| AVR: отладочный вывод через UART (RS232 debug) |
|
| Добавил(а) microsin | |||||
|
В статье рассказывается, как быстро встроить в firmware AVR отладочный вывод на текстовую консоль терминала. Немногие программисты (особенно начинающие) имеют в своем распоряжении аппаратный отладчик (типа JTAGICE mkII или AVR Dragon). Поэтому светодиод, осциллограф и текстовый вывод остаются актуальным средством отладки и поиска ошибок. Однако даже при наличии аппаратного отладчика часто нужно в реальном времени видеть, что делает выполняющийся код. Для этого в консоль терминала выводят так называемую отладочную информацию - данные, которые должен увидеть программист.
Самый простой способ реализации такого вывода - использование аппаратного UART, который имеется почти во всех моделях AVR. Вывод получается быстрый и нересурсоемкий (т. е. он не занимает много процессорного времени ядра AVR). Для вывода через UART для AVR есть уже готовые подпрограммы и макросы, один из них - модуль oddebug, который есть в составе библиотеки V-USB. [Использование модуля oddebug.c для отладки] 1. Скачайте библиотеку V-USB [1]. 2. В папке vusb-20120109\usbdrv возьмите файлы usbportability.h, oddebug.c и oddebug.h, и скопируйте их в папку своего проекта. 3. Добавьте в проект компиляцию модуля oddebug.c. Если у Вас проект AVR GCC, то добавьте модуль oddebug.c в список компиляции и линковки makefile: SRC = $(TARGET).c \ Если у Вас проект IAR, то добавьте модуль oddebug.c в дерево модулей проекта. 4. Добавьте в модули, где нужно использовать отладочный вывод, подключение заголовка oddebug.h (директивой include). 5. Задайте глобальное макроопределение DEBUG_LEVEL, не равное 0. DEBUG_LEVEL = 1 Если у Вас проект IAR, то добавьте определение DEBUG_LEVEL в свойствах проекта (Options -> Compiler -> Preprocessor -> Defined symbols). Модуль oddebug написан таким образом, что значение макроопределения DEBUG_LEVEL может быть либо 0, либо 1, либо 2: 6. Перед главным циклом main сделайте вызов odDebugInit(). Макрос odDebugInit настраивает UART на скорость 19200 бит/сек, 8 бит данных, один стоп-бит, без четности (19200 baud rate, 8 bit data, 1 stop bit, no parity) - имейте это в виду при подключении к порту отладки. 7. Для отладочного вывода используйте макросы DBG1() и DBG2(). Первый параметр макроса - байт префикса, он выведется в HEX-виде (и за ним будет двоеточие), второй параметр - если не 0, то адрес памяти, откуда будут выведены значения байт (указатель), а третий параметр - если не ноль, то количество байт для вывода. Примеры использования:
Как Вы уже наверное догадались, использование макросов DBG1 и DBG2 позволяет вести отладку на 2 уровнях, в зависимости от значения DEBUG_LEVEL. Если DEBUG_LEVEL = 2, то вывод может быть максимально подробным, так как будут выводить инфу и DBG1, и DBG2. Если DEBUG_LEVEL = 1, то отладочного вывода может быть меньше (будет выводится только макрос DBG1). [Устранение проблем] 1. oddebug.h:39:5: warning: #warning "Debugging disabled because device has no UART" Наверное, Вы забыли подключить заголовок, который задает символические имена Вашего микроконтроллера - oddebug.h не нашел имена TXEN или TXEN0, подключите нужный заголовок перед подключением oddebug.h. В проекте AVR GCC нужно подключить файл io.h: 2. Если у Вас чип, у которого нет имен TXEN или TXEN0, но задано имя TXEN1 или другое (например, так у чипа AT90USB162), то поправьте файл oddebug.h примерно так: исправьте на а также исправьте на Аналогичным образом поправьте условия определения ODDBG_TXEN, ODDBG_UBRR, ODDBG_USR USR, ODDBG_UDRE UDRE, ODDBG_UDR UDR. Готовый oddebug.h с внесенными исправлениями можете скачать по ссылке [2]. [Как подключить AVR к компьютеру] Для согласования уровней TTL RS232 (0..+5V) и стандартного RS232, который использовался на PC (+-12V), нужен специальный адаптер, наподобие [3]. По минимуму нужно соединить с инверсией TTL TXD отлаживаемого микроконтроллера с RXD компьютера. Сложность тут в необходимости обеспечить инверсию, сделать изолирующую развязку от статического электричества и одновременно обеспечить двухполярный сигнал TXD. На рисунке показан вариант такого подключения, обеспечивающий электрическую изоляцию отлаживаемого устройства и компьютера. Оптрон 6H2017C можно заменить на любой другой фототранзисторный. Напряжения +12V и -12V можно снять с коннектора ATX блока питания компьютера.
