[Programowanie] Jak rozpocząć przygodę z ARM-ami (wersja szybka, choć droga)

[Elvis]

Na początek potrzebujemy procesor. W przypadku AVR-ów było łatwo. Kupowaliśmy układ w obudowie DIP i mogliśmy pracować. Niestety ARM-y w takich obudowach nie występują. Jesteśmy więc skazani na zaprojektowanie własnej płytki i wlutowanie układu, albo kupienie płytki z układem już wlutowanym. Ja proponuję to drugie rozwiązanie.

Wybór modułu z procesorem

W dalszej części będę opisywał pracę z układem LPC-2148. Wykorzystywany moduł to:

http://www.shop.kristech.eu/product_info.php?cPath=21_26&products_id=87

Jeśli jego cena jest za wysoka można skorzystać z innego, np.:

http://www.shop.kristech.eu/product_info.php?cPath=21_26&products_id=89 – z układem 2103

http://www.propox.com/products/t_136.html – z układem LPC2138

Moduły olimex-a (dostępne na stronie kristech.eu) mają tę zaletę, że na płytce znajdziemy od razu gniazdo JTAG-a. Z drugiej strony moduł propox jest sporo tańszy. Jeśli będzie zainteresowanie opiszę przykładowy projekt na płytce propox-a. W tej chwili mam moduł na LPC-2148, więc zamierzam go wykorzystać.

Na początek słowo o rodzinie układów LPC-21xx. Układy zaprojektowane zostały przez Philips, aktualnie produkowane są przez NXP. Wszystkie opierają się na jądrze ARM7TDMI.

Procesory zasilane są napięciem 3.3V, niektóre wyprowadzenia tolerują napięcie 5V, jednak nie można tym napięciem zasilać procesorów.

Procesor LPC-2103 jest przykładem starszej rodziny procesorów ARM – wymaga aż dwóch napięć zasilających – 3.3V dla peryferiów i 1.8V dla jądra.

Na szczęście moduły wyposażone są w stabilizatory. Moduły można zasilać napięciem 5V (pamiętając, że procesory pracują na niższym).

Procesory LPC2148 i LPC2138 są dość podobne. LPC2148 jest nowszą wersją układu, posiada obsługę USB. Natomiast LPC2103 jest znacznie słabszym układem.

Na początek kilka parametrów układów, tak aby porównać z AVR.

Procesory LPC2138 i LPC2148:

* 32-bitowy rdzeń

* 512kB pamięci Flash

* 32kB/42kB pamięci RAM

* częstotliwość zegara do 60MHz

* zegar RTC z możliwością podłączenia zewnętrznej baterii podtrzymującej

* szereg interfejsów komunikacyjnych UART, SPI, I2C, USB

Procesor LPC2103 różni się głównie dostępną pamięcią:

* 32kB pamięci Flash

* 8kB RAM

Wybór programatora

Przyjmijmy, że już zdecydowaliśmy się, który układ chcemy użyć. Kolejny problem to programator.

Układy LPC21xx mogą być programowane na dwa sposoby:

* przez interfejs JTAG

* przez RS-232

Programowanie przez JTAG

Do tworzenia oprogramowania to rozwiązanie jest bardzo wygodne. Po pierwsze transmisja jest znacznie szybsza niż przez RS232 (a przesłanie 512KB długo trwa). Po drugie mam możliwość debugowania programu. Możemy ustawiać pułapki (breakpoints), odczytywać wartość zmiennych, itd. Wadą tego rozwiązania jest konieczność zakupu interfejsu. Jeśli jednak chcemy na poważnie zainteresować się programowaniem ARM-ów taki interfejs może być niezbędny. Do wyboru są 2 główne opcje:

* JTAG po złączu równoległym

* JTAG po USB

Programator przez złącze równoległe (drukarki) jest sporo tańszy, niestety takie złącze rzadko jest montowane w laptopach. Jeśli jesteśmy szczęściarzami posiadającymi taki komputer, możemy kupić jeden z interfejsów:

http://www.shop.kristech.eu/product_info.php?cPath=57&products_id=69

http://www.propox.com//products/t_122.html

Można też spróbować samemu zmontować taki interfejs.

