Elektrisch Programmieren 3: Der Pi Zero als ISP

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Im letzten Teil der Serie ging es darum, wie der Programm-Code für den ATtiny aussieht. Da Assembler-Code am besten geeignet ist, um möglichst viel über die Abläufe des Mikrocontrollers zu erfahren, gab es auch eine kleine Einführung in Assembler für den ATtiny. In diesem Teil soll es darum gehen, wie man den Programm-Code in den Flash-Speicher des ATtiny lädt. Normalerweise programmiere ich im Amtel Studio. Damit ist die Verwaltung eines Projekts und die Einstellungen der Chip-spezifischen Konfiguration sehr einfach. Mit einem 886MB großen Installer wird damit allerdings mit Kanonen auf Spatzen geschossen. Ein guter Editor ist völlig ausreichend. Ich habe mir vor einiger Zeit eine Lizenz für Sublime Text zugelegt, da der sich super konfigurieren lässt, es geht natürlich auch mit vim oder irgendein anderer Editor der idealerweise gleich das kompilieren und debuggen unterstützt.

Ist der Code erstellt, braucht es eine Build-Umgebung. Da ich im Folgenden auf dem RasPi entwickele, nutze ich dafür die gcc Werkzeuge und den avra Assembler. Also werden sie und mein auf dem Pi bevorzugter Editor vim auf dem RasPi installiert:

sudo apt-get install gcc-avr binutils-avr avr-libc avra vim

Der avra Assembler bringt die Include-Files mit, die am Anfang des Quell-Codes des Beispielprogramms geladen werden. Dabei stellt sich heraus, dass es einen Unterschied zum avra aus dem AVR Studio gibt: Es gibt nur eine Include-Datei zum ATtiny45 tn45def.inc die vom Inhalt her zwar identisch sein mit der tn85def.inc sollte, jedoch fehlt die Datei tn85def.inc im include-Verzeichnis. Und dann enthält diese Datei ausgerechnet einen Bug beim Bezeichner des OCIE1A-Bits. Also habe ich die Datei /usr/share/avra/tn45def.inc einfach in eine neue Datei /usr/share/avra/tn85def.inc kopiert und in der Zeile 451 die Bezeichnung OCE1A zu OCIE1A korrigiert. Hier die Datei tn85def.inc auf gitHub.com.

Ist der Quell-Code des Timer-gesteuerten Blink-Programms erstellt, kann er kompiliert werden:

 avra -fI -I /usr/share/avra -o TimerBlink.hex TimerBlink.asm

Nun haben wir die hex-Datei, die in den ATtiny geladen werden kann. Eigentlich braucht es dafür einen ISP, einen In-System Programmer für Mikrocontroller. Ich nutze bisher dafür den USBasp, den es ab ca. 5€ im Internet zu kaufen gibt:

Bildschirmfoto 2017-04-24 um 21.16.29

Allerdings geht es mit dem RasPi viel einfacher, da der ja eine SPI-Schnittstelle mitbringt.  Die muss nur mit Hilfe des Konfigurationsprogramms raspi-config unter Interfacing Options aktiviert werden. Und das Tool avrdude braucht nicht mehr, um den Code in den ATtiny zu laden. Die Verdrahtung ist sehr einfach. Dazu werden nur die Pins für den SPI-Port des Pi mit dem SPI-Port des ATtiny verbunden:

  • SCLK: Pi GPIO11  -> ATtiny Pin 7
  • MISO: Pi GPIO9  -> ATtiny Pin 6
  • MOSI: Pi GPIO10  -> ATtiny Pin 5
  • RESET: Pi GPIO25 -> ATtiny Pin 1
  • VCC: Pi 3V3 -> ATtiny Pin 8
  • GND: Pi GND -> ATtiny Pin 4

Durch die Nutzung des SPI-Ports braucht die Programmer-Software nur noch zu wissen, welches System genutzt wird, um dem GPIO-Port für RESET richtig anzusprechen. In der Konfiguration ist bereits das Gerät linuxspi hinterlegt, das über das Device /der/spidev0.0 angesprochen wird. Damit könnte es nach der Installation von avrdude schon losgehen:

sudo apt-get install avrdude

Doch die Baudrate 400000 in der Standard-Konfiguration ist für den Pi viel zu hoch. Daher habe ich mir die Datei ~/.avrduderc im Home-Verzeichnis mit folgendem Inhalt erstellt:

programmer
  id    = "pizero";
  desc  = "Use a Raspberry Pi Zero as ISP via /dev/spidev0.0";
  type  = "linuxspi";
  reset = 25;
  baudrate = 100000;
;

