Arduino-Lite, RoboPeak使用的高效轻量级AVR库(2)

 

这是本系列文章的第二篇，介绍Arduino-Lite的安装、使用和进行开发。

Arduino-Lite是由RoboPeak开发并使用的轻量级且高效率的AVR固件库，他基于Arduino项目的固件库改良而来，我们保留了Arduino固件库的简单易用的风格，同时有效的缩小了固件的代码尺寸，相比Arduino，Arduino-Lite拥有诸多优点。并且，他是相当易于使用的。

关于他的介绍和由来请访问: Arduino-Lite, RoboPeak使用的高效轻量级AVR库(1)

1. Arduino-Lite的构成

发布在google code上的Arduino-Lite的包含如下部分：

• Arduino-Lite固件库源代码代码
• WINAVR (avr-gcc) 编译器
• Arduino-Lite编译系统
• 工具程序
• 例子工程和工程模板文档

使用者仅需下载arduino-lite并配合操作系统带有的文本编辑器(notepad, vim)即可完成AVR程序编写、编译、烧录/下载甚至调试的全部过程。无需安装任何额外的第三方库。当然，Arduino-Lite并不阻止你使用已有的软件/库。

2. 下载并配置Arduino-Lite

2.1 获取Arduino-Lite

开放版本的Arduino-Lite可以在google code下载到: http://code.google.com/p/arduino-lite/。您可以通过2种手段获得Arduino-Lite:

• 打包的压缩包

在google code的Download区域有已经打包过的Arduino-Lite，比如arduino-lite-r0.1.zip。在下载完毕后，将他解压缩至任何路径即可，无需安装过程。

• SVN

在google code的Source区域可以以匿名方式签出(check out) Arduino-Lite的最新版本或者历史上的任意版本。在签出后可以直接使用本地工作目录，无需安装过程

在下载Arduino-Lite（并解压缩）后，应该看到如下的目录结构：

其中

• src包含了Arduino-Lite固件库的所有代码
• sketch用于存放用户工程文件，工程模板与例子工程也存在于此
• scripts存放编译环境相关的脚本
• bin存放相关工具程序以及avr-gcc

2.2 环境要求

虽然Arduino-Lite源代码对当前开发环境(操作系统，机器配置)不存在任何要求，但目前我们的编译环境仅在windows上使用，您可以稍作修改使得他在Linux/MacOS上工作，我们也将在未来提供这些支持。

我们已经测试过如下操作系统可以正常运行Arduino-Lite的编译系统：

• Windows XP 32位版本
• Windows Vista 32位 和 64位 版本
• Windows 7 32位 和 64位 版本

2.3 初次使用的配置

当首次在计算机上使用该运行库时(刚从SVN上check-out或是刚从下载的软件包中解压缩)，执行位于Arduino-Lite根目录下的buildenv.cmd文件。他将负责配置Arduino-Lite所依赖的工作环境：

• 配置Bash环境（基于msys)
• 展开WINAVR（avr-gcc）目录树
• 配置环境变量（如果需要）

你应该会看到如下的命令行窗口：

当该脚本完成执行后，Arduino-Lite就可以使用了。

3. 使用Arduino-Lite进行开发

3.1 创建一个Arduino-Lite工程

Arduino-Lite自身的编译系统采用简单易用的设计哲学创建新的工程，无需借助第三方工具，也无需编写Makefile脚本 (必要的修改是需要的) ，即可迅速创建出可以直接进行AVR代码编译、下载/烧录的Arduino-Lite工程。 当然，传统的编写Makefile、使用AVRStudio, Eclipse等IDE构建、或者使用ArduinoIDE环境都是可以的。

在Arduino-lite目录结构下的sketch用于存放使用Arduino-Lite编译系统的工程项目文件夹。这里我们假设要创建的AVR项目名为myAVR，按照下面的步骤，无需安装任何额外工具也无需编写Makefile

a. 解压缩位于sketch目录下的template.zip压缩文件到sketch目录，得到如下所示的目录结构

(此时位于sketch/template/目录下应该存在launchsh.cmd等文件）

template.zip是Arduino-Lite工程的模板，其中包含了直接可以运作的编译脚本(Makefile)以及位于src/main.cpp的模板框架代码。

Arduino-Lite的编译系统使用Make脚本进行源代码编译，并使用bash shell环境进行操作。可以使用launchsh.cmd启动bash  shell环境(参考后文)。

b. 将解压缩的template目录重命名为您所希望的工程名称，例如这里的myAVR

至此，一个新的Arduino-Lite工程创建完毕，他会负责编译出基于Atmega168，工作在16Mhz的AVR固件。从template.zip模板创建而来的工程包含了控制11号引脚LED渐量效果的例子程序。如果要修改产生的AVR固件的运行环境(芯片型号、时钟频率等)，请参考后文。

3.2 往工程中添加文件

可以直接在src文件夹下增加额外的代码文件(支持.cpp, .c, .S, .h, .hpp)，也允许直接添加子目录在src文件夹下。

Arduino-Lite将自动编译src文件夹下的所有可识别源代码文件(.cpp, .c, .S, .h, .hpp)，无需修改Makefile脚本。

例如，如下是RoboPeak一个Arduino-Lite的工程结构。Arduino-Lite可以自动编译整个代码树。

3.3 何时需要修改Makefile脚本?如何修改?

