5.1\extensions\application\StudioCommandPrompt.exe</source>

v najnovšej verzii ho nájdete tu
<source lang="bat" inline>C:\Program Files (x86)\Atmel\Studio\7.0\Extensions\Application\StudioCommandPrompt.exe</source>
 


Z príkazového riadku program preložíme (prípadne aj s --no-warn)

<source lang="bat" inline> avr-as -mmcu=atmega328p -o program01.elf program01.asm</source>

a skontrolujeme výsledok prekladu
 avr-objdump -d program01.elf
vidno, že tu ešte kompilátor nevie presne kam tento kód príde, preto je .rjmp .+0 a tak musíme spustiť ešte linker
 avr-ld program01.elf -o program01.out
a znova skontrolujeme výsledok prekladu
 avr-objdump -d program01.out
vyrobíme ešte .hex verziu pre programátor
 avr-objcopy -O ihex program01.out program01.hex
a pošleme program do mikroprocesora
 "C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr/bin/avrdude.exe" -C"C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr/etc/avrdude.conf" -v -patmega328p -carduino -PCOM4 -b115200 -D -Uflash:w:C:\Users\YourName\Documents\program01.hex:i

Ak by sme niekedy potrebovali disassembler, tak pre uplnost 
 avr-objdump -m avr -D program01.hex

</DIV> <!-- rozbalovacia / zbalovacia cast -->

== AVR Assembler v IDE ==


Podľa pokynov cvičiaceho si založte v IDE nový ASM projekt a vložte nasledovný zdrojový kód.

<tabs>
<tab name="program01-1.asm"><source lang="ca65">

START:          SBI 0x04,5      ; DDRB.5 = 1 (t.j. Output)                            ; 2 SC
LOOP:           SBI 0x05,5      ; PORTB.5 = 1 (t.j. High, rozsviet LED)               ; 2 SC
                CBI 0x05,5      ; PORTB.5 = 0 (t.j. Low, zhasni LED)                  ; 2 SC
                RJMP LOOP       ; Skok na zaciatok                                    ; 2 SC
</source></tab>
<tab name="program01-2.asm"><source lang="ca65">
                .INCLUDE "m328def.inc"

                .ORG 0

START:          SBI DDRB,PB5    ; DDRB.5 = 1 (t.j. Output)                            ; 2 SC
LOOP:           SBI PORTB,PB5   ; PORTB.5 = 1 (t.j. High, rozsviet LED)               ; 2 SC
                CBI PORTB,PB5   ; PORTB.5 = 0 (t.j. Low, zhasni LED)                  ; 2 SC
                RJMP LOOP       ; Skok na zaciatok                                    ; 2 SC
</source></tab>
</tabs>

Druhá verzia programu využíva pre prehľadnosť aj symbolické názvy registrov a bitov, tak ako
sú uvedené v datasheete, napr. PORTB, DDRB. Ako tieto definície vyzerajú viď [https://github.com/DarkSector/AVR/blob/master/asm/include/m328def.inc m328def.inc]

Program uložte, preložte a v simulátore odkrokujte. Sledujte dobu trvania jednotlivých príkazov.


'''Pomoc 1:''' Ak by vám niečo nefungovalo alebo si nie ste istí nastaveniami, môžete si stiahnuť [http://senzor.robotika.sk/mmp/AVRAssembler5.zip pripravený celý projekt pre AVR Studio].

'''Pomoc 2:''' Ak AVR Studio naďalej nevie niečo preložiť, môže byť problém v tom, že vaše uživateľské meno obsahuje diakritiku alebo azbuku. Je to problém Win10, musíte si spraviť 
nejaké jednoduché username, napríklad Student alebo niečo podobné bez diakritiky a špeciálnych znakov. 

'''Odbočka:''' ak ostaneme len pri blikaní LED diódy, aká najvyššia frekvencia má zmysel? -> [[Diódy LED#Maximálna frekvencia]]

== Časovanie slučiek ==

V prostredí Atmel Studio odsimulujeme a vypočítame / odmeriame ako dlho trvá jednoduchý cyklus.

Založte si nový ASM projekt a vložte nasledovný kód. 

<tabs>
<tab name="program02-1.asm"><source lang="ca65" style="background: LightBlue;">
START:	SBI 0x04,5      ; DDRB.5 = 1 (t.j. Output)
LOOP:
		SBI 0x05,5      ; PORTB.5 = 1 (t.j. High, rozsviet LED)

		LDI  r18, 3
L1:		DEC  r18
		BRNE L1

		CBI 0x05,5      ; PORTB.5 = 0 (t.j. Low, zhasni LED)

		LDI  r18, 3
L2:		DEC  r18
		BRNE L2

		JMP LOOP		; Skok na začiatok
</source></tab>
<tab name="program02-2.asm"><source lang="ca65" style="background: LightBlue;">
/* Ta ista verzia bez konkretnych adries a so symbolickymi nazvami */

           .equ Value = 3     ; Hodnota pocitadla 
           .def Index = r18   ; register na pocitadlo


START:     SBI DDRB,PB5       ; DDRB.5 = 1 (t.j. Output)
 LOOP:     SBI PORTB,PB5      ; PORTB.5 = 1 (t.j. High, rozsviet LED)

                              ; nasleduje casova slucka    for (int Index=Value; Index>0; Index--) { /* wait */ }         
           LDI  Index, Value  ; pocitadlo Index ma hodnotu Value (3)
   L1:     DEC  Index         ; odpocitaj 1
           BRNE L1            ; ak este Index nie je 0, tak skoc na L1

           CBI PORTB,PB5      ; PORTB.5 = 0 (t.j. Low, zhasni LED)

           LDI  Index, Value  ; taka ista casova slucka
   L2:     DEC  Index         ; 
           BRNE L2            ; pozor, nemoze byt L1!

