マイクロコントローラを学ぶのに最適な時期

マイクロコントローラのプログラミングの基本をマスターすることを考えた頻度を認めますか？ 潜在的なプロジェクトのアイデアを頭の中にいくつか持っていますが、それらを実装することはありません。 だから：今だけでは見つけることができないよりも良い開始時間。



なぜこの質問がHabrの聴衆にとって興味があると判断したのですか？ お気に入りにいくつかの投稿を追加する量を分析するだけで十分であり、結論はそれ自体を示唆しています。



一方、私の現在の環境には多くのプログラマーがいますが、埋め込み機能はほとんどありません。 マイクロコントローラについて彼らと話をすると、10年前に多くの人がマイクロコントローラについて同じ意見を持っているという印象を受けます。



マイクロコントローラ用のasmでの書き込みはx86アーキテクチャを使用するよりも簡単であるという事実にもかかわらず、多くの人はそれを恐れており、これが組み込みシステムへの道の障害となっています。 友人、今すぐマイクロコントローラを起動するために、その指示を知っていることは言うまでもなく、データシートを完全に読む必要さえありません。 もちろん、これがあなたの職業である場合、没入のレベルははるかに高くなりますが、製品を作成しようとするときに、カプセル化の原則に最後まで違反しないようにしてください使用されているソースライブラリを見てください？ 今、あなたは私が意味することを理解するでしょう。



マイクロコントローラをプログラミングしなかったときのことを漠然と覚えています。 asmで書き始めたのは、誰もがそれを行ったからだけでなく、通常のツールが事実上なかったからです。 AVRの8ビットコントローラーの人気は、新しいプロジェクトを作成し、数十行のコードを記述し、自分用の作業プログラムを取得できる非常に使いやすいライブラリーを作成したという事実によって説明します（周辺機器レジスターと割り込みベクターのアドレスは、ライブラリー作成者によって親切に記入されます）。 私は研究をしませんでした、これは私の個人的な記憶からです-他のコントローラーのためのより賢明なライブラリーがもっと早く存在したと確信していますが、それについては知りませんでした。



最初の真に大規模な32ビットマイクロコントローラーは、フランスのSTMオフィスによって作成されました。 その瞬間、多くの愛好家がCortex-M3のアーキテクチャに精通し、広く使用し始めました。 同時に、 STM32F103とLPC1768の2つのコントローラーを使用したことを覚えています。 可能な限り迅速にデバイスのプロトタイプを作成する必要がありました。 当然、私の選択は最初のものでした：フランスは標準周辺機器ライブラリと呼ばれる周辺機器用のライブラリをリリースし、 FreeRTOSを起動し、必要な周辺機器を接続し、次の抽象化レベルで既にスケルトンに基づいてプロジェクトを構築するだけで、それ以上気を散らすことはありませんでしたレジスタを操作します。 将来的にはスケルトンを使用し、32ビットCortexを曲げて、最小のATtinyで十分な場所に詰めましたが、ほとんどの場合、価格で十分です（そして、許可されなかった、または低消費電力が必要な場合は、安価なMSP430を使用できました）およびSTM8、しかしこれはめったに起こりませんでした）。



もちろん、Cortex-M3アーキテクチャを完全に学習し、F103データシートを吸う必要はないと言うなら、私はだましています。もちろん、 CMSISとStdPeriph_Libライブラリに対する私の情熱も助けではなく妨げになりましたが、私は家族に感銘を受けましたが、それでもコントローラーの世界は変化しており、よりシンプルで複雑になっていることに気付きました。



そして、私はあなたに伝えたいことをスムーズに達成しました。 実際、あらゆる種類のArduinoアセンブリの人気が、Texas Instrumentsの人々に長い間悩まされてきたということです。 MSP430ベースのランチャーをリリースし、コストと送料無料よりも安く販売し、プロジェクトをアップロードできるコミュニティを立ち上げ、 Energia fork Arduinoを作成し、Stellarisランチャーをリリースして、名前をTiva Cに変更しました（ただし、よりグローバルなブランド変更といくつかの新しい機能の追加に関するものであり、本質は変わっていません。 後者についてお話したいと思います。