Jeśli tak jak ja nie mamy złącza drukarkowego w komputerze pozostaje tylko interfejs przez USB. Ja używam interfejsu Olimex-a:

http://www.shop.kristech.eu/product_info.php?cPath=57&products_id=97

Nie jest tani, jeśli uda nam się kupić inny, powinien być równie dobry.

Polecam stronę:

http://www.freddiechopin.info/index.php/pl/projekty/49-arm-jtag-rev01-rev02

Jest tam opisany JTAG własnej konstrukcji, znacznie tańszy niż gotowe rozwiązanie.

Ja w dalszym ciągu będę opisywał pracę przez Olimex JTAG, jednak inne układy działają podobnie.

Programowanie przez RS232

Jest to niewątpliwie najtańsza opcja programowania. Wygląda to podobnie jak w przypadku AVR przez ISP – wgrywamy program i obserwujemy, czy działa. Nie mamy niestety możliwości debugowania programu. Jest to dobre rozwiązanie, gdy program jest już gotowy. Pisząc program JTAG jest nieocenionym narzędziem.

Wybór kompilatora

Gdy mamy już sprzęt warto pomyśleć o kompilatorze. Istnieje możliwość programowania w środowisku Eclipse oraz kompilacji w gcc, jednak jest to nieco skomplikowane (polecam opis na stronie http://www.freddiechopin.info/ ).

My, aby szybko zacząć wykorzystamy CrossStudio. Kompilator dostępny jest na stronie:

http://rowley.co.uk/arm/index.htm

Do nauki wykorzystamy 30-dniową wersję testową. Po tym czasie konieczny będzie zakup licencji (koszt 150$) lub zmiana kompilatora.

Co potrzeba na początek

Podsumowując, aby szybko zacząć, potrzebujemy:

1)moduł z procesorem LPC-H2148 – koszt 203 zł

2)interfejs ARM-USB-OCD – koszt 318,50 zł

3)kompilator CrossWorks for ARM – koszt 150$ (30-dniowa wersja darmowa)

Więc na początek potrzebujemy ok. 520zł, do tego dojdzie koszt płytki uniwersalnej, elementów oraz ew. kompilatora.

Jeśli jest to za duży koszt, i tak zachęcam do lektury artykułu. Jeśli będzie zainteresowanie, postaram się przygotować informację o tym jak zacząć pracę z ARM-ami znacznie taniej (na początek koło 100 zł, więc jak widać sporo taniej). Jednak taniej oznacza trudniej, coś za coś.

Instalacja kompilatora

Kompilator pobieramy ze strony firmy Rowley: http://rowley.co.uk/arm/index.htm . Po prawej stronie są linki ("Latest Downloads"->Version 2.0 for Windows).

Samej instalacji nie będę opisywał, nie wyróżnia się niczym szczególnym.

Po instalacji uruchamiamy program i dokonujemy aktywacji licencji 30-dniowej. Program przygotuje kod i wyśle go (za pomoca maila) do producenta. Zwrotnie dostaniem email z naszym kodem licencji. Jeśli będą jakieś pytania opiszę ten etap dokładniej, wydaje mi się jednak, że nie powinno być z tym problemu.

Następny etap to instalacja tzw. pakietu dla naszego procesora. Kompilator CrossWorks (czy też CrossStudio, sam nie wiem jak on się nazywa) może obsługiwać rożne procesory, m. in. LPC2xxx, STM32, i wiele innych. Musimy jednak sami pobrać odpowiednie pakiety.

Wybieramy opcję Tools->Install Packages... i wyszukujemy pakiet NXP LPC2000 (typu CPU Support Package). Naciskamy Next i gotowe.

Po uzyskaniu licencji (i aktywowaniu) oraz instalacji pakietu dla LPC2000 jesteśmy gotowi do pracy.

Podłączenie

Najpierw instalujemy driver-y od JTAG-a. Powinny być na dołączonej płycie. Jeśli nie pobieramy z sieci sterowniki dla układu FT232. Podłączamy JTAG, sprawdzamy czy komputer poprawnie wykrył urządzenie USB.

Podłączenie JTAG-a do modułu z procesorem jest dziecinnie proste. Gniazdo jest na płytce modułu, kabel jest dołączony do JTAGa.

