Programando el microcontrolador AVR con GCC usando libc 1.0.4
ArticleCategory: [Categor�a del art�culo, no lo traduzcas]
Hardware
AuthorImage:[Una peque�a imagen del autor]
![[Photo of the Author]](../../common/images/Guido-S.gif)
TranslationInfo:[Informaci�n sobre autor e historia de la traducci�n]
original in en Guido
Socher
en to es Alberto Pardo
AboutTheAuthor:[Peque�a biograf�a del autor]
A Guido le gusta Linux porque es un buen sistema donde desarrollar uno mismo su propio hardware.
Abstract:[Peque�o sumario del art�culo]
El microcontrolador de 8 bits AVR de tecnologia RISC de Atmel
es un microcontrolador muy popular. Este microcontrolador es
un chip con EPROM, Ram, un conversor Anal�gico-Digital, unas
cuantas entradas y salidas digitales, timers, una UART para
comunici�n RS 232 y muchas otras cosas.
Sin embargo, lo mejor es su entorno de programaci�n disponible
en Linux: Se puede programar este microcontrolador in C usando
GCC.
Ya escrib� en Marzo del 2002 un art�culo
sobre el mismo tema. Han canbiado muchas cosas en el desarrollo
de avr-libc y Atmel ha dejado de fabricar el microcontrolador
AT90S4433 que use en el 2002 . Por lo que este art�culo es una
actualizaci�n del publicado en Marzo del 2002. Utilizar� la
libc-1.0.4 y el microcontrolador ATmega8.
Este art�culo s�lo es una introducci�n. En posteriores art�culos
construiremos interesantes montajes basados en este microcontrolador.
Pero ahora vamos a conocer al ATmega8.
ArticleIllustration:[Ilustraci�n para la cabecera del art�culo]
![[Illustration]](../../common/images2/article352/illustration.gif)
ArticleBody:[El contenido del art�culo]
Introducci�n
Mucha gente se interes� por la programaci�n de microcontroladores
despues del art�culo que escrib� en el 2002.Sin embargo tener el
sistema de desarrollo listo y funcionando es el proceso m�s complicado.
Si algo falla y no tienes pistas de por donde puede fallar, entonces
es el momento de planterase una serie de posibilidades como causantes
del fallo : �El cable esta mal? �Es un fallo del circuito? �Es correcta
la instalaci�n? �Esta desactivado el puerto paralelo en la Bios?.
Para facilitar la entrada al excitante mundo de los microcontroladores
la empresa shop.tuxgraphics.org
ofrece un CD botable con el manual y el hardware de programaci�n.
Todo lo que necesitas es arrancar con este CD. No hace falta instalar
el software, por lo que no se modificara nada en tu ordenador.
Particularmente, el uso de este CD autoarrancable me presenta la
ventaja de no preocuparme por todas las actualizaciones del kernel
o instalaciones de software en mi PC. Si tengo que actualizar el
software del microcontrolador, arranco desde el CD y todo lo tengo
listo y funcionando.
Independientemente de este CD, esplicar� a continuaci�n la instalaci�n
del entorno de desarrollo de avr en GCC.
Si tienes el CD de tuxgraphics continua en el cap�tulo "Un peque�o
proyecto de test".
Instalaci�n del software : Todo lo que necesitas
Para usar el entorno de desarrollo GNU C necesitaras el siguiente
software:
| binutils-2.15.tar.bz2 |
Disponible en:
ftp://ftp.gnu.org/gnu/binutils/
o cualquier mirror. Ejemplo:
ftp://gatekeeper.dec.com/pub/GNU/binutils/ |
| gcc-core-3.4.2.tar.bz2 |
Disponible en: ftp://ftp.gnu.org/gnu/gcc/
o cualquier mirror. Ejemplo:
ftp://gatekeeper.dec.com/pub/GNU/gcc/ |
| avr-libc-1.0.4.tar.bz2 |
La libreria AVR C disponible en:
http://savannah.nongnu.org/projects/avr-libc/ |
| uisp-20040311.tar.bz2 |
El software de programaci�n AVR disponible en:
http://savannah.nongnu.org/projects/uisp |
Instalaremos todos los programas en /usr/local/avr. De esta
manera los mantendremos separados del compilador de C de Linux.
