9. Embedded programming

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Embedded Programming

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Fab-20190313B_Review07: computer-controlled machining
Fab-20190313D_Lesson08: embedded programming
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Assignment

individual assignment:
read a microcontroller data sheet
program your board to do something,
with as many different programming languages
and programming environments as possible

group assignment:
compare the performance and development workflows
for other architectures

Learning outcomes

  • Identify relevant information in a microcontroller data sheet.
  • Implement programming protocols

Have you?

  • Documented what you learned from reading a microcontroller datasheet.
  • What questions do you have? What would you like to learn more about?
  • Programmed your board
  • Described the programming process/es you used
  • Included your code

Tutorial

9.1. What is Make and Makefiles
9.2. Timing an AVR microcontroller
9.3. ATtiny44 fuses
9.4. ATtiny Using C
9.5. ATtiny Using Arduino

For Japanese

data sheetを読む

  • English
  • Japanese
  • 読んで分かったことを書かないと「読んだ」とは証明できないので書くこと

week 7 Electronics designの書込みの手順

Makefileの構造

ターゲット名：依存ファイル名
[TAB]コマンド行

作りたいもの:材料
[TAB]作り方

手順

  • (1)でダウンロードしたもの
    • (1-1) hello.ftdi.44.echo.interrupt.c: Attiny に書くC言語プログラム
    • (1-2) hello.ftdi.44.echo.interrupt.c.make: Makefile(makeコマンドで実行する時の、コンパイルされるソースコードの依存関係や、コンパイルに必要なコマンドなどの情報が書かれている)
  • (3) $ make -f hello.ftdi.44.echo.c.make　の意味
    • make: makeコマンド
    • -f file: hello.ftdi.44.echo.c.makeをMakefileとして使用
    • 実行で作られたもの
      • hello.ftdi.44.echo.c.hex : C言語で書かれたコードをAVRで書き込む為に変換したもの
      • hello.ftdi.44.echo.c.out : size?
  • (4) $ sudo make -f hello.ftdi.44.echo.c.make program-usbtiny-fuses の意味
    • Makefileに書かれている program-usbtiny-fusesを実行して、fuseをAttinyに書き込む
    • program-usbtiny-fuses: $(PROJECT).hex avrdude -p t44 -P usb -c usbtiny -U lfuse:w:0x5E:m
      • コマンド行
        • avrdude -p t44 -P usb -c usbtiny -U lfuse:w:0x5E:m
          • avrdude: AVR Downloader/UploaDEr
          • -p t44 : AVR device
          • -P usb : connection port
          • -c usbtiny : programmer type
          • -U lfuse:w:0x5E:m : memtype:r|w|v:[:format]
          • lfuse : 書き込むメモリの場所を指定 Fuse Low Byte (FLB)
          • w : 指定されたファイルを読み、その内容を指定されたメモリに書き込む
          • 0x5E : 書き込むもの　5E(16進数) = 0101 1110(2進数)
          • m : イミディエート(即値)モード
  • Attiny44にはFuse Extended Byte, Fuse High Byte, Fuse Low Byteがある > datasheet 19.2
    • 1 Byte = 8 bit
      • 0000 0000 ~ 1111 1111（2進数 0b）
      • 00〜FF(16進数 0x)

  • Fuse Low Byte: datesheet Table 19-5

    • 0110 0010 : Default Value (Table 19-5)
    • 0101 1110 <- lfuse: 0x5E <- (5)
      • Bit[7]: CKDIV8 Divide Clock by 8
        • CKDIV8 0
      • Bit[6]: CKOUT Clock Output Enable
        • CKOUT 1
      • Bit[5:4]: SUT[1:0] Start-Up Time
        • SUT[1:0] 10 > 01
      • Bit[3:1]: CKSEL[3:1] ClocK SourcE
        • CKSEL[3:1] 001 > 111
          • Frequency Range (MHz) 8.0- (Table 6-9)
      • Bit[0]: CKSEL[0]
        • CKSEL[0] 0
        • CKSEL[0] 0 & SUIT[1:0] 01 > Additional Delay from Reset: 14CK + 64 ms (Table 6-10)
    • Fuse calculator

  • (5) sudo make -f hello.ftdi.44.echo.c.make program-usbtiny の意味

    • program-usbtiny: $(PROJECT).hex avrdude -p t44 -P usb -c usbtiny -U flash:w:$(PROJECT).c.hex
      • コマンド行
        • avrdude -p t44 -P usb -c usbtiny -U flash:w:$(PROJECT).c.hex
          • -U flash : フラッシュメモリ(プログラムを書き込むメモリ)へ
          • w : 指定されたファイルを読み、その内容を指定されたメモリに書き込む
          • $(PROJECT).c.hex : 書き込もの

Attiny44 のピン

  • Figure 1-1. Pinout of ATtiny44

  • echo hello-world board http://academy.cba.mit.edu/classes/embedded_programming/hello.ftdi.44.png