Pozostaje podłączyć zasilanie. Normalnie moduł jest zasilany z płyty głównej. My na początek wykorzystamy zainstalowane na nim gniazdo USB. Bierzemy zwykły kabel USB typu A-B (taki jak do podłączenia drukarki) i łączymy moduł z komputerem. Komputer wyświetli komunikat o nierozpoznanym urządzeniu. Nie przejmujemy się tym na razie, sprawdzamy czy diody na module świecą.

Hardware mamy gotowy.

Komunikacja z procesorem

Uruchamiamy CrossStudio i sprawdzamy, czy mamy komunikację z procesorem. Zaletą, ale i wadą środowiska CrossStudio jest jego konfigurowalność. Wszystko można pozmieniać, poprzesuwać. Z drugiej strony na początku ciężko się połapać co gdzie jest. Jeśli po prawej stronie nie są widoczne okna „Targets” oraz „Properties Winows” wyświetlamy je wybierając opcję View->Targets oraz View->Properties Window. Układ powinien być taki jak na screenie zamieszczonym wcześniej.

W okienku Targets wybieramy „Olimex ARM-USB-OCD”, klikamy prawym klawiszem i wybieramy „Connect”.

Jeśli mamy szczęście nazwa interfejsu zostanie pogrubiona, co świadczy o dokonaniu połączenia.

Ja miałem problemy z połączeniem, w końcu udało się po zmianie ustawień (wybieramy nasz interejs w oknie Targets, ustawienia zmieniamy w oknie „Properties”):

Adaptive Clocking: Yes

JTAG Clock Divider: 4

Po zmianie ustawień ponownie wybieramy Connect, tym razem połączenie następuje bez problemu.

Pierwszy program

Wybieramy opcję File->New Project.

W oknie Categories wybieramy NXP (jeśli go nie ma, wracamy do punktu „instalacja pakietów).

Następnie wybieramy z Project Templates wybieramy „An executable for NXP LPC21xx” (trzecia opcja od góry).

W polu Name wpisujemy nazwę projektu oraz wybieramy, gdzie nasz projekt zostanie zapisany.

Musimy pamiętać o zmianie katalogu docelowego – najlepiej utwórzmy nowy folder dla nowego projektu. Inaczej wszystko wyląduje w jednym domyślnym folderze.

Klikamy Next.

Tutaj zmieniamy częstotliwość kwarca (moduł LPC-H2148 ma kwarc 12MHz) i wybieramy procesor LPC2148. Pozostałe opcje możemy zostawić bez zmian.

Kolejne okno pozwala na wybór plików, które utworzy dla nas środowisko. Odznaczamy pliki LPC210x.c, VIC.c i VIC_irq_handler.s. Są one związane z biblioteką zadań (taki mini RTOS), ale my na razie tworzymy pierwszy, prosty program.

Musimy się za to upewnić, czy pliki crt0.s, Philips_LPC210X_Startup.s i Philips_LPC210X_Target.js są wybrane.

Klikamy next.

Tutaj możemy wybrać konfiguracje, które zostaną utworzone. Potrzebować będziemy tylko „ARM Flash Debug” oraz „ARM Flash Release”. Resztę możemy wyrzucić (albo zostawić jeśli chcemy się nimi pobawić).

Naciskamy Finish i tworzymy pierwszy projekt.

Ekran powinien wyglądać następująco (jeśli okno widoku projektu po prawej nam się zapodziało wybieramy View->Project Explorer).

W oknie Project Explorer widoczne są 3 „foldery”

Project Propoerties – tutaj można będzie zmieniać ustawienia naszego projektu, na razie zostawiamy bez zmian

Source Files – miejsce na pliki z naszym programem, chwilowo puste

System Files – pliki utworzone przez środowisko (mogę napisać opis - dla dociekliwych)

Mamy projekt, czas napisać program.

Z menu File wybieramy opcję New.

Pamiętamy o wybraniu pliku typu „C File (.c)”, wpisujemy nazwę „main” (bez .c na końcu), przyciskamy „OK”.

