Делаем ISP-программатор из Arduino

Думаю, ни для кого не секрет, что первоначально программу в микроконтроллер заливают при помощи специального устройства — программатора. Конечно, ардуинщикам обычно не нужно об этом беспокоиться — у них есть bootloader (загрузчик), заранее прошитый в микроконтроллер, и прошивку он забирает по UART через COM-порт или через USB. Но чтобы прошить этот загрузчик или другую прошивку в «чистый» МК, нужен программатор.

Но в этой статье мы не будем рассматривать сборку и пайку программатора с нуля, а воспользуемся возможностями Arduino. Дело в том, что на большинстве плат Arduino до версии Uno есть микросхема FT232RL компании FTDI.

Эта микросхема представляет собой конвертор UART->USB, предоставляя операционной системе виртуальный COM-порт, работающий через USB. Но в данном случае нам нужна другая её возможность — управление отдельными выводам микросхемы, именуемое режимом bit-bang, которое позволяет «завернуть» произвольный протокол в USB. Задача состоит в том, завернуть в USB протокол прошивки МК.

Микроконтроллеры AVR, используемые в Arduino, прошиваются по уже знакомому нам протоколу SPI через разъём для внутрисхемного программирования — ISP (In-System Programming). Он так называется потому, что позволяет прошивать МК прямо в конечном устройстве. Вот как выглядит этот разъём на плате CraftDuino:

MISO, MOSI, SCK, RESET — это всё линии шины SPI, только вместо SS — RESET.

Но нам ещё нужен доступ выводам FT232RL, через которые будет осуществляться прошивка, и разработчики Arduino позаботились об этом, сделав разъём X3 (икс-три):

Если на вашей плате только контактные площадки для X3, нужно будет припаять кусок PLS-гребёнки самим.

Пины этого разъёма имеют следующее назначение для ISP-программатора:

1 (CTS) — MISO
2 (DSR) — SCK
3 (DCD) — MOSI
4 (RI) — RESET

А у CraftDuino вместо X3 есть стандартный разъём RS232, тоже соединённый с FT232RL, из которого нам нужны те же 4 вывода:

1 (CD) — MOSI
6 (DSR) — SCK
8 (CTS) — MISO
9 (RI) — RESET

Пораскинув мозгами, сделаем кабель для нашего импровизированного ISP-программатора:

С одного конца кабеля — разъёмы для Arduino X3/CraftDuino UART, и для питания:

А с другого конца — стандартный разъём ISP:

Обычно для прошивки AVR используется популярная утилита avrdude, которая поддерживает множество различных программаторов и моделей МК, её использует даже среда Arduino IDE для заливки скетча. Для этой утилиты есть патч, позволяющий прошивать МК через микросхему FT232RL, используя режим bit-bang. Нашлись добрые люди, которые уже пропатчили Windows-версию avrdude для работы с bit-bang-программатором на базе этой микросхемы, а я сделал то же и для Linux:

Патченая версия 5.3.1 для Windows.
Версия 5.10, deb-пакет для Linux i386 и amd64 (x86_64). с исходными кодами версии 5.10, библиотекой libftd2xx-1.0.4 с официального сайта FTDI и правлеными Makefile.in и avrdude.conf, чтобы всё это собиралось, корректно устанавливалось и работало. Проверял только на Ubuntu 11.04 (i386 и amd64).

Собственно, deb-пакеты собраны из выложенного тут патченого дистрибутива, но для параноиков есть другой вариант — пропатчить и собрать avrdude самолично, про это читайте тут. Только в avrdude.conf нужно добавить следующие строчки, а не то, что написано в статье по ссылке:

Если вы работаете в Linux, придётся сделать ещё несколько действий (FTDI нас любит):

ftdi_sio

avrdude

Если хотите, можете занести этот модуль ядра в чёрный список, внеся в /etc/modprobe.d/blacklist.conf строчку:

Только имейте ввиду, что для работы с виртуальным портом /dev/ttyUSB0 и т.п. (нужно Arduino IDE) этот модуль должен быть запущен. Это можно делать командой

USB Vendor ID и Product ID можно для верности уточнить командой lsusb, если Arduino подключена к компу:

Потом нужно создать группу ftdi-user и добавить себя в неё:

после чего нужно перелогиниться.

Ну и, чтобы служба udev узнала про изменения, нужно либо перезагрузить комп, либо вызвать

В статье про программирование AVR на C товарищ noonv уже описал, как пользоваться avrdude, а я опишу лишь заливку загрузчика на Arduino Diecimila с ATmega168:

Устанавливаем необходимые для быстрой прошивки загрузчика fuse-биты: кварц > 8 МГц, встроенный делитель на 8 выключен:
Заливаем загрузчик:

Но консоль не всегда лучше гуя, особенно для задания fuse-битов, и есть гораздо более удобный и надёжный способ — воспользоваться программой SinaProg, разработанной иранскими программистами. Их сайт давно сдох, зато программа живёт и здравствует и по сей день. О её настройке подробно написано у Di Halt’а, ну а мы не будем терять времени и возьмём готовую настроенную сборку с пропатченным avrdude (в сборке Di Halt’а ошибка в одном из конфигов). Версии под Linux, увы, не существует.

В секции Hex file выбирается hex-файл, который нужно залить или считать. Записывать и считывать можно как память программ (Flash), так и энергонезависимую (EEPROM). В секции Device нужно указать конкретный МК, в секции Programmer — программатор (у нас это ftbb), порт (FTDI0) и скорость порта (9600).

Ну и то, ради чего стоит пользоваться этой программой — секция Fuses. В раскрывающемся списке можно выбрать предопределённые конфигурации fuse-битов, которые задаются в Fuse.txt. Но самое главное открывается нашему взору по нажатию кнопки Advanced:

Здесь можно набивать fuse-байты вручную, а можно нажимать на кнопки «C» рядом со значением байтов и выставлять фьюзы тыканием галочек с описаниями. Для заливки загрузчика сначала нажмём кнопку Read, чтобы считать текущие значения fuse, а затем настроим Low fuse: частота кварца — более 8 МГц, время старта МК — 65 мс, делитель на 8 выключен:

После настройки жмём кнопку Write и ждём появления надписи «Writing Fuses… OK».

Теперь можно в главном окне в секции Hex file выбирать файл загрузчика ATmegaBOOT_168_diecimila.hex и в секции Flash жать кнопку Program. Если в процессе будут возникать ошибки, то над индикатором прогресса есть кнопка «>», открывающая сбоку в окне лог работы avrdude.

А давайте-ка прошьём какой-нибудь другой МК — например, ATtiny13.

Поставим МК на макетку, подсоединим к ней все линии разъёма ISP от нашего bit-bang-программатора, прицепим светодиод через резистор на 500 Ом к 3-й ножке (DB4) и подтянем RESET к питанию резистором на 10 кОм:

Пишем в любимом текстовом редакторе простой код простой мигалки светодиодом в файл blink.c:

Делаем hex-файл прошивки:

Перевтыкаем Arduino в USB и наблюдаем мигание светодиода при условии, что нет ошибок подключения (:

Вот так, путём нехитрых манипуляций руками и мозгами, можно сделать себе USB ISP-программатор, так что не нужно париться с отсутствием LPT на современных компах и COM-порта почти на любом ноутбуке — уж USB-то есть везде.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