ATmega. Прошивка ATmega через USBasp и avrdude

Ранее производил прошивку МК средствами Arduino IDE, на эту тему есть отдельная статья Прошивка ATmega через USBasp и Arduino IDE. Время идет, пора переходить на более тонкие инструменты, в частности C и avrdude. Программируем, собираем, прошиваем.

Задача

Тестовую программу мигания светодиодом на C, скомпилировать в файл прошивки и загрузить результат в МК ATmega 328 P.

Решение

Разработку, прошивку и дальнейшее описание буду вести на Debian 9, но все необходимые компоненты есть и под Windows.

Подготовка окружения

Первым делом подготовим окружение, как писал выше: разработка на C, компиляция прошивки средствами avr-gcc, загрузка прошивки средствами avrdude, через программатор USBasp.

Для установки необходимого собрал следующий набор:

# apt-get install avr-libc gcc-avr binutils-avr avrdude

В Debian драйвера для USBasp устанавливать не надо, они есть в составе ядра. Для Windows необходимо скачать и установить драйвер с сайта разработчика  fischl.de.

Подключение оборудования

На данном этапе не должно вызвать вопросов, но для порядка опишу подключение. Подключаем микроконтроллер к программатору USBasp: выводы SCK, MISO, MOSI, RESET, VCC. Так же не забываем к выходу D0 через резистор 220 Ом подключить анод светодиода, катод к GND.

Написание кода

На данный момент нет разницы в чем будет написан код, для себя выбрал Atom. Создаем файл с расширением .c, например main.c, в котором напишем код мигания светодиодом:

#define F_CPU 16000000UL    // Частота работы МК от внешнего кварца

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

void main() {

  DDRD = 0xFF;              // Все выводы порта D как выход
  PORTD = 0x00;             // На всех выводах установим 0
 
  while (1) {

    PORTD |= (1 << PD0);    // Включаем светодиод
    _delay_ms(1000);        // Ждем 1 секунду
    PORTD &= ~(1 << PD0);   // Выключаем светодиод
    _delay_ms(1000);        // Ждем 1 секунду

  }

}

Первой строкой явно указываю частоту с которой должен работать МК, т.к. у меня подключен внешний кварцевый резонатор на 16 МГц. Остальное ясно из комментариев.

Компиляция кода

Для компиляции будем пользоваться двумя командами(полного описания команд и их ключей приводить не буду, ибо каждая из них повод для отдельных статей и они легко находятся в интернете):

avr-gcc — производит компиляцию C в объектный файл.

К данной команде используем ключи:

•  -mmcu для указания типа МК, в данном случае ATmega 328P;
•  -DF_CPU для указания частоты с которой работает МК.

avr-gcc -g -Os -mmcu=atmega328p -DF_CPU=16000000UL main.c -o main.o

После выполнения команды в каталоге появится файл main.o

avr-objcopy — производит преобразование объектного файла в hex.

avr-objcopy -O ihex main.o main.hex

После выполнения команды в каталоге появится файл main.hex. Файл прошивки готов, необходимо загрузить его на МК.

Ссылки ни на какие статьи не привожу, т.к. просмотренные не содержат полного описания, только отрывочные сведения.

Загрузка прошивки в МК

!!! Внимание Настоятельно рекомендую перед выполнением команды avrdude ознакомиться с описанием ключей и все операции производить только после проверки написанного, во избежание окиричивания МК. Все дальнейшие расчеты на свой страх и риск!

Воспользуемся утилитой avrdude, к данной команде используем ключи:

•  -c для указания программатора, в данном случае USBasp;
•  -p для указания типа МК, в данном случае ATmega 328P;
• -U ключ для указания с каким типом памяти мы работаем, что именно делаем, и указываем файл источник/приемник. В данном случает производится запись во  flas-память МК из файла main.hex.

Мне понравилось описание ключей и примеров на сайте ph0en1x.net.

avrdude -c usbasp -p atmega328p -U flash:w:main.hex

После выполнения команды МК оживает и начинает выполнять заложенные в код алгоритмы.

Изменение FUSE-битов

!!! Внимание Настоятельно рекомендую перед выполнением команды avrdude ознакомиться с описанием ключей и все операции производить только после проверки написанного, во избежание окиричивания МК. Все дальнейшие расчеты на свой страх и риск!

Но не все так гладко. В коде между включением и выключением указана задержка в 1 секунду, а на практике светодиод горит более 10 секунд. Вооружился секундомером, замер показал 16 секунд. Получается МК работает на частоте 1 МГц, вместо 16 МГц.

Чтение документации показало, что необходимо МК указать на какой частоте он должен работать при подключении внешнего кварцевого резонатора. Для ATmega 328P указывается 3 байтами: lock, lfuse, hfuse.

Для расчета значений этих байтов есть калькуляторы фьюзов, обязательно необходимо проверить получившиеся значения с документацией! Для себя собрал следующую команду:

avrdude -c usbasp -p atmega328p -U lock:w:0xFF:m -U lfuse:w:0xFF:m -U hfuse:w:0xD9:m

После выполнения команды МК начал работать на положенной ему частоте.