Następnie wpisujemy kod pierwszego programu:

#include <targets/lpc2148.h> 

#define _BV(x)    (1<<x) 

void main() 
{ 
 volatile int i; 
 IO1DIR |= _BV(24); 

 while (1) { 
   for (i=0;i<1000000;i++) 
     ; 
   IO1SET = _BV(24); 
   for (i=0;i<1000000;i++) 
     ; 
   IO1CLR = _BV(24); 
 } 
} 

Naciskamy F7 (kompilacja), nie powinno być błędów. Pozostaje wgrać nasz pierwszy program. Naciskamy Ctrl+F5 i po chwili zielona dioda modułu powinna zacząć mrugać. Program działa 🙂

Nie ukrywam, że miałem pewne problemy z konfiguracją środowiska – musiałem ręcznie zainstalować pakiet dla LPC2100. Jednak na koniec udało się bez problemu uruchomić program – jeśli ktoś będzie próbował uruchomić, proszę o info w razie problemów.

Opis programu:

IO1DIR – to odpowiednik DDRx na AVR. Ustawienie bitu sprawia, że port działa jako wyjście.

IO1SET – ustawia bit na porcie wyjściowym, odpowiada PORTx |= bit

IO1CLR – kasuje bit, odpowiada PORTx &= ~bit

[Zuk]

SUPER

Wreszcie ktoś zabrał się za opis startu w ARMy... Dzięki

Planujesz może przy okazji opisać tworzenie jakichś przykładowych

programów ❓

I czy są może jakieś kompilatory typu free... ❓

(tzn. na licencji GNU/Freeware/itp.)

[Elvis]

Tak, będą przykładowe programy.

Kompilatory jak najbardziej są. Nawet CrossStudio bazuje na darmowym gcc.

Problem z darmowymi kompilatorami to skonfigurowanie środowiska - wcale nie takie łatwe na początek.

CrossStudio daje ten komfort, że w 1 dzień można mieć działający program na ARM. Natomiast uruchomienie eclipse + yagarto trochę zajmuje (długo czytałem dokumentację zanim połączyłem się z prockiem).

Planuję napisać 2 artykuły:

* pierwszy, jak szybko zacząć przygodę z arm-ami

* drugi jak tanio zacząć

Niestety tanio znaczy trudniej

[Elektryk0]

Fajne fajne szkoda ,że drogie jak pieron.

Ja bym proponował takie rozwiązanie :

Moduł ZL10ARM_2142 z ARM LPC214x za 81.15 + 22% Vat co daje ok. 100 zł

w kamami i tyle chyba wystarczy ? Programator do tego to ISP/IAP do

zmontowania w domu za kilka złotych zresztą schemat podany w instrukcji obsługi modułu.

A do programowania program ARM Flash Utility. Co prawda nie ma wtedy

możliwości debugowania gdy się ma programator ISP ale na początek na pewno wystarczy taki programator trzeba będzie tylko uważnie pisać kod.

A jak już ktoś nie ma co rozbić z kasą to można kupić programator ZL14PRG i ma się

JTAG ale koszty są wtedy większe.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Elvis]

Moduł w propox jest jeszcze nieco tańszy - 79zł + vat. Co prawda LPC2138 zamiast 2148, i nie ma baterii dla RTC.

Planowałem następny artykuł o takiej wersji.

Konieczny jest konwerter RS232 - 3.3V. Można dodać jeszcze resetowanie procka przez RS, łatwiej wtedy wgrywać.

Ogólnie to LPC2000 Flash Utility nie jest już rozwijany i bywają z nim problemy. Lepiej użyć FlashMagic.

[Elektryk0]

Tak np. MAX232 w instrukcji obsługi ZL10ARM jest schemat takiego programatora.

Co do modułu z LPC2138 za 79 z Vat to może i taniej ale zaledwie 3-4 zł więc nie wiem

czy to jest tak wiele taniej jak i tak płaci się tu i tu dużo tym bardziej że LPC2142 jest

jednak lepszy.

[Elvis]

Z programatorem jest jeden problem - napięcie 3.3V. Nie można go podłączyć do 5V bo można procek upalić. Na schemacie jest 3.3V, ale moduł nie wystawia nigdzie 3.3, w dodatku musi być zasilany z 5V. Więc taki programator wymagałby własnego zasilania, albo projektując płytkę pod moduł trzeba uwzględnić 2 stabilizatory 5V i 3.3V.

