USnooBie - Chicoree

1 Préparation

Les micro-contrôleurs AVR qui peuvent se programmer directement par USB sans requérir un programmateur utilisent tous un même truc. Il s'agit d'un bootloader, installé dans la mémoire flash de l'AVR, et qui prend en charge le protocole de communication avec le logiciel de programmation.

1.1 Accéder au bootloader

1.2 Reconnaissance de l'émulateur USBasp

Lorsque l'USnooBie redémarre sur le bootloader pour être programmé, celui-ci émule le programmateur USBasp. C'est avec cet émulateur que le logiciel de programmation AVR communiquera pour télécharger un programme sur le micro-contrôleur. Sous Linux, cela se fait par l'intermédiaire d'un pseudo-fichier périphérique caractère situé sous /dev.

2 Programmation à partir de l'IDE Arduino

Dans la section précédente, nous avons configuré l'ordinateur sous Linux pour permettre la programmation de l'USnooBie. Il est temps maintenant de tester tout cela en téléchargeant un premier programme.

2.1 Installer et configurer l'IDE Arduino pour USnooBie

Le moyen le plus accessible de faire ses premiers tests avec l'USnooBie est d'utiliser l'IDE Arduino (et oui: l'UBnooBie est compatible Arduino!) Vous pouvez le télécharger sur le site d'Arduino http://www.arduino.cc/ ou l'installer à partir du gestionnaire de paquets de Debian:

2.2 Premier programme

Pour nous assurer qu'il est possible d'utiliser l'IDE Arduino pour programmer l'USnooBie, nous allons utiliser le classique et banal programme qui fait clignoter une LED (reliée à la broche 0 du port D):

2.3 Brochage

À l'exception des ports PORTD2 et PORTD7 (utilisés pour la liaison USB) toutes les broches de l'USnooBie peuvent être utilisées comme sur Arduino, même si leur rôle n'est pas sérigraphié sur la carte. Pour vous éclairer voici une illustration de la correspondance entre les broches de l'ATmega328P et celles d'Arduino:

3 GNU AVR Toolchain

Vous pouvez arrêter votre lecture ici. En effet, l'utilisation de l'IDE Arduino est très largement suffisante même pour des projets assez ambitieux. Et, si vous découvrez pour la première fois la programmation sur micro-contrôleur, inutile de vous embrouiller les idées avec des techniques plus complexes. Une fois plus familier avec cette plate-forme, et si vous désirez en exploiter au maximum les possibilités, vous envisagerez sans doute d'écrire des programmes plus proches du matériel. Il sera alors temps de passer à l'étape suivante, et de découvrir la suite d'outils classiques de la programmation AVR. En utilisation de base, les trois composants visibles de cette toolchain sont:

3.1 Installer les outils

Mais, avant de passer aux manipulations, il faut s'assurer que les différents outils sont disponibles. Comme illustré plus haut, ceux-ci sont regroupés en familles qui correspondent sur la plupart des distributions Linux à différents paquets. Sous Debian, et pour le développement pour cible AVR, les paquets à installer seront gcc-avr, binutils-avr et avrdude. Les bibliothèques C standard du paquet avr-libc seront aussi requises. Par contre, comme nous n'utiliserons pas ici le débogueur, il n'est pas nécessaire d'installer gdb-avr:

3.2 Premier programme

Comme plus haut, notre hello world de l'embarqué restera la LED qui clignote. Fonctionnellement, cet exemple fait la même chose que celui utilisant le SDK Arduino. Mais comme vous le constaterez le code est nettement plus ... euh ... impressionnant:

3.3 Compilation/téléchargement

Si tous les outils sont en place sur votre système et en supposant le code du programme enregistré dans un fichier main.c du répertoire courant, la compilation, l'assemblage et l'édition des liens peut être faite en utilisant la seule commande avr-gcc:

3.4 Analyse du programme

La compréhension complète du code – et son éventuelle modification – nécessitent de disposer des spécifications (datasheet) du micro-contrôleur ATmega328P. Celles-ci sont disponibles à partir de la page produit de la famille ATmega sur le site d'Atmel. Le fichier à télécharger est un PDF intitulé ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P. Il s'agit tout de même d'un document de plus de 560 pages! Inutile de tout lire pour l'instant, puisque je vous désignerai les pages correspondantes au fur et à mesure des explications.

3.4.1 Routine d'interruption

Ce programme exploite le timer/counter1 du micro-contrôleur décrit à partir de la page 115 de la documentation. Ce composant peut notamment être configuré pour compter des tops d'horloge, et donc déclencher une action à intervalles réguliers. Commençons par la fin, et regardons l'action qui doit être effectué régulièrement:

3.4.2 Programme principal

Le programme principal (main) constitue le point d'entrée dans le code utilisateur. En français, c'est là que votre programme va commencer son exécution. Ici, le main est chargé de configurer le timer1 et la broche PD0 selon nos besoins, puis il va se "terminer" par une boucle infinie, c'est à dire une boucle active pendant lequel le micro-contrôleur ne fait rien d'utile. Par contre, à intervalle régulier, cette boucle sera suspendue (interrompue) par le timer, puis une fois la routine d'interruption finie, la boucle reprendra son cycle infini.

3.5 Make

Si vous vous êtes amusé à apporter des modifications au programme précédent, vous avez peut être remarqué qu'il devient vite fastidieux d'invoquer un à un les différents outils de la toolchain. Et encore: nous n'avons qu'un seul fichier source. Vous imaginez que cela deviendra vite pénible sur un projet à peine plus important.

4 Conclusion

Voilà, cette introduction à la programmation pour cible AVR a été l'occasion de faire le grand tour: nous sommes partis de la technique la plus accessible, à savoir l'utilisation de l'IDE Arduino, puis nous avons abordés les outils professionnels qui permettent de manipuler au plus bas niveau le micro-contrôleur. Nous avons aussi en chemin évoqué quelques bornes pratiques, comme se référer à la datasheet de votre cible, ou utiliser make pour construire votre projet. Déjà, pris individuellement chacun de ces sujets est vaste. Et les aborder tous ici implique de ne se contenter que d'en effleurer la surface. Mais, j'espère vous avoir donné les informations nécessaires pour que vous soyez en mesure de les approfondir par vous même. Bonne découverte!