EK-TM4C123GXLランチャーは 、12.99ドルでFedEx配送と一緒に購入できます（つまり、すぐに届きます）。 ボードには、Discovery F4（加速度計、サウンドセンサー、DAC、LEDの束であるボード）などのさまざまな電子機器が豊富ではありません-Tiva C LaunchpadにあるのはRGBダイオードと2つのボタンですが、その強度はそうではありませんボード上の追加デバイスで。







TivaWareと呼ばれるTI WebサイトからダウンロードできるライブラリのEK-TM4C123GXLのパワー。 事実、ライブラリは現在、コントローラー用にすべてを記述していますが、残念なことに、それらの多くは品質に大きな違いはなく、プロジェクトで使用することを恥じていない完全なライブラリよりもむしろ伝統的な例です（前述のLPC1768、NXPライブラリをSTMとほぼ同時に作成しましたが、品質はそれほど変わりませんでした）。 Tiva Cのライブラリは、その標準化、ドキュメント化、多様性に驚かされます。



少し後でTivaWareをダウンロードするように提案します。もしあなたが怠け者でなければ、インストール後に次のディレクトリを見ることができます：

• Driverlib-ここでは、adc、gpioなどの周辺機器用のドライバーを見つけることができます（ROMから関数を呼び出すためのマクロを含むヘッダーファイルを含む-詳細は後ほど）
• 例-まあ、もちろん、例です。 ボード、周辺機器、プロジェクトに分かれています。 最初の、もちろん、特定のデバッグボードのプロジェクト、周辺機器の使用の2番目の例、およびさまざまな開発環境（IAR、Keil、CCS）のクリーンプロジェクトの3番目の例では、ファイルはBSDライセンスの下で利用可能です。
• Inc-tm4c123gh6pmファイルなど、マクロを含むさまざまなヘッダーファイル。簡単なプロジェクトの作成に役立ちます。
• ドキュメント-これがTIの特徴です-シンプルで直感的なドキュメント。 内部には、ここで説明しているコンポーネントに関連するいくつかのユーザーガイド（DriverLib、Examples、Bootloader、IQmathなど）と、使用するランチャーへの直接のユーザーガイドがあります。
• Sensorlib-これは本当に驚いたことです。sht21、lsm303d、MPU6050など、さまざまなサードパーティセンサー用のドライバーがあります。 私は後者を使用するのが好きです（これは同じ水晶の加速度計とジャイロスコープのMEMSアセンブリです）、Invensenseの例から引き裂かれたライブラリを常に接続する前に、TIからのきちんと書かれたソースに非常に満足していました量子で）。
• IQmathは、Stellaris（Tiva C）デバイスで浮動小数点数を扱うために最適化されたアルゴリズムのライブラリです。
• Utils-コマンドライン、シリアルポート、スケジューラなどを操作するために頻繁に使用されるユーティリティ。
• 残りのディレクトリには、ブートローダー、サードパーティの生の製造元（FreeRTOSなど）、USBを操作するためのライブラリ、Windows用のドライバーなどが含まれています。

ランチャーでサンプルを実行するには、お気に入りのIDEのexamples / boards / ek-tm4c123gxlフォルダーからプロジェクトを開くだけです-すべて準備ができています（IARを使用しているので、ek-tm4c123gxl.ewwを開いてダウンロードしました構成済みのワークスペース）。 しかし、ご存知のように、ほとんどすべてのマイクロコントローラーにそのような調整された例があり、私たちが独自の何かを作成しようとすると、本当の困難が始まります。



わかりました、例だけでなく、カスタマイズされたプロジェクトスケルトンもあきらめましょう-すべてをゼロから開始します（当然、ライブラリのファイルを使用します）。 すぐに免責事項：ランチャーの使用を開始したのは今日のみであるため、ランチャーについても、ソースコードについてもほとんど何も知りません。 これは記事全体の主要なライトモチーフです-ある人が初めてTiva Cを見て、すぐに作業を試みます。