Crea este directorio con el comando:
mkdir /usr/local/avr
A�ades el camino en el PATH:
mkdir /usr/local/avr/bin
export PATH=/usr/local/avr/bin:${PATH}
Instalacion del Software : las bintuils de GNU
El paquete de las binutils proporciona todas la utilidades
necesarias a bajo nivel para construir los fichero objeto.
Estas utilidades incluyen: Un ensamblador AVR (avs-asm),un
enlazador o linkador (avr-ld),la libreria "handling tools"
(avr-ranlib,avr-ar), los programas para generar los ficheros
objeto para poder ser cargados a la EEPROM del microcontrolador
(avr-objcopy), el desensamblador (avr-objdump) y las utilidades
avr-strip y avr-size.
Ejecuta las siguientes instruciones para construir e instalar las
binuitls:
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
# as root:
make install
A�ade la linea /usr/local/avr/lib al fichero /etc/ld.so.conf
y ejecuta el comando /sbin/ldconfig para reconstruir la cache
del enlazador o linkador.
Instalaci�n del Software : AVR gcc
avr-gcc ser� nuestro compilador de C.
Ejecuta el siguiente comando para construirlo e instalarlo:
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
# as root:
make install
Instalaci�n del Software : La libreria de C de AVR
La actual libreria de C es lo suficientemente estable comparada
con la que presente en Marzo del 2002.
Ejecuta el siguiente comando para construirlo e instalarlo
tar jxvf avr-libc-1.0.4.tar.bz2
cd avr-libc-1.0.4
PREFIX=/usr/local/avr
export PREFIX
sh -x ./doconf
./domake
cd build
#as root:
make install
Instalaci�n del Software : El Programador
El software de programaci�n carga el codigo objeto en la
EEPROM de nuestro microcontrolador.
El programador uisp para Linux es un buen programador. Se puede
usar desde el "Makefile". Tan solo con a�adir la regla "make load",
podras compilar y cargar el software en un paso.
Ver como se instala uisp:
tar jxvf uisp-20040311.tar.bz2.tar
cd uisp-20040311
./configure --prefix=/usr/local/avr
make
# as root:
make install
Un peque�o proyecto de test
Empezaremos con un circuito sencillo de test, el cual ampliaremos m�s
adelante.
Este circuito lo podremos usar como un test sencillo de entorno
para desarrollos m�s complejos de hardware. Podr�s cargar facilmente
el software en el microcontroloador y comprobar los sensores conectados
o el equipo de medida.
El siguiente programa de test har� parpadear a un led.
Hardware necesario
![[test circuit]](../../common/images2/article352/avrm8ledtest_circuit.jpg)
Necesitaras los componentes que aparecen en el listado de la
tabla. Aunque se trata de un microcontrolador muy com�n,te
resultar� m�s facil localizarlo en un gran distribuidor de componentes
electr�nicos : www.conrad.de (germany), www.selectronic.fr
(france), digikey.com (US, CA), etc...
Tambi�n puedes adquirir todo el kit o s�lo el microcontrolador en
shop.tuxgraphics.org
| 1 x ATmega8 versi�n DIP , procesador Atmel 8 bit Avr risc. |
Zocalo 1 x 28 pins 7.5mm
Los zocalos de 28 pins son dificiles de localizar.Tener
en cuenta que suelen ser de 14 mm de ancho , pero para
el montaje necesitamos un zocalo de 7.5mm. |
1 x resistencia de 10K (c�digo de color : marr�n,negro, naranja)
1 x resistencia de 1K (c�digo de color : marr�n,negro,rojo)
1 x 10uF condensador electrol�tico
Algunos cables
1 x LED
matrix board (protoboard o placa perforada con pads soldables)
|
El siguiente material se necesita para el programador
(no es necesario si se tiene el "Kit AVR de programaci�n
en Linux" de tuxgraphics):
1 x conector DB25 para conectar al puerto paralelo.
Cualquier tipo de conector/zocalo de 5 pins para conectar al
programador. Recomiendo el uso de conectores de precisi�n strip
(similares a los zocalos).
1 x Resistencia de 220 Ohm (c�digo de color : rojo,rojo,marr�n)
2 x Resitencia de 470 Ohm (c�digo de color : amarillo,violeta,marr�n)
|
Adem�s de una fuente electr�nica de 5V o en su defecto ,
una bateria de 4,5V.