Noch schnell den Benutzer pi in die richtigen Gruppen hinzugefügt:

sudo usermod pi -a -G spi,gpio

Nun kann ich die Programmer-Konfiguration direkt mit avrdude nutzen und die hex-Datei in den ATtiny laden:

pi@zero:~/TimerBlink $ avrdude -c pizero -p t85 -P /dev/spidev0.0 -U flash:w:TimerBlink.hex
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: Device signature = 0x1e930B
avrdude: NOTE: "flash" memory has been specified, an erase cycle will be performed
         To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "TimerBlink.hex"
avrdude: input file TimerBlink.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (108 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.09s

avrdude: 108 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against TimerBlink.hex:
avrdude: load data flash data from input file TimerBlink.hex:
avrdude: input file TimerBlink.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file TimerBlink.hex contains 108 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 0.07s

avrdude: verifying ...
avrdude: 108 bytes of flash verified

avrdude: safemode: Fuses OK (E:FF, H:DF, L:62)

avrdude done.  Thank you.

pi@zero:~/TimerBlink $

Und nun blinkt es Timer-gesteuert und stromsparend Interrupt-geweckt:

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Pi Zero im WLAN

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Der OTG Adapter ist angekommen und das Setup für den Pi Zero ist nun komplett. Als WLAN Adapter kommt wieder der Edimax EW-7811Un mit dem Realtek RTL8188CUS Chipsatz zum Einsatz. Dieser USB-Wifi-Stick wird von raspbian von Haus aus unterstützt. Den Rest des Beitrags lesen »

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Hölzernes Prototyping mit dem Pi Zero

Pi Zero Kit and wood board.jpg

Den Pi Zero habe ich schon eine Weile in der Schublade liegen. Gleich als er in UK erschienen ist, habe ich mir einen für 5£ besorgt. Allerdings so ganz ohne Header und Netzwerk ist er erst einmal nur begrenzt einsetzbar. Im Zero Essentials Kit von Pi Hut war zwar ein OTG Adapter von Micro USB auf USB enthalten. Es stellte sich aber heraus, dass der defekt war. Ohne Header und ohne USB-Anschluss war das Projekt erst einmal auf Eis gelegt. Den Rest des Beitrags lesen »

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Elektrisch Programmieren 2: ATtiny unter totaler Kontrolle

PIN Layout

Im ersten Teil dieser Einführung in den ATtiny ging es um einen ersten Überblick über den Aufbau eines Mikrocontrollers. Das kleine Kerlchen für gerade einmal 1€ enthält ja ein komplettes System mit CPU, RAM und Flash auf einem winzigen Chip. In der Abbildung oben ist die Belegung der Pins des ATtiny abhängig von der jeweiligen Konfiguration dargestellt. Ein Beinchen kann also einmal mit einem I/O-Port verbunden sein, mal mit dem SPI Modul, mal mit dem Analog-Digital-Coverter. Welche Funktion das ist, hängt von der Konfiguration der jeweiligen Register ab. In diesem Beitrag soll gezeigt werden, wie ein Programm für den ATtiny mit Hilfe von Assembler erstellt wird und wie eine dieser Funktionen – der I/O-Port PB3 (hellgrau) – für einen Timer-gesteuerten Blinker  genutzt wird.

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Internetbasiertes FM-Radio – Teil 4: Schaltung und Arduino-Programmierung

In den bisherigen Teilen dieser Serie wurde (1) die Idee vorgestellt (ein Radio auf Basis des Arduino, dass die zum Ort passende UKW-Senderliste von einem RasPi per IP-Geolokation bekommt), (2) das Skript zum Beschaffen der UKW-Senderliste mit Hilfe von Screen Scraping vorgestellt und (3) die Programmierung der Kommunikation zwischen RasPi und Arduino per Seriellem Port und das Speichern in einem EEPROM des Arduino gezeigt.

In diesem Teil wird der Aufbau des eigentlichen Radios auf Basis des TEA5767 erläutert. Dieser Chip ist ein hoch integrierter Mikrocontroller, der ein komplettes UKW-Radio enthält und per I2C angesteuert wird. Es gibt ihn für 1€ – 3€ in vielen Webshops bereits auf einem Breakout-aufgelötet. Ich habe dem Board noch Steckbrett-geeignete Pins verpasst, um damit besser experimentieren zu können.