すぐに複雑で興味深いアプリケーションを作成したかったのですが、時間がかかることがわかったため、記事を緊急に公開する必要があったため、簡単な例を作成することにしました。もしあれば、もっと面白いことをします。



したがって、最初に必要なことは、ライブラリをダウンロードしてインストールすることです（これまで行っていない場合）。 さらに、IDEとフラッシャーをインストールする必要があります。







IARをIDEとして使用します（そのため、例が一緒になります）が、サポートされているものはどれでも使用できます。



誰も知らない、IARには無料で使用できる2つのオプションがあります-時間制限とコードサイズ制限があります。 そして、もちろん、これら2つがあなたに合わない場合、他のオプションがあります（あなたはあなた自身がどれを知っていますか）。 IARのインストールと登録の手順については説明しません。すべては簡単ですが、問題があればコメントで質問することをheしないでください。



したがって、まず、新しいプロジェクトを作成します。 プロジェクトのプロパティの設定をいくつか変更します。







次に、プロジェクト構造を設定する必要があります。 TIが提案した構造（例のように）に固執することをお勧めしますが、いくつか違いがあります。



フォルダー（実際には「グループ内」にありますが、フォルダーは多少なじみがある）Srcにはソースコードがあります。 例では、ライブラリファイルのソースファイルもそこに追加されますが、これはプロジェクトを混乱させるだけだと思います。



Libraryフォルダーには、DriverLibのファイルが含まれています。 TIはそこにすでにコンパイルされたファイルを追加します（IARの場合、これはdriverlib / ewarm / Exe / driverlib.aファイルです）、あなたは同じことをすることができますが、代わりにソースを追加することをお勧めしますソースコードを確認しておくと便利です。 他のライブラリ（Utilsなど）のファイルを同じフォルダーに追加する場合は、別の階層レベルを作成することをお勧めします。



サンプルを見逃しましたが、それもしませんでしたが、ヘッダーファイルを作成する場合は、Incフォルダーを作成します。



主なことは、これらのフォルダがユーザーの便宜のためだけのものであることを忘れないことです。ディスク上のファイルの配置とは関係がなく、コンパイルには影響しません。



そのため、Srcフォルダーにmain.cファイルを作成します



startup_ewarm.cをLibraryフォルダーに追加します-割り込みベクターの適切な初期化に必要です。 たとえば、プロジェクトのproject_0（これは例にあります）から取得できます。



main関数でプログラムを開始しましょう。 RGB LEDはランチャーのポートFに接続されているため、点滅します。

void main(void) { volatile uint32_t ui32Counter; //  while(1) { //     for(ui32Counter = 0; ui32Counter < 1000000; ui32Counter++) { } //     for(ui32Counter = 0; ui32Counter < 1000000; ui32Counter++) { } } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

uint32_tのような型を使用するのは良い習慣であり、異なるコントローラー上の変数のサイズのあいまいさを解決するのに役立ちます（さらに、MISRA-C標準に準拠しています）。 volatile-この変数は最適化すべきではないことをコンパイラーに伝えます（一般に役に立たない操作に使用するため）。 次は、無限のサイクル（学生が教えているように、マイクロコントローラーのプログラムが終了することはありません）と遅延のための2つのカウンターです。

このコードをコンパイルするには、ファイルの先頭に追加します。

 #include <stdint.h>
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

次に、点滅するLEDに直接進みます。



ランチャーページからTiva CシリーズTM4C123G LaunchPad評価キットユーザーマニュアルをダウンロードし、ダイオードがピンPF1（赤）、PF2（青）、PF3（緑）に接続されていることをユーザースイッチとRGBユーザーLEDセクションで読みます。

