Первое знакомство с микроконтроллерами Atmel, STM и другими.

Первый рассказ
Предэксплуатационный ремонт отладчика Atmel AVR Dragon
Цветное изображение на монохромном LCD
Конвертер растровой графики для монохромного LCD (128х64)
Дизеринг для монохромных LCD и конвертер растровых изображений
ZP-STM32 и беспроводной последовательный порт
Куда уходят миллисекунды? Способ повышения FPS
Open Logic Sniffer в действии
AVR XMEGA – разгон, вольтмод и производительность SDRAM

что собираешь, какова конечная цель, так сказать?

Собираю все, на что глаз упадет и захочнтся собрать. Благо временем располагаю и на работу мне ходить не надо .
Я не повторяю и не беру за основу чужие разработки (за исключением указанного в технической документации и эталонных дизайнов и апнотов от производителя), в том числе и по софту - я сам себе сама от схемы и дизайна до PCB и сборки.

Цель - просто интересно, как в прошлом году снова столкнулся с МК после почти двадцатилетнего перерыва, так вот и наверстываю свое бесконечное отставание от технического прогресса, читаю даташиты, ковыряюсь и программирую потихоньку. Как никак - базовое образование по системам автоматического управления.

Вот сейчас еще одна цель появилась - постепенно вырос из своего двухканального осциллографа PSGU250 детского типа (25Msps), не хватает ни полосы, ни скорости, и внешнего запуска нет, приходится один канал на триггер тратить, когда это надо. Буду пытаться что-то свое придумать на 200-300Msps. Вернее, уже придумал (скоростной АЦП, SRAM с интерливом, СPLD, MCU), в октябре сделаю PCB. Там надо минимум четырехслойку уже.

А с цветными экранами - давно их хотел, сейчас вот поковыряюсь немного с маленькими экранчиками и буду уже пробовать играться с LVDS. Еще интересно собрать своими руками аудиовидео плеер, вот первая итерация будет на CortexM3 от STM с сопроцессором по звуку от VLSI. Процессор для стандартных видеобиблиотек слабоват, обычно пользуются 926-ми армами для этого, но и на нем можно при нестандартном подходе сделать. Для этого я и VS1053 к нему прикупил, чтобы освободить от звука. А по статичной картинке и RGB-интерфейсу с DMA кортекс с FSMC дает 40фпс при загрузке в 1%. Есть у меня и задумки по ускорению динамики. Будем пробовать.

Вот такие дела. На днях собрал еще одного динозавра, ATmega128 с внешней 128KB параллельной RAM (так как купил их полтора года назад от жадности, у меня много такого барахла, на которое в свое время глаза загорелись, а руки так и не дошли) и 32КВ последовательной, подключил цветной дисплей, координатный джойстик, рисую на экране дисплея . И другие разные штуковины собираю.

Вообщем - растрачиваю себя на пустяки

Написал драйвер под контроллер тачскрина Microchip AR1020. Стоит AR1020 раза в три меньше подобных от AD, TI и пр. Пришлось три дня повозиться - документация хоть и есть, но много чего не договаривает и местами врет, чего от Microchip-а не ожидал. АПнотов нет, только маленкая заметочка по таймингам для SPI - он тактуется на ней максимум до 900 КHz. И сэмплирование по спаду. Да и при этом еще надо паузы по 50мкс ставить перед чтением каждого байта.

Меня больше интересовал I2C режим. При этом самое главное - вовремя обработать запрос на прерывание от AR1020, сигнализирующий о наличии информации. Я его завел на внешнее прерывание центрального микроконтроллера, которое уже и формирует запрос на чтение по I2C:

#77

Синим цветом показан запрос от AR1020, красный - мастер-клок 100 КГц от центрального МК.
При начале считывания последнего байта рабочего кадра (системный кадр имеет переменный формат и требует колбэка), сигнал запроса на прерывание снимается. Этот сигнал (извращенцы они - активный уровень высокий) снимается и автоматом при переходе AR1020 в спящий режим (по умолчанию - 10с), настройка через регистр SleepDelay (0x0a), минимальный шаг 100мс, но на него надеяться нельзя, надо читать данные.

В даташите неправильная картинка по таймингам I2С, в таблице регистров неправильно показано, что значение калибровочного бита CCE регистра TouchOptions(0x0d) равно нулю - после сброса питания CCE=1 и, если не сделана калибровка, активна будет только маленькая площадь менее 1 кв. см. (на экране 2.8"), можно при старте записывать CCE в 0 и обрабатывать RAW данные (даже без корректировки ошибка всего несколько процентов).


Так как центральный МК всегда должен спать, когда ему делать нечего, то вся работа должна идти через прерывания. Поэтому в обработчике прерывания I2С реализовано дерево конечного автомата по всем состояниям шины. Внешние программы-обработчики типа GetByte(), ReadByt() и т.д. для I2C при этом не нужны, только пара заголовочных файлов.

В случае успеха взводится соответствующий флаг и указатели на полученные валидируются внешним (по отношению к ISR) модулям.

Сегодня сделал демонстрационную программу-рисовалку через тачскрин, при этом во мне открылся талант художника:

#77

По-моему, зайчегу особенно удались руки. Я почти переплюнул знаменитого "Сеятеля".

Скорость ввода вполне приличная даже на дефолтных настройках, вполне можно писАть, рисовать и управлять пальцами.

Общий вид макетки, где я боролся с Microchip AR1020 (она на красной горизонтальной платке-переходнике):

#77

Уже купил и другой контроллер тача для поиграться, Texas Instrument TSC2007. У нее поддержка клока по I2C - 3.4 мегагерц. Конечно, псп не линейо при этом вырастает . Но AR1020 я так и не завел на 400 килогерц - нужно было ставить предбайтовые паузы от 250мкс, в итоге никакого выигрыша не получается (см. первую картинку - при 100 килогерцах весь кадр уходит за 800мкс).

На ATmega16 завершил разработку интерфейсов для LCD MI0283QT-2 (контроллер дисплея HX8347D) и для контроллера тачскрина AR1020. Драйвер дисплея поддерживает SPI и параллельный интерфейс.

ATmega16 (16МГц) по SPI 8МГц дает скорость заполнения экрана около 4.8 фпс, 100% загрузки.
По параллельному 8 бит интерфейсу примерно 19 фпс, 100% загрузки.
Это при 16 точках подряд в цикле.

для SPI (4800 = 320*240 /16):



Если бы точка рисовалась как функция, то производительность падает на 20%, если при этом не разворачивать на 16 точек, то и еще на 20%.

Для параллельного:



макросы LCD_WR и LCD_NWR - только запись в порт.

Поэтому на ATmegа c SPI на экране 320х240 совсем грустно, параллельный заметно повеселее.

ATXmega может поправить ситуацию, так как LCD по SPI поддерживает запись в RAM до 50МГц, но Xmega не поддерживает DMA со SPI, поэтому на XPLAIN используется USART в режиме SPI, соответственно скорость заполнения ниже, чем у ATmega16, зато процессор свободен.

У HX8347D миниальный цикл записи при параллельном интерфейсе 66нс, у ATmega16 (16МГц) получается минимум 133нс, так что есть резерв.

ARM CortexM3 (STM32F103..) обеспечивает по SPI DMA и 18МГц. В параллельном режиме за счет широкой шины и при цикле записи 66нс, прирост в тесте будет в 3-4 раза по сравнению с ATmega16.

Если взять STM32F103.