           JMP LOOP           ; Skok na začiatok
</source></tab>
</tabs>

Potom ho preložíme a odkrokujeme podľa pokynov cvičiaceho.

== Blink v AVR Assembleri ==

Na záver si vyskúšame jednoduchý program s časovou slučkou na reálnom zaridení. Využijeme na to predošlý program s jednoduchou vnorenou slučkou na dosiahnutie dlhšieho času.
Aby ste si blikanie LED diódy aj videli ľudským okom, potrebujeme dosiahnuť dlhší interval, minimálne 100 ms. Preto spravíme tri do seba vnorené čakacie slučky, 
kotrými už dosiahneme požadované oneskorenie, ak blikanie LED diódy bude aj viditeľné. Na presné časovanie použijeme výpočet, alebo automatický generátor<ref group="REF">B. Mulvey, T. Morland: [http://darcy.rsgc.on.ca/ACES/TEI4M/AVRdelay.html AVR Delay Loop Calculator]</ref>

<tabs>
<tab name="program03.asm"><source lang="ca65" style="background: LightBlue;">
/*
 *	Program03.asm
 *  
 *  LED Blink s periodou 200 ms a oneskorenie 
 *  delay vygenerovane tu http://darcy.rsgc.on.ca/ACES/TEI4M/AVRdelay.html
 *  Created: 11. 1. 2021 13:32:24
 */ 

START:	SBI 0x04,5      ; DDRB.5 = 1 (t.j. Output)
LOOP:
		SBI 0x05,5      ; PORTB.5 = 1 (t.j. High, rozsviet LED)

		CALL DELAY

		CBI 0x05,5      ; PORTB.5 = 0 (t.j. Low, zhasni LED)

	    CALL DELAY

		JMP LOOP		; Skok na začiatok

						; Assembly code auto-generated
						; by utility from Bret Mulvey	
						; Delay 3 199 992 cycles
						; 199ms 999us 500 ns at 16 MHz
DELAY:	LDI  r16, 17
		LDI  r17, 60
		LDI  r18, 201
L1:		DEC  r18
		BRNE L1
		DEC  r17
		BRNE L1
		DEC  r16
		BRNE L1
		NOP
		RET
</source></tab>

</tabs>

Aby sme mohli preložený program aj nahrať do Arduino dosky, pridáme si do menu jeden príkaz, ktorý to spraví za nás.
Otvoríme položku Tools -> External Tools (obr. vľavo) a vyplníme položky podľa obr. vpravo

[[Súbor:avrStudioExternalTools01.png]][[Súbor:avrStudioExternalTools02.png]]

Do políčka '''Title''' vložte názov, ktorý sa potom objaví aj v menu '''Tools''', napríklad Arduino Upload.

Do políčka '''Command''' vložte
 C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr\bin\avrdude.exe

A do políčka '''Arguments''' vložte
 -C"C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr/etc/avrdude.conf" -v -patmega328p -carduino <FONT Color="red><B>-PCOM5</B></foNt> -b115200 -D -Uflash:w:"$(ProjectDir)Debug\$(ItemFileName).hex":i
Pozor, tu uvedený port COM5 musíte zmeniť podľa toho, aké číslo portu pridelil systém vášmu Arduinu. 
 
Začiarknite aj položku Use Output window. 

Odteraz je nahrávanie do Arduina možné cez menu Tools -> Arduino Upload.

Ak ste všetko spravili správne, mala by vám LED dióda blikať na doske s periódou 200 ms.

'''Poznámka:''' nezaoberali sme sa samotným programovaním, ale zhrňme možnosti tu
* paralelný programátor 
* programovanie cez SPI rozhranie (MISO/MOSI)
* programovanie cez JTAG alebo debugWire
* programovanie bootloaderom

Sem si odložíme aj link na výpočet FUSEs: https://www.engbedded.com/fusecalc/

== Úlohy ==

Ak ste úspešne prišli až sem, pozrite si zadanie v Classroome a vyplňte formulár s otázkami. K zadaniu potom nahrajte aj fotografiu alebo video fungujúceho programu na vašom procesore.



== Literatúra ==

<references group="REF" />





<BR><BR>'''Navigácia:'''  [[Mikropočítačové systémy (MIPS)#Cvičenia| 🡅 Zoznam cvičení]] | [[Programovanie AVR v jazyku C|Nasledujúce cvičenie 🡆]] 

[[Category: AVR]][[Category: MIPS]]