Ogólnie pomysł jest dobry, chociaż nie taki prosty. Ale chyba wybiorę moduł kakami zamiast propoxa. Tyle że lpc2148, nie 2142.

[ Dodano: 19 Sie 09 06:29 ]

Może nie będzie tak źle. Wygląda na to, że piny potrzebne do programowania tolerują 5V. Więc można zastosować 5V zasilanie dla programatora. Trzeba będzie sprawdzić jak to działa.

[Elektryk0]

Z dokumentacji modułu

Moduł dipARM214x jest przystosowany do zasilania napięciem 4,4-7 VDC a wszystkie linie I/O mogą bezpośrednio współpracować z układami cyfrowymi zasilanymi napięciami 3..5V VDC.

Ja nie widzę problemu i szczerze powiedziawszy nie do końca wiem o co Ci wyżej chodzi.

[Elvis]

Niestety nie jest tak kolorowo. Piny są 5V-tolerant, ale tylko kiedy są I/O. Kiedy pełnią inne funkcje, np. ADC już nie.

Warning: while the ADC pins are specified as 5 V tolerant (see Table 58 “Pin

description” on page 69), the analog multiplexing in the ADC block is not. More than

3.3 V (VDDA) +10 % should not be applied to any pin that is selected as an ADC input

Ale ogólnie racja, można podłączyć peryferia 5V i nie będzie problemu.

[Elektryk0]

Tak tylko, że rozważamy kwestie programatora a jeszcze nie słyszałem by ktoś podłączał programator ISP pod piny działające jako ADC. Poza tym było by to trochę niemądre gdyby ktoś w dokumentacji modułu zamieścił sobie schemat programatora, który może zepsuć moduł.

[Elvis]

Właśnie ten schemat programatora spowodował moje wątpliowści. Zwróć uwagę, że tranzystory T1 i T2 są podłączone do 3.3V. MAX232 jest na 5V więc wygląda, że RXD i TXD działa na 5V. Myślę, że na krótką metę procesor wytrzyma 5V nawet na zasilaniu. Ale zawsze lepiej dokładnie doczytać, niż spalić.

Przy okazji - mam już programator na RS-a. Wykorzystałem moduł olimex-a, a w nim jest 3.3V wyprowadzone na zewnątrz, więc i problemu nie ma 🙂

[liptonik]

a ja chciałbym się spytać czy kupić taki programator (z tego co wiem to podobny do tego co został opisany, tylko na USB):

KT-LINK

czy może ten (zgodny z KEIL uVISION) uVISION

Ponoć ten drugi jest dużo prostszy w użyciu.

__________

Komentarz dodany przez: Nawyk

_allegro

[Elvis]

Dużo zależy od środowiska w którym zamierzasz programować. KT-LINK współpracuje z CrossStudio oraz OpenOCD.

CrossStudio to całkiem rozsądny wybór, jeśli chodzi o relację jakość/cena. OpenOCD to jeszcze tańsze wyjście - współpracuje z darmowymi narzędziami (GNU).

Natomiast narzędzia Keil-a są, delikatnie mówiąc, dość drogie. Kompilator to koszt rzędu 3000 euro.

[liptonik]

Dorwałem się do płytki EVB1pc13x Propoxa z LPC2148. Zainstalowałem CrossWorks, skompilowałem Twój program migający diodą, wygenerowałem plik *.hex i za pomocą FlashMagic i bootloadera wrzuciłem go na procka.

Wszystko ładnie poszło, ale dioda nie mruga, możesz mi doradzić co może być przyczyną ?

[Elvis]

Pamiętaj, żeby odłączyć przewód programujący - inaczej procesor będzie w trybie bootloadera.

Czyli spróbuj tak: odłącz wszystkie przewody od płytki, następnie podłącz tylko zasilanie.

[ Dodano: 17 Mar 10 10:53 ]

Szkoda, że nie uruchomiłeś JTAG-a. Łatwiej jest diagnozować błędy. Na początek można uruchomić program w trybie debug i sprawdzić czy w ogóle działa.

Przy okazji - na pewno masz LED podpięty tam gdzie był w module olimex-a?