（TivaWareのdivaフォルダーにある）SW-TM4C-DRL-UGを開き、GPIOセクションを確認します。 導入から、最初にピンを出力に構成する必要があることを理解しています（もちろん、多くの構成があります）。 ここで、最も有用な関数の1つがGPIOPinRead（）およびGPIOPinWrite（）であることがわかります。 彼らがすることは理解できますが、パラメータのリストを明確にするためにそれらの説明を見ることが残っています。 すぐに、関数GPIOPinTypeGPIOOutput（）がピン出力の登録に使用されていることがわかります。 そのため、コードのコメントを次のように変更します。

 GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2); //  // GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, 0xFF); GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, 0); // GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, 0); GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, 0xFF);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ダイオードをオンおよびオフにします。



当然、driverlib / gpio.cファイルをLibraryフォルダーに追加することを忘れないでください。

 #include "driverlib/gpio.h"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

見出しで。



さらに、コンパイルプロセス中に、さらに2つのヘッダーファイルを追加する必要があることに気付きます。

 #include <stdbool.h> //    bool,    gpio #include "inc/hw_memmap.h" //   .
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これで、プログラムは次のようになります。

 #include <stdint.h> #include <stdbool.h> #include "driverlib/gpio.h" #include "inc/hw_memmap.h" void main(void) { volatile uint32_t ui32Counter; GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1); while(1) { GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, 0xFF); GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, 0); for(ui32Counter = 0; ui32Counter < 2000000; ui32Counter++) { } GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, 0); GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, 0xFF); for(ui32Counter = 0; ui32Counter < 2000000; ui32Counter++) { } } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

そして、コンパイルして実行すると、ダイオードの交互の色の変化を観察できます。



しかし、LEDの点滅は簡単です。 さらに進んで、I / Oポートのサポートを追加しましょう。

アクションは同じです。 UARTが接続されているポートを見つけ、UserGuideでモジュールの構成を読み取り、構成し、関数を使用してuartに書き込みおよび読み取りを行います。



私のuart初期化関数は、例の関数に似ていますが、興味深い違いが1つありました。 例からの初期化は次のとおりです。

 void ConfigureUART(void) { // // Enable the GPIO Peripheral used by the UART. // ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA); // // Enable UART0 // ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART0); // // Configure GPIO Pins for UART mode. // ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PA0_U0RX); ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PA1_U0TX); ROM_GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1); // // Use the internal 16MHz oscillator as the UART clock source. // UARTClockSourceSet(UART0_BASE, UART_CLOCK_PIOSC); // // Initialize the UART for console I/O. // UARTStdioConfig(0, 115200, 16000000); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ご覧のとおり、ここではROM_プレフィックスが付いた奇妙な関数が使用されています-これらは、ランチャーマイクロコントローラーのROMに既に保存されている特別な関数です。 それらについては、同じDRLのUserGuideで読むことができます。 これらは、フラッシュメモリ内のコードのサイズを削減するために作成されました。 あなたがそれを必要とするかどうかにかかわらず、私がアイデアを好きかどうかを決めるのはあなた次第です（とにかくPeripheral Driver Libraryを使用するので）。 ちなみに、ROMにライブラリの一部があるデバイスでコードが使用されるかどうかわからない場合は、マップされたROMコールを使用できます。 次に、ROMからのコードがあればそれが使用され、ない場合はコンパイルされます。



ROMを使用するには、いくつかの定数を設定する必要があります。プロジェクトオプションのC / C ++コンパイラの[プリプロセッサ]タブで、定数TARGET_IS_BLIZZARD_RB1を[定義済みシンボル]フィールドに追加します。 PART_TM4C123GH6PMとewarmをすぐに追加します-ライブラリファイルを正常にコンパイルするために必要です。







さらに、不足しているファイルをプロジェクトツリーに追加する必要があります。







したがって、残っているのはポートに何かを出力することだけです（読み取りには任意のターミナルエミュレータを使用できます。たとえば、WindowsではReal Termを使用しました）。 次に、ポートから文字を読み取り、色（r、g、b）のいずれかに属しているかどうかを確認し、対応するピンの状態を変更することを提案します。



UARTを初期化するための関数は既にあります。 ポートの初期化を変更して、3番目のピンを追加します（以前は出力用に2つのみを構成しました）。 UARTprintf（）関数を使用して、文字列を端末に出力できます。 utils / uartstdio.cライブラリから（当然、これをプロジェクトに追加し、ヘッダーファイルを含める必要があります）。