Habr�s observado que no es necesario un cristal. Actualmente el
ATmega8 tiene incorporado un oscilador. Se puede usar este
oscilador cuando no se necesite un alta precisi�n de reloj.
Por contra, si necesitas construir un equipo de medida o
usar el interface UART/RS232 necesitaras el cristal. El tipo de
oscilardo usado se puede modificar con el programa. Por defecto
(selecci�n de fabrica) esta ativo el oscilador interno de 1MHz.
Construyendo el hardware del programador
Los microcontroladores AVR permiten la programaci�n "in circuit".
(ISP). ![[Linux AVR programmer]](../../common/images2/article352/avr_programmer.jpg)
Esto significa que no es necesario extraer el microcontrolador
de la placa de circuito impreso para reprogramarlo. Encontraras
varios tipos de programadores desde 50 hasta 150 euros. De
cualquier forma, ejecutando Linux es posible tener un programador
sencillo. Necesitar�s un puerto paralelo libre y el siguiente cable.
Notar que se trata de un programador mejorado respecto al presentado en el
art�culo presentado en Marzo del 2002. Las resistencias protectoras
se construyen en el interior del programador. Esto ahorra espacio y
componentes en la placa del cirucuito impreso. A continuaci�n se puede
ver como se cablea:
| pin sobre la pcb |
pin sobre el AVR |
resistencia de proteci�n |
Pin sobre el puerto paralelo |
| 5 |
Reset (1) |
-- |
Init (16) |
| 4 |
MOSI (17) |
470 Ohm |
D0 (2) |
| 3 |
MISO (18) |
220 Ohm |
Busy (11) |
| 2 |
SCK (19) |
470 Ohm |
Strobe (1) |
| 1 |
GND |
-- |
GND (18) |
El cable no ha de ser m�s largo de 70cm.
La resistencia de protecci�n se puede montar dentro del
mismo conector. Tal como se muesta en la foto de la derecha.
Esribiendo el software
El ATmega 8 se puede programar en C standard con la ayuda de gcc.
Puede ser �til conocer algo de ensamblador del AVR , pero no es
necesario.
El libc de AVR libc viene con un manual avr-libc-user-manual-1.0.4.pdf
(1139921 bytes) que documenta todas las librerias disponibles en C.
En la web de Atmel (www.atmel.com, ir a: avr products
-> 8 bit risc-> Datasheets), podr�s descargar la "data sheet"
completa. En ella se describen todos los registros y como usarlos.
Una cosa a tener en cuenta cuando se usa el microcontrolador es
que s�lo dispone de pocos bytes de RAM. Esto significa que no puedes
declarar estructuras largas de datos o strings. Los programas no deben
contener demasiadas llamadas anidadas o de recursi�n.
Pasemos a la pr�ctica. Vamos a escribir un programa que haga
parpadear nuestro led a intervalos de 0.5 segundos. No es muy �til,
pero ya esta bien para empezar.
La avr-libc ha cambiado bastante. Antes se activaba un bit en el
puerto con sbi y lo desactivabas cbi. Ahora estas fuciones se han
eliminado. No obstante, presento un programa usando estas funciones
eliminadas:
/* Definici�n de "defines" para una compatibilidad futura */
#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)
{
/* INICIALIZACION */
/* activa PC5 como salida */
sbi(DDRC,PC5);
/* Parpadeo, Parpadeo ... */
while (1) {
/* led on, pin=0 */
cbi(PORTC,PC5);
delay_ms(500);
/* Activa la salida a 5V, LED apagado */
sbi(PORTC,PC5);
delay_ms(500);
}
}
El siguiente ejemplo hace exactamente lo mismo, pero usando la
nueva sintaxis:
void main(void)
{
/* INICIALIZACION */
/* activa PC5 como salida */
DDRC|= _BV(PC5);
/* Parpadeo, Parpadeo ... */
/* PC5 esta a 5 (ver el fichero include/avr/iom8.h) y _BV(PC5) es 00100000 */
while (1) {
/* led on, pin=0 */
PORTC&= ~_BV(PC5);
delay_ms(500);
/* Activa la salida a 5V, LED desactivado */
PORTC|= _BV(PC5);
delay_ms(500);
}
}
El c�digo superior muestra lo simple que es escribir un programa.
