MIPS Úvodné cvičenie: Rozdiel medzi revíziami

Verzia z 22:16, 11. január 2021

Cieľom tohoto cvičenia je zistiť, či máte pripravené všetky potrebné nástroje na prácu a otestovať ich.

Budete potrebovať iba Arduino dosku a dokumentáciu k nej^{[REF 1]}, bez ďalších komponentov.

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)
Priamo z prostredia si otvorte príklad Blink (File -> Examples -> 01. Basic -> Blink)
Zmeňte parameter funkcie delay z hodnoty 1000 na 200^[1]
Nastavte správny typ vašej vývojovej dosky (Tools -> Board -> Arduino AVR Boards -> Arduino Uno / alebo Arduino Nano)^[2]
Nastavte správne číslo portu ku ktorému je doska pripojená (Tools -> Port -> ComX)
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)
Sledujte na osciloskope^{[REF 2]} priebeh signálov na výstupe

Poznámky:

↑ 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.
↑ Najmä čínske klony Arduino Nano majú v sebe nahratú staršiu verziu bootloaderu, preto treba vybrať z menu Tools -> Procesor -> ATmega328 Old Bootloader

AVR Studio

Zo stránky https://www.microchip.com/mplab/avr-support/avr-and-sam-downloads-archive si nainštalujte niektorú verziu vývojového prostredia

AVR Studio 5.1 je vhodný kompromis medzi veľkosťou a aktuálnosťou
Najnovšia verzia Atmel Studio 7 je pre naše účely zbytočne nafúknutá a nebudeme potrebovať podporu pre všetky procesory, ktoré ponúka
Staršia verzia 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 WinAVR

AVR Assembler

Pre prvé pokusy si skúsime prácu len s assemblerom^{[REF 3]}.

V ľubovoľnom programátorskom editore napíšte nasledovný program a uložte si ho do C:\User\Meno\Documents pod názvom program01.asm

program01.asm

                .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

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

C:\Program Files (x86)\Atmel\AVR Studio 5.1\extensions\application\StudioCommandPrompt.exe

v najnovšej verzii ho nájdete tu C:\Program Files (x86)\Atmel\Studio\7.0\Extensions\Application\StudioCommandPrompt.exe

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

avr-as -mmcu=atmega328p -o program01.elf program01.asm

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

AVR Assembler v Studio

Teraz si zopakujeme to isté, ale už nebudeme vypisovať jednotlivé príkazy, ale využijeme komplexné integrované vývojové prostredie (IDE) Atmel Studio. Založíme nový ASM projekt a vložíme nasledovný kód

program02.asm

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
L1:		DEC  r18
		BRNE L1

		JMP LOOP		; Skok na začiatok

TODO: pouzivame aj symbolicke nazvy napr. PORTB, DDRB, vid m328def.inc

Potom ho preložíme a odkrokujeme podľa pokynov cvičiaceho.

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

Blink v AVR Assembleri

Na záver si vyskúšame aj jednoduchý program s časovou slučkou. Využijeme na to predošlý program doplnený o jednoduchú slučku

V simulátore si odmeriame, koľko času spotrebujeme v slučke a nastavíme podľa potreby. Aby ste si to mohli aj vyskúšať, spravíme tri do seba vnorené čakacie slučky, takže dosiahneme oneskorenie cca 100 mA, takže blikanie LED diódy bude aj viditeľné. Na presné časovanie použijeme výpočet, alebo automatický generátor^{[REF 4]}

program03.asm

/*
 *	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

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

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 -PCOM5 -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.

Literatúra

↑ [1.] Datasheet obvodu ~~Atmel~~ Microchip ATmega328P
↑ James Lewis: Benchmarking Arduino’s digitalWrite() with a Logic Analyzer
↑ [4.] AVR Instruction Set Manual. Atmel, 2016.
↑
- B. Mulvey, T. Morland: AVR Delay Loop Calculator

ToDO: toto presunut do cvicenia 2 [3.] AVR035: Efficient C Coding for AVR. Application note.

Arduino UNO V3 http://marcusjenkins.com/wp-content/uploads/2014/06/ARDUINO_V2.pdf
Arduino Nano http://marcusjenkins.com/wp-content/uploads/2014/06/nano.pdf

[2] 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.

[3] Najmä čínske klony Arduino Nano majú v sebe nahratú staršiu verziu bootloaderu, preto treba vybrať z menu Tools -> Procesor -> ATmega328 Old Bootloader

[1] [1.] Datasheet obvodu ~~Atmel~~ Microchip ATmega328P

[4] James Lewis: Benchmarking Arduino’s digitalWrite() with a Logic Analyzer

[5] [4.] AVR Instruction Set Manual. Atmel, 2016.

[6] 
B. Mulvey, T. Morland: AVR Delay Loop Calculator

[7] B. Mulvey, T. Morland: AVR Delay Loop Calculator

[REF 1]

[1]

[2]

[REF 2]

[REF 3]

[REF 4]

@@ Riadok 194: / Riadok 194: @@
 === Literatúra ===
+<references group="REF" />
 ToDO: toto presunut do cvicenia 2
@@ Riadok 202: / Riadok 205: @@
-<references group="O" />
   [[Category: AVR]][[Category: MIPS]]