以下情况需要修改Makefile脚本

• 固件的目标硬件环境与Makefile脚本默认的情况不同。

如果不修该Makefile脚本，当前的Arduino-Lite工程将会产生用于Atmega168芯片，工作于16Mhz的固件代码。

• 需要设置目标硬件的下载/烧录方式

Arduino-Lite支持通过串口的AVR bootloader进行固件下载(Arduino兼容)，也支持通过RP USB Connector进行空白AVR芯片的烧录。如果需要配置bootloader串口波特率等情况，此时需要修改Makefile

• 需要修改目标AVR芯片的熔丝配置

在使用RP USB Connector进行目标AVR烧录时，可以在Makefile中指定需要配置的熔丝位数据

• 需要自定义编译的文件、引用额外的代码库

如果不满于默认编译src下所有源代码的方式，或者希望引用除了Arduino-Lite固件库之外的库文件，此时需要修改Makefile脚本

Makefile脚本位于每个工程的跟目录下，可能需要改动的部分均以TODO:标识注明，如下例子是会命令Makefile产生基于Atmega48，工作在1Mhz的固件。并且将使用COM3串口利用芯片上的bootloader进行下载：

3.4 编译工程

Arduino-Lite使用标准的make命令进行项目的编译。为了执行make命令，可以执行位于工程根目录下的launchsh.cmd脚本，此时将启动bash shell。

在提示符环境输入make，即可开始工程的编译：

如果编译过程没有错误，最终将提示产生的固件的尺寸信息：

图中，

• 红色框代表了固件将消耗的AVR程序存储空间(Flash)大小(单位 byte)，可用以判断当前固件是否可以完整烧录/下载至目标芯片。
• 而橙色框的数字综合代表了程序所消耗的全局内存的下限。可用来评估目标芯片是否有足够内存保证该固件的正常执行。

3.5 将代码下载/烧写到目标硬件设备

3.5.1 给Arduino版(以及兼容版)编程

可以使用make upload命令给具有支持STK500v1协议bootloader的AVR芯片编程。这包括：

• Arduino硬件以及他的兼容版大多带有上述Bootloader
• 任何预先烧录了该bootloader的AVR硬件

该固件源代码和预编译版本可以在Arduino-Lite的src\bootloaders目录下找到。

在进行下载前，需要确认如下步骤：

1. 将目标硬件接入PC，得到用于下载的串口号，默认为COM3
2. 确认Bootloader所使用的波特率，默认为19200
3. 如果上述数值与默认值不同，请修改当前工程的Makefile脚本，如上文截图所示。

在设备接入PC后，输入make upload命令即可开始烧录，烧录过程如下图所示：

注意：对于非Arduino设备，您可能需要在下载开始前手工重启AVR芯片。

3.5.2 给任意AVR芯片构成的电路系统编程

Arduino-Lite编译环境集成了对AVR-Doper(http://www.obdev.at/products/vusb/avrdoper.html)及其兼容下载器的支持，可以使用make burn命令通过ISP口给任意AVR芯片烧录程序、配置熔丝等操作。

RoboPeak开发了兼容AVR-Doper协议的USB免驱动AVR编程器：RoboPeak USB Connector，我们将在后续文章中公布并开源他并介绍它的使用方式：请参考:http://www.robopeak.net/blog/?p=133

Arduino-Lite支持如下烧录指令: 他们的使用和说明见后续章节。

• make burn
• make fuse
• make lock
• make erase

3.6 可用的编译参数

编译相关:

• make或者make all

编译当前工程

• make clean

清除上次编译的结果

芯片下载/编程

• make upload

将hex经过串口上传到目标AVR芯片内(通过STK500v2协议的bootloader)

• make usbupload

将hex经过USB上传到目标AVR芯片内(通过HidBootloader)

• make burn

将hex通过RoboPeak USB Connector编程器(或者Avr-doper兼容设备)烧写到目标AVR芯片

• make erase

通过RoboPeak USB Connector编程器(或者Avr-doper兼容设备)擦除目标AVR芯片的数据

• make fuse

通过RoboPeak USB Connector编程器(或者Avr-doper兼容设备)给目标芯片配置熔丝位

• make lock

通过RoboPeak USB Connector编程器(或者Avr-doper兼容设备)给目标芯片配置Lock bit

代码分析和调试

• make dump

将编译产生的elf(*.elf)文件反汇编至AVR汇编代码

• make dumpobj

将编译产生的目标文件(*.o)反汇编至AVR汇编代码

在后续文章中，我们将介绍Arduino-Lite新提供的函数