Mirando s�lo el programa principal, la funci�n delay_ms esta incluida
en el listado completo
(avrm8ledtest.c). Para usar el pin PC5 como salida se de activar
el bit PC5 en el registro de direcci�n de datos del port C(DDR).
Despues puedes activar PC5 a 0V con la funci�n cbi(PORT,PC5) (Desactiva
el bit PC5) o a 5V con sbi(PORTC,PC5) )(activa el bit PC5).El
valor de "PC5" se define en iom8.h que se incluye via io.h. No hace
falta que te preocupes por ello. Si has escrito programas para
sistemas multiusuario / multitarea como Linux, sabr�s que no se ha de
programar un bucle infinito.Esto consumir� tiempo de CPU y enlentecer�
el sistema mucho.Pero el caso de AVR es diferente.No tenemos varias
tareas y no hay ning�n otro programa ejecutandose. Aqu� no hay un
sistema operativo. Es normal tener un bucle infinito.
La compilaci�n y la Carga
Antes de nada, asegurate que tienes /usr/local/avr/bin en el PATH.
Si es necesario edita tu fichero .bash_profile o .tcshrc y a�adelo:
export PATH=/usr/local/avr/bin:${PATH} (para
bash)
setenv PATH /usr/local/atmel/bin:${PATH} (para tcsh)
Utilizamos el puerto paralelo u el uisp para programar el AVR. Uisp
usa el interface ppdev del kernel. Por lo tanto necesitaras tener
los siguientes modulos del kernel cargados:
# /sbin/lsmod
parport_pc
ppdev
parport
Verifica con el siguiente comando : /sbin/lsmod , que est�n cargados.
En otro caso, cargalos (como root) con:
modprobe parport
modprobe parport_pc
modprobe ppdev
Ser�a buena idea que se ejecuten autom�ticamente durante el startup.
Puedes a�adirlos en un script rc (ejemplo para Redhat
/etc/rc.d/rc.local).
Para poder acceder al interface ppdev como usuario, el root te ha de
dar permiso de acceso mediante el comando:
chmod 666 /dev/parport0
Asegurate que el daemon de la impresora no est� ejecutandose ya que
utiliza el puerto paralelo. Si esta ejecutandose es mejor desactivar
este daemon antes de conectar el cable paralelo. Ahora ya esta todo
listo para compilar y programar nuestro microcontrolador.
El paquete para nuestro programa test (avrm8ledtest-0.1.tar.gz)
incluye un fichero make. Tan s�lo tienes que teclear:
make
make load
Esto compilar� y cargar� el software.No te explicar� los detalles
de todas las instruciones. Las puedes ver en Makefile
y son siempre las mismas. No puedo recordarlas todas. Si quieres
escribir un programa diferente,entoces reemplaza en los lugares
pertinentes de avrm8ledtest en el Makefile con el nombre de tu
programa.
Algunas binutils interesantes
Hay algunas binutils que resultan m�s interesantes que el propio
proceso de compilaci�n.
Esta utilidades no han cambiado desde Marzo del 2002. Revisa el
cap�tulo "Algunas binutils interesantes" en
article231, March
2002.
Ideas y sugerencias
Para muchos casos el ATmega8 es compatible con el AT90S4433.Tendr�s
que programar el microcontrolador para usar el oscilador externo y
podr�s utilizar con pocos cambios todo el hardware que present� en
articulos anteriores. Desgraciadamente no he tenido tiempo de probar
todos los circuitos con el ATmega8. Para evitar problemas, ser�a mejor
usar el viejo AT90S4433. Pero si no te importa los problemas y deseas
solventarlos entonces prueba el ATmega8 con los art�culos y montajes
previos.
A continuaci�n tienes una lista de los art�culos realizados con
el hardware antiguo:
Nota: El programador presentado el este art�culo, ya incorpora
las resistencias protectoras que se montaban en los circuitos
propuestos en pasados art�culos. Para poder usar las placas
propuestas en esos art�culos, se han de sustituir las resistencias
protectoras por un cable o puente.
Atmel suministra una nota de aplicaci�n "AVR081: Replacing AT90S4433
by ATmega8" donde se indican todas las incompatibilidades : at90s4433_to_atmega8.pdf
(101343 bytes)
Referencias