  • 空いていたピン

    • 左
      • PB2
      • PA7
    • 右
      • PA2
      • PA3
    1. Memories(AVR内で情報を記録する場所)
    2. 5.1 In-System Re-programmable Flash Program Memory
      • プログラムを書き込むフラッシュメモリ
      • Attiny44: 4KB
    3. 5.2 SRAM Data Memory
      • Register File: 32バイト、数は少ないが読み書きが高速でいろんな計算動作ができる
      • I/O Register: 64バイト
      • Internal data SRAM: 258 x8 バイト、読み書きは遅く演算対象にはできないが、数が多い
    4. 5.3 EEPROM Data Memory
      • AVRコンピュータの外にある記憶装置を１つのパッケージに収めたもの

  • I/O Register

    • 入出力ポート
      • 出力ポート: データを書き込むと書き込んだデータのビットに対応したピンの電圧が変化するもの
      • 入力ポート: 外部から与えられた電圧に応じてレジスタのビット値が変化し、読み取ることができるもの
    • 入出力ポートに関係するレジスタ
      • 入出力ポートに関係するレジスタはポート毎に３つ(ATTiny44にはポートA,Bがある)
        • DDRA – Port A Data Direction Register、方向設定レジスタ
          • datasheet 10.3.3
          • DDRレジスタとはマイコンのピンを出力か入力か設定するレジスタ
          • Bit[x]に(0)が書き込まれるとピンは入力ポートになる
          • Bit[x]に(1)が書き込まれるとピンは出力ポートになる
            DDRA = 0b11110000; //2進法での書き方
            DDRA = 0xF0; //16進数での書き方
          • ポートAのpin7,6,5,4が出力に、pin3,2,1,0を入力になる
        • PORTA – Port B Data Register、データレジスタ
          • datasheet 10.3.2
          • DDRレジスタで設定したのが入力(0)か出力(1)かで異なる
          • 入力設定時：内部プルアップを有効にするか無効にするかを設定
          • 出力設定時：ピンの電圧をHighにするかLowにするか設定
          • DDRA 入力(0): 内部プルアップを無効(0)
          • DDRA 入力(0): 内部プルアップを有効(1) > 入力はVccに20～100kΩでプルアップ
          • DDRA 出力(1): ピンの電圧をLow(0)
          • DDRA 出力(1): ピンの電圧をHigh(1)
            DDRA = 0b11110000;
            PORTA = 0b11001100;
          • PA7,6: ピンの電圧をHigh
          • PA5,4: ピンの電圧をLow
          • PA3,2:内部プルアップを有効
          • PA1,0:内部プルアップを無効
        • PINA – Port A Input Pins、入力用レジスタ
          • datasheet 10.3.4
          • DDRレジスタで入力(0)に設定したピンの電圧がHigh(1)かLow(0)かを格納する
            DDRA = 0b11110000;
            if (PINA = 0b0000001;) //PA0の電圧がHighなら
            { PORTA 0b10000000;} // PA7の出力をHighにする
        • ref.CRSマイコン講座 @ ウィキ
      • ポートA: PA0:7
        • datasheet 10.3.2
      • ポートB: PB0:3
        • datasheet 10.3.5

書き込んだプログラム

  • hello.ftdi.44.echo.interrupt.c
  • ヘッダファイル <avr/io.h> インクルード
    • #include <avr/io.h>
    • avrのIOポートをC言語のマクロで定義
      • 各レジスタのビット名とビット番号(0～7)の対応が定義される
        • PORTBのbit0～bit7に対応して、PB0～PB7という名前が定義される
        • 入力ポートPINBのbit0～bit7に対応して、PINB0～PINB7の名前で定義される
        • ref.始める電子回路
        • ref.AVRwiki
        • 「DDRx」や「PORTx」でレジスタを操作できるようになる
    • #define serial_pin_in (1 << PA0)
      • ビット操作のマクロ
        • PORTB = (1 << PINB5)// PB5ピンだけをHighにし、残りをLowにする
        • PORTB = 0xFF; //1111 1111
        • PORTB = (1 << PINB5); //0010 0000
  • 変換ツール
  • fuse bits - FabISP

Group Assignment

  • avr以外のものを使ってみる（プログラムしてみる）
    • Raspberry Pi
    • micro:bit
    • AVR + ArduinoIDE

Individual Assignment

  • datasheetを読む
  • LEDとボタンを使ったプログラムを書く
    • C
    • Arduino
    • mods?
    • …
      • 動かなかったら
        • オシロスコープでタイミングを見る
      • delayの値より実際が長かったら
        • fuse CKDIV8 Divide Clock by 8を確認
        • Atmel Studioでデバッグを試みる
  • 出来るだけ違う環境を試す
    • bootloader
      • Arduino

For Next Week

assignment

group assignment:
review the safety data sheets for each of your molding and casting materials,
then make and compare test casts with each of them

individual assignment:
design a 3D mold around the stock and tooling that you’ll be using,
mill it, and use it to cast parts

  • material: モデリングワックス：92x152x39mm　各１個　＞再利用する　＞MDX-15掃除> 削りかすを回収　＞使い終わったブロックを再び長方形に
  • mold: MOLD STAR 16 FAST 0.9kgx2 for 3
  • cast: SMOOTH-CAST 300 0.9kgx2 for 3
  • collor: SO-STRONG 9-パック カラーサンプラ―

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