UARTCharGet（）関数で文字を読み取ります。 シンボルがいぼに到着するまでループに入ります。 その後、ピンに対してアクションを実行し、サイクルの最初に戻ります。

 #include <stdint.h> #include <stdbool.h> #include "inc/hw_memmap.h" #include "inc/hw_types.h" #include "driverlib/gpio.h" #include "driverlib/rom.h" #include "driverlib/sysctl.h" #include "driverlib/uart.h" #include "driverlib/pin_map.h" #include "utils/uartstdio.h" void ConfigureUART(void) { ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA); ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART0); ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PA0_U0RX); ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PA1_U0TX); ROM_GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1); UARTClockSourceSet(UART0_BASE, UART_CLOCK_PIOSC); UARTStdioConfig(0, 115200, 16000000); } void main(void) { volatile uint32_t ui32Loop; uint32_t ui32Color; uint8_t ui8Red = 0xFF; uint8_t ui8Green = 0xFF; uint8_t ui8Blue = 0xFF; GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3); ConfigureUART(); UARTprintf("Hello HabraHabr!\n"); while (1) { UARTprintf("Please, enter color(r,g,b) \n"); ui32Color = UARTCharGet(UART0_BASE); switch (ui32Color) { case 'r': GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, ui8Red); ui8Red = ~ui8Red; break; case 'b': GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, ui8Blue); ui8Blue = ~ui8Blue; break; case 'g': GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_3, ui8Green); ui8Green = ~ui8Green; break; default: UARTprintf("Incorrect color! \n"); break; } } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

TivaWareで、興味深いライブラリ-utils / cmdlineを見つけました。 コマンドラインから入力されたコマンドを作成および処理できます。 私はそれと他のいくつかの興味深いライブラリを使用して興味深いプロジェクトを作成したかったのですが、時間がなくなっているので、興味がある場合は後でそれについて書くことができます（FreeRTOSについてここで言及されていない中断も同様）。

さて、今、時間が不足しているという事実について何度か書いた理由と、コントローラーの研究を開始するためのすべての有利な時間の中で、最も有利なのは今です：1月22日、 組み込みシステム-Shape The WorldコースはedXで始まります。







登録は無料ですが、証明書を受け取りたい場合は、料金（最低50ドル）を支払う必要があります。 個人的に、私は50ドルを支払いました-証明書のためではなく、単にそのようなコースへの愛情とサポートで。



参加するには、Tiva Cランチャーとさまざまなルースパウダーを購入する必要があります。 後者はどのラジオ市場でも購入できますが、急いでランチャーを使用する必要があります。通常、TIはFedEx経由で送信されますが、コース開始までに1週間がかかりますが、これには最大10日間かかります。



しかし、心配する必要はありません。最初のレッスンでは、すぐにハードウェアを操作する必要はないと思います。プログラムをシミュレートできるかもしれません。



だから、いくつかの結論。 このようなライブラリの使用は、両刃の剣です。 一方では、開発を簡素化し、エントリのしきい値を下げ、他方では、基本の理解を複雑にする抽象化レベルを作成します（記事全体でデータシートへの単一の参照はありませんが、これは間違っています：常にデータシートを見る必要があり、これは前提条件です）専門家で）。 しかし、そのようなライブラリーは、arduino（ちなみに、Energiaが説明されているランチャーをサポートしている）とは異なり、1つの利点があります：現実の誤った理解を作成しない。 ライブラリを使用する場合、抽象化は非常に現実的なデバイスであり、関数と実際のレジスタの類似点はトレースするのが難しくないことを理解しています。



この資料が、この素晴らしいデバイスを（非常に表面的ではありますが）購入して研究することを奨励することを願っています。 TM4C123Gで実装できるプロジェクトのアイデアはあるが、実装に問題がある場合は、コメントでそれについて書くことをheしないでください。一緒に対処します。