Семейство микроконтроллеров с архитектурой AVR стало де-факто стандартом для радиолюбительских поделок. Я начинал изучать контроллеры именно с этого семейства, но и сейчас нередко использую их в домашних конструкциях.

Вот уже более года для отладки прошивок я использую AVR dragon.

 

AVR Dragon – самый дешевый отладчик для микроконтроллеров AVR фирмы Atmel, поддерживающий debugWire.

Чем отличается программатор от отладчика?

Программатор – это просто устройство, записывающее программу в контроллер. Дальше программа исполняется сама по себе и если что-то пойдет не так, то узнать что именно — очень сложно. Отладчик позволяет остановить исполнение программы в любой точке и узнать значения всех переменных, регистров и вообще памяти, отладчик позволяет исполнять программу пошагово, посмотреть стек вызовов функций и кучу других полезностей. Вообщем, отладчик – это круто!

 

Интерфесы

Чтобы было понятно, зачем мне нужно было покупать именно этот отладчик, а не собрать, к примеру, вот такой, кратко опишу разные интерфейсы программирования и отладки которые используются в контроллерах AVR.

ISP (In System Programming) – интерфейс внутрисхемного программирования, позволяет программировать контроллер не выпаивая из платы. Через ISP контроллер программируется с небольшой скоростью, но ISP обладает большим достоинством для начинающих – программатор для этого интерфейса состоит из четырех проводков. Во многом благодаря этому интерфейсу, Atmel стал лидером любительских конструкций. Для того, чтобы запрограммировать контроллер, к нему нужно подключить 4 сигнала – MISO, MOSI, SCLK, RESET.

HV prog – высоковольтное программирование. Умеет очень быстро программировать контроллеры, используется при массовом выпуске, в любительской практике практически бесполезен. (может быть использован для восстановления ISP, если вы его случайно отключили по невнимательности). К контроллеру нужно подключить 18 сигналов — PD[7…0], PC[7…0], XTAL, RESET.

JTAG – самый широко используемый отладочный интерфейс. О нем уже очень много написано, поэтому повторяться не буду. Присутствует в контроллерах с большим количеством ножек. Требует подключения пяти сигналов (TCK, TDO, TMS, TDI, RESET).

debugWire – проприетарный отладочный интерфейс Atmel, который позволяет следить за внутренними процессами контроллера по одному проводу (RESET). Так, как в любительской практике обычно используются контроллеры с маленьким количеством ножек, это просто замечательная альтернатива JTAG’у.

К сожалению, Atmel немного испортил всю замечательность идеи тем, что debugWire на новых контроллерах отключен по умолчанию, и включается с помощью ISP интерфейса (тоесть, прийдется сначала подключить к контроллеру целых 4 контакта, включить debugWire, и только после этого можно отключить 3 контакта SPI).

 

 

AVR Dragon позволяет отлаживать контроллеры с памятью до 32кБайт, а программировать умеет вообще все контроллеры AVR (кроме atxmega).

Конечно, за цену AVR dragon можно накупить очень много больших контроллеров ( 33 штуки atmega16, к примеру ) и использовать их с  AVR JTAG ICE clone, так-что покупать дракона или нет – решать вам. Лично я люблю использовать хороший инструмент, поэтому купил.

 

DebugWire

Практически все поделки я собираю на контроллерах: atmega48, atmega88, atmega168 и attiny13. Это очень сбалансированные контроллеры! Все они имеют debugWire интерфейс.

Первая проблема, с которой я столкнулся, купив avrDragon – как-же его подключить к контроллеру? Дело в том, что на самой плате отладчика выведена только колодка. На противоположной стороне нарисована карта расположения выводов, но как они согласуются – далеко не очевидно! Я разок ошибся с подключением,  поэтому выкладываю расположение контактов.

Каждый сигнал нужно подключить к такому-же на контроллере. Сигнал VTG ( Target Voltage ) служит для подстройки логических уровней отладчика к логическим уровням отлаживаемого контроллера и подключается к напряжению его питания.

Вторая проблема – DebugWire не работает, если у контроллера нет тактовой частоты! Я долго искал проблему в драконе и проводах, а оказалось, просто дорожка к кварцу была повреждена.

Третяя проблема – скорость отладки в AVR Studio была значительно выше, чем в IAR. Так как основное мое средство разработки все-же IAR, это меня совсем не радовало. К счастью, в последних версиях IAR’а скорость работы с debugWire значительно увеличилась.

