Installationsanweisung für Windows

Dieser Abschnitt enthält alle notwendigen Informationen zur Installation der AVR Entwicklungssoftware auf einem Windows Betriebssystem zu installieren.

Es wird die nachfolgende Software benötigt, die von der Homepage des Herstellers heruntergeladen werden kann. Wahlweise kann die Software auch von der, im HomeLab Kit enthaltenen, CD installiert werden.

1. AVR Studio

AVR Studio 4 IDE (Integrated Development Environment) ist eine Software um den Quellcode zu schreiben, zu kompilieren und das Programm in den Controller zu laden. AVR Studio kann kostenlos von der Atmel Homepage bezogen werden.

2. WinAVR

WinAVR ist ein GNU-GCC Compiler für AVR Microcontroller. Das Programm ist eine kostelose Software und kann welche von der Sourceforge Homepage geladen werden. Währen der Installation von WinAVR schlägt das Programm einen Ordnernamen mit einer langen Versionsnummer vor. Wir würden vorschlagen, die Versionsnummer zu entfernen, und das Programm wie folgt zu installieren:

C:\WinAVR

3. HomeLab Bibliothek

Die HomeLab Bibliothek ist ein Set von Funktionen welches für das HomeLab Kit und AVR Controller entworfen wurde. Die Nutzung dieser Bibliothek macht das Programmieren wesentlich einfacher und effektiver. Die neuste Version der Bibliothek kann von der HomeLab Webseite heruntergeladen werden. Diese Bibliothek sollte in den gleichen Ordner installiert werden, in dem sich auch WinAVR befindet.

4. Virtualer COM Port Treiber

Der Treiber ermöglicht den Anschluss des USB JTAG-ICE Programmiergerätes an den PC. Er muss vor Anschluss des Programmiergerätes installiert werden. Der Dateiname des Treibers ist “CDM x.xx.xx.exe”, wobei “x” für die Versionsnummer steht. Nach der Installation des Treibers kann das JTAG-ICE Programmiergerät über den USB Port angeschlossen werden und Windows wird es automatisch erkennen. Folgende Meldung sollte in der Taskleiste zu sehen sein:

Abhängig von der Anzahl vorher bereits definierter virtueller Ports, wird Windows dem neuen Gerät eine Portnummer zuweisen. Es wird ein neuer Name für den COM Port generiert, sobald das Gerät an einen anderen USB Port des selben Computers angeschlossen wird. Einige AVR Studio Versionen können nicht auf das Programmiergerät zugreifen, wenn die Nummer des COM Ports größer ist als 10, bzw. größer als 4 wenn es als Debugger genutzt wird.

Um das zu verhindern, kann die Portnummer im Gerätemanager verändert und auf einen Wert zwischen COM0 und COM4 einstellt werden.

See the complete procedure here .

Um ein Programm für den Controller zu schreiben muss man einen Projektraum erstellen. Das Projekt beinhaltet typischerweise unterschiedliche Dateien wie Quellcodes, Headerdateien, kompilierte Programmdateien usw. Es wird dringend dazu geraten, für jedes Projekt einen separaten Ordner zu erstellen (Diese Funktion wird auch vom New Project Wizard angeboten).

Wird ein neues Projekt mit Hilfe des Wizards erstellt, sind folgende Schritte zu durchlaufen:

1. Öffnen Sie AVR Studio und klicken Sie auf New Project. Falls sich das Dialogfeld nicht automatisch öffnet, wählen Sie Project - New project aus der Menüleiste aus. Klicken Sie auf Next.

2. In dem nächsten Dialogfeld geht es um den Compiler und die Starteinstellungen. Wählen Sie den AVR GCC Compiler aus. Fügen Sie dann links den Namen des Projekts und den Hauptquelldateinamen ein. Der Quelldateienname sollte die Endung “*.c” haben. Außerdem sollten noch zwei Ankreuzfelder angeklickt werden, welche einen Neuen Ordner und die Startdatei erzeugen. Man sollte auch den Ordner angeben wo die Projektdateien erstellt werden. Nachdem diese Einstellungen vorgenommen wurden, klicken Sie auf Next.

Achtung! Fehlt der AVR GCC in der Compilerliste, ist er nicht richtig installiert. In diesem Fall muss die WinAVR Software installiert werden bevor mit dem Programmieren begonnen wird.

3. Im nun folgenden Dialogfeld sind die Debuggerplattform sowie der Mikrocontroller auszuwählen. Das HomeLab kit nutzt die JTAG ICE Debuggerplattform und den ATmega128 Mikrocontroller. Klicken Sie nach der Auswahl auf Finish.

4. Nun wird der Projektraum erstellt und ein neues Fenster öffnet sich, in welchem mit dem Programmieren begonnen werden kann.

5. Vor der ersten Kompilierung, müssen einige Parameter des Projekts eingestellt werden. Die wichtigen Parameter sind die Taktfrequenz des Controllers und Optimierungsmethode.Der HomeLab Controller hat eine Frequenz von 14,7456 MHz (14745600 Hz). Sie kann in den Projekteinstellungen in Hz (nicht MHz) angegeben werden : Project → Configuration Options → General. Die Optimierungsmethode sollte -Os sein, falls keine andere Methode benötigt wird.

6. Um die Funktionen der HomeLab Bibliothek zu nutzen muss die Software richtig installiert sein. Bei jedem neuen Projekt benötigt muss die Bibliothek zur Liste der verlinkten Objekte hinzugefügt werden. Hierzu gehen Sie auf: Project → Configuration Options → Libraries und fügen Sie “libhomelab.a” hinzu.

Falls das Objekt libhomelab.a in der Liste links fehlt, ist die Bibliothek nicht richtig installiert und sollte erneut installiert werden.