TEA5767-schema

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Elektrisch Programmieren: Der ATtiny

IMAG0211Es ist fast ein ganzes Jahr her, seit meinem letzen RasPi-Projekt. In dieser Zeit habe ich mich intensiver mit Mikrocontrollern beschäftigt. Der einfache ARM-Prozessor des RasPi war ein guter Einstieg in die Protokolle mit anderen Bauelementen, wie i2c-Sensoren oder EEPROM-Speicherbausteinen. Ich wollte noch kleinere Hardware, noch effizienter im Stromverbrauch, noch näher an der Hardware programmieren. Über den Umweg Arduino habe ich mir die Atmel ATMega Mikrocontroller näher angesehen. Der kompakteste 8bit Atmel Mikrocontroller ist der ATtiny. Den ATtiny85 bekommt man etwa für 1 € und man erhält ein System mit einer 20 MHz CPU, 512 Byte RAM, 8 KB Flash und 512 Byte EEPROM auf gerade einmal 0.73 cm². Programmiert wird er in C oder Assembler. Er versteht 120 (Maschinen-Code) Befehle und unterstützt mit i2c und SPI die wichtigen Industrieprotokolle für Sensoren und andere Mikrocontroller.

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Internetbasiertes FM-Radio – Teil 3: Serielle Datenübertragung zwischen RasPi und Arduino

RasPi Seriell Arduino

In Teil 2 wurde das python-Skript für die Erstellung der Senderliste vorgestellt. Für die Übertragung der Senderliste an den Arduino eignet sich die serielle Schnittstelle perfekt. Sie ist ja für die Kommunikation von lesbaren Zeichenfolgen geschaffen, daher sollte die Übermittlung einer Liste mit Sendernamen und Frequenzen kein Problem sein. Der Teufel ist jedoch ein Eichhörnchen und die Herausforderung einer seriellen Schnittstelle findet sich in den Details. Den Rest des Beitrags lesen »

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Internetbasiertes FM-Radio – Teil 2: Geolokation und Screen-Scraping

fmscanWie in Teil 1 bereits kurz erklärt, soll das Arduino-Radio mit dem TEA5767-FM-Chip die UKW-Senderliste passend zum eigenen Standort automatisch erhalten. Im ersten Schritt wird daher zunächst versucht, den eigenen Standort zu bestimmen. Dafür braucht es keinen GPS-Sensor. Schon die IP-Adresse liefert hinreichend gut den Standort, zumindest auf einige Kilometer genau. Das genügt, um die Radio-Sendemasten in der Nähe zu finden. Hinweise darüber liefert die Webseite fmscan.org: Die Seite listet für einen beliebigen Ort die empfangbaren Radiosender auf.

Für die Standortbestimmung per IP-Adresse gibt es einige Web-Datenbanken. Viele davon können kostenlos genutzt werden. So ganz zuverlässig ist das Ganze nicht, besonders, wenn der Internetanschluss von einem internationalen Anbieter genutzt werden. Ob es funktioniert, muss man einfach ausprobieren. Ein Dienst, der bei mir gut funktioniert hat, ist ip-api.com. Der Dienst liefert ausführliche Informationen zum Standort der abgefragten IP-Adresse und gibt sie auf Wunsch im JSON Format zurück. Das Format hat den Vorteil, dass es die Daten lesbar und in strukturierter Form vorhält. Mit einer entsprechenden Parser-Bibiliothek ist es sehr einfach, die Daten aus einer JSON-Datei in Skripten zu verwenden. Den Rest des Beitrags lesen »

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Internetbasiertes FM-Radio – Teil 1: Worum geht’s?

Internetbasiertes WAS? Das Internet braucht man eigentlich nicht, wenn der TEA5767 zum Tönen gebracht werden soll. Der TEA5767 passt auf eine Fingerspitze und enthält einen komplettes FM-Radio. Es muss nur die entsprechende Sendereinstellung in das Register geladen werden und schon gibt der Chip über den Stereo-Ausgang den Sound aus. Zudem verfügt der TEA5767 über einen automatische Sendersuchlauf und kann sich so per Knopfdruck von Sender zu Sender hangeln. Also wozu Internet? Weil das Internet alles weiß. Es weiß, wo man sich gerade befindet, welche UKW-Sendemasten in der Nähe stehen und welche Signalstärke am eigenen Standort ankommen müsste. Smartes Lokal-Radio also. Den Rest des Beitrags lesen »

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RasPi und Arduino seriell koppeln

RPG_2015_05_mediumAusgabe 05/2015 RasPi als Server: Noch ein Artikel von mir zum RasPi und seriellen Verbindungen im aktuellen Heft des Raspberry Pi Geek Magazins.

Die serielle Schnittstelle ist im Prinzip einfach und robust. Selbst kleinste Mikrocontroller haben die UART-Schnittstelle eingebaut. Der Arduino in seinen verschiedenen Ausführungen verfügt meist sogar über mehrere dieser Schnittstellen, um mit mehreren Komponenten gleichzeitig zu kommunizieren. Im Artikel wird gezeigt, wie die serielle Schnittstelle beim RasPi zur Kommunikation mit dem Arduino genutzt wird.

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