[Адаптер USB - TTL RS232] Если в Вашем компьютере нет порта RS232, то нужен переходник USB - TTL RS232 (его еще называют VCP переходник, Virtual COM port). Его можно собрать на чипе FTDI [7], а можно на микроконтроллере AVR. На фото показан пример такого адаптера, сделанного из макетной платы AVR-USB162MU [6], и подключенного к отлаживаемой макетной плате AVR-USB-MEGA16 (на которой, кстати, можно сделать точно такой же адаптер USB - TTL RS232). Вверху - плата AVR-USB-MEGA16, программа которой отлаживается, а внизу - адаптер USB - TTL RS232, собранный на плате AVR-USB162.
Сама плата AVR-USB162 физически уже готовый адаптер, который нужно просто прошить программой USB CDC (см. [2], папка bin) и подключить тремя проводками - GND, TXD, RXD (проводок TXD использовать необязательно, если нужен только отладочный вывод):
При первом подключении к компьютеру адаптера USB - TTL RS232 операционная система Windows запросит драйвер, укажите мастеру установки оборудования папку driver из архива [2].
Подключение адаптера USB - TTL RS232 к макетной плате AVR-USB-MEGA16 (микроконтроллер ATmega32A).
Подключение адаптера USB - TTL RS232 к макетной плате AVR-USB162 (микроконтроллер AT90USB162).
Подключение адаптера USB - TTL RS232 к макетной плате AVR-USB162MU (микроконтроллер AT90USB162MU). [Переходники USB - TTL RS232 на аппаратных чипах] Переходник USB TTL COM-port (он подключается с одной стороны к 6-pin коннектору FTDI, а с другой стороны к компьютеру по USB) можно купить готовый. Обычно такой переходник сделан по простейшей схеме на основе чипа FT232 (компания FTDI) или CP210x (компания Silicon Labs). Драйвер для переходника можно скачать с сайта соответствующей компании. Хорошие переходники USB to TTL Serial Cable FTDI (или на чипе CP210x) можно купить на eBay, dealextreme или aliexpress, есть даже предложения с бесплатной доставкой. При покупке выбирайте 5V версию (иногда бывают версии на 3.3V). Самый лучший вариант – когда можно выбрать перемычкой рабочие уровни порта TTL RS-232 (3.3V или 5V). Если уровни сигналов на переходнике USB to TTL и отлаживаемом устройстве не совпадают, то понадобятся последовательно включенные резисторы номиналом около 1…2 кОм.
[Использование класса USB CDC для отладки] Если Ваше устройство на AVR имеет интерфейс USB (как например макетные платы AVR-USB-MEGA16 или AVR-USB162), то Вы можете запустить на них программное обеспечение класса USB CDC, что дает возможность работать USB-устройству в качестве виртуального COM-порта. В этом случае переходник USB - TTL RS232 вообще не нужен. Пример использования виртуального COM-порта для AVR-USB-MEGA16 см. в [4] и для AVR-USB162 в библиотеке LUFA [5]. [Отладка кода в среде программирования Arduino IDE] Переходник VCP можно также использовать для отладочного вывода и загрузки кода скетча (в платах Arduino, которые не оборудованы собственным портом VCP), что может помочь в отладке кода программы [2]. В Arduino IDE для этой цели используется оператор println. int x = 0; void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println("Hello world"); delay(2000); //Задержка, чтобы можно было увидеть вывод. } void loop() { Serial.println(x); delay(500); x=x+1; if (x>5) {x=0;}; } [Назначение файлов и папок архива по ссылке [2]] bin готовые прошивки переходника USB - TTL RS232 (проект LUFA-110528\Projects\USBtoSerial), скомпилированные для плат AVR-USB162, AVR-USB162MU (чип AT90USB162) на частоты кварца 8 и 16 МГц. Как компилировать прошивки переходника USB - TTL RS232 (у Вас должен быть установлен пакет разработки WinAVR): 1. Перейдите в каталог LUFA-110528\Projects\USBtoSerial\. Проект USBtoSerial можно скомпилировать для всех 8-битных микроконтроллеров Atmel AVR USB (микроконтроллеры Atmel, имеющие на борту аппаратную поддержку интерфейса USB). [Часто задаваемые вопросы, FAQ] 120428. Сделал вывод отладочной информации через преобразователь уровней, заработало. Однако в PuTTY отображаются иероглифы (кракозябры и псевдографика). Скриншот прилагаю.
Наверное, где-то не совпадает кодировка, не подскажете ли - что нужно подправить? Ответ: причин может быть две. Первая - несовпадение кодировок текста, кодировка отладочного вывода и кодировка отображения в puTTY. Исправить просто - свойства сессии puTTY -> Window ->Translation. Попробуйте кодировку Win1251 (Cyrillic) или другие русскоязычные кодировки. Вторая возможная причина (в том случае, если используется физический UART AVR, что наверное имеет место у Вас) - несовпадение параметров приема / передачи (скорость, число бит, количество стоп-битов, наличие бита четности). Настраивается через свойства сессии puTTY -> Connection -> Serial. Параметры должны соответствовать настройкам UART AVR. [Ссылки] 1. V-USB download site:obdev.at - библиотека V-USB, ссылки на загрузку. |