Nach dem Setup der Entwicklungsumgebung sollte man diese testen, um sicherzustellen, dass sie korrekt funktioniert. Der einfachste Weg ist, ein kleines Programm zu schreiben, es zu kompilieren und in den Controller zu laden.

1. Schließe den Programmierer an dem ATmega128 Board an. Stelle sicher, dass der Programmierer richtig am JTAG Anschluss angeschlossen ist. (Kabel zeit vom Board weg - s. Bild) Schließe die Stromversorgung des Boards an (eine kleine grüne LED sollte leuchten wenn alles richtig angeschlossen ist.).

Füge den einfachen C Code ein.:

#include <avr/io.h>
#include <homelab/delay.h>
 
int main(void)
{
	// Pin PB7 to output
	DDRB = 0x80;
 
	// Endless cycle
	while (true)
	{
		// Pin PB7 invertion
		PORTB ^= 0x80;
		hw_delay_ms(500);
	}
}

Compilation and programmer buttons

Kompiliere das Projekt mit dem Build Befehl (Taste F7). Stelle sicher, dass die Kompilierung erfolgreich ist. Dafür sollte folgende Nachricht im Nachrichtenfenster stehen:

  Build succeeded with 0 Warnings...

2. Öffne das Controllerfenster Tools → Program AVR → Auto Connect. Stelle sicher das der Tab Program offen ist..

Falls das beschriebene Fenster sich nicht öffnet und das Connection Failed Fenster öffnet sich, ist der Programmer oder das Board nicht richtig angeschlossen. Überprüfe zuerst ob der Microcontroller Strom hat (grüne LED ist an) und ob der Programmer richtig an den JTAG angeschlossen ist. Falls das OK ist, überprüfe die COM Port Nummer welche von Windows vergeben wird. Wenn diese größer als 9 ist, kann Das AVR Studio den Programmierer nicht erkennen. Folge die Anweisungen zu Beginn des Kapitels um eine Portnummer zwischen 0 und 4 zuzuweisen.

3. Im Programmer Fester füge in die Flash-sektion Textbox Input HEX File den Ort des kompilierten Programms ein in dem man den “…” Knopf drückt. Das kompilierte Programm ist normalerweise in dem Unterordner default des Projekts zu finden und hat den gleichen Namen wie das Projekt aber mit der Endung “*.hex”, z.B. “Labor1.hex”. Nach der Auswahl der richtigen Datei wähle Programm um das Programm in den Controller zu laden. Wenn alles richtig lief sollte man folgende Nachricht am Ende des Fensters sehen:

OK
Reading FLASH input file.. OK
Setting device parameters for jtag programming ..OK
Entering programming mode.. OK
Erasing device.. OK
Programming FLASH ..       OK
Reading FLASH ..       OK
FLASH contents is equal to file.. OK
Leaving programming mode.. OK

Laut Programm sollte die on-Board LED (PB7) blinken. Wenn das Programm funktioniert ist das Setup der Programmierumgebung richtig und das erste Programme wurde erfolgreich kompiliert. Glückwunsch!

The list of registers in the debugger of the ATmega128.

Das Debuggen eines Programms bedeutet, dass man nach Fehlern im Programm sucht. Dafür gibt es Programme die Debugger heißen, sie erlauben es das Programm Schritt-für-Schritt auszuführen und dort zu stoppen wo es benötigt wird. Einige Funktionen des Programms erlauben das Überprüfen von Werten einer Variable zu jeder Phase des Programms, den Inhalt der Register und die Sequenz des Ausführens des Programms. Debugging ist sehr wichtig, wenn man mit komplexeren Programmen arbeitet wo es oft schwer ist Fehler zu finden. Mit Microcontrollern ist es wichtig, dass eine Schritt-für-Schritt Implementation des Programms im Controller stattfindet, welche es erlaubt die Änderung des realen Outputs als auch die Werte der Register zu sehen. Zwei Bedingungen müssen erfüllt sein um einen Debugger zu nutzen: Der Microcontroller muss debuggen unterstützen und man muss die notwendige Hardware haben - den JTAG Programmer welcher Debuggen erlaubt. Günstigere Programmieren welche ISP Programmier Interface nutzen können zwar kompilierte Programme in den Controller laden aber nicht notwendigerweise debuggen.

Um das Programm im Debugmodus zu starten, sollte es zuerst kompiliert werden in dem mann build (F7) drückt und das kompilierte Programm mit dem Befehlt run (F5) starten. Zuvor können break points (F9) in bestimmte Stellen im Quellcode eingefügt werden. Wenn die Implementation des Programms ein Breakpoint erreicht, wird das Programm gestoppt um den Status des Microcontrollers an diesem Punkt zu bestimmen. Die Implementation des Programms kann mit dem Befehl Run fortgeführt werden oder mit Step Into (F11) kann das Programm für mit nur einem Befehl auf einmal implementiert werden.

Manchmal wird in es in AVR Programmen notwendig Floating-Point Variablen zu nutzen. Um mit ihnen zu rechnen und sie mit printf-Typ Funktionen darzustellen, folgende SetUp-Änderungen müssen in der Konfiguration des Projekts vorgenommen werden:

1. Öffne das Set-Up des Projekts aus dem Menu Project → Configuration Options. Füge libprintf_flt.a und libm.a nach libhomelab.a der Homelab Bibliothek im Konfigurationstab Libraries hinzu.

2. Danach öffne Custom Options und wähle [All files]. Füge Zeilen mit “-lprintf_flt” ja “-lm” in die Box rechts und die Zeile mit “-uvfprintf” zu die [Linker Options] Sektion hinzu.

3. Drücke OK und schließe das Konfigurationsfenster