Для подключения дракона к контроллерам, я спаял два проводка. Одни из них припаивается прямо к дорожкам, второй вставляется в разъем на плате. Так как на разъеме дракона нет ключа, я сделал свой – написал TOP. Кстати, провода очень удобно метить такой технологией – пишем маркером на термоусадке название сигнала и термоусаживаем ее – наши надписи теперь стали маленькие, красивенькие и ни за что не слезут с проводков!

Теперь типичная последовательность действий. Запускаем IAR. В опциях проекта меняем отладчик на Dragon (Project->Options->Debugger, устанавливаем Dragon). Подключаем дракона к плате, подаем питание. Теперь выбираем в меню Dragon->Fuse Handler. Устанавливаем те фьюзы, которые нам нравятся, разрешаем debugWire (фьюз DWEN). Отключаем питание, отключаем ISP от контроллера (можно и оставить, если SPI не используется), оставляем только RESET, VTG и GND подключенными. Включаем питание, жмем на кнопку “Download and Debug”. Вуаля:

 

 

Если захочется поменять фюзы, придется опять подключить ISP контакты. В подавляющем большинстве проектов SPI не используется, поэтому можно один раз подключиться и ничего не трогать.

У дракона есть несколько опций (Project->Options->Debugger->Dragon):

Supress download – если поставите галочку, будет спрашивать вас – загружать новую программу в контроллер или оставить старую? Используется для (весьма сомнительной) экономии времени и ресурса флэш-памяти.

Allow download to RAM – иногда в процессе отладки, требуется сохранить данные ОЗУ, а потом загрузить их обратно в контроллер. Эта опция позволяет это сделать. Я никогда ей не пользовался, поэтому ничего толком сказать не могу.

Target consistency check – проверяет правильность записанных данных.

Эти опции используются редко и не очень важны, а вот на второй вкладке есть очень важная опция:

Run timers in stopped mode – таймера контроллера продолжают работать, даже если программа остановлена. К примеру, это очень важно для ШИМов, если их остановить в непредвиденный момент, что-нибуть может выйти из строя.

У меня спрашивали – можно ли программировать контроллер по debugWire, или это только отладочный интерфейс? Ответ – можно. Но опять-же придется сначала включить debugWire с помощью ISP.

 

JTAG

Недавно попробовал использовать JTAG с AVR ами. Впечатления самые положительные. Заливает прошивку значительно быстрее, чем debugWire. Умеет программировать фюзы.

 

Макетное поле

На драконе есть еще макетное поле. Говорят, если впаять туда ZIF-панельку, то будет очень удобно массово программить контроллеры. Лично я этим не занимался, поэтому ничего сказать не могу.

 

Проблема со стабилизатором.

Есть еще одна проблема. В схеме питания дракона разработчики допустили ошибку, и микросхема в блоке питания некоторых экземпляров сгорает. Atmel дает рекомендацию выпаять сгоревшую микросхему и припаять один проводок, при этом гарантия на дракона не теряется.

Эта проблема проявляется при прикосновении пальцем к микросхеме-стабилизатору напряжения, который возбуждается и перегревается. При этом материнская плата должна ограничить ток и отключить дракон, но дешевые материнки этого не делают и дракон сгорает. На картинке показано, куда не стоит прикасаться.

В прочем, пока микросхема не сгорела, переделкой заниматься не стоит. Главное – выключать дракона когда на долго отходите от него чтобы не устроить пожара. Дракон может оказаться огнедышащим!

Как на зло, сразу после написания этой статьи стабилизатор моего дракона сгорел. Я произвел переделку, и все заработало (даже лучше, чем до этого – меньше разрывов связи). Переделка очень простая. Нужно выпаять микросхему стабилизатора и пробросить проводок от USB разъема до танталового конденсатора. Микросхема-стабилизатор имеет термалпад, и поэтому отпаивается довольно сложно.

Возникает вопрос – зачем Atmel поставил на плату стабилизатор, если его можно без проблем заменить просто проводком? Сам Atmel на этот вопрос отвечает так —

Большинство компонентов на плате имеют диапазон напряжений питания 4.5-5.5 вольт. Однако, стандарт USB говорит о том, что напряжение на шине USB в худшем случае может опускаться до 4.15 вольт ( если используется USB хаб с питанием от компьютера ). Для того, чтобы поднять напряжение с 4.15 до 5 используется стабилизатор.

Таким образом, если вы подключаете дракона напрямую к компьютеру или к хабу с внешним питанием, то после переделки дракон будет продолжать работать как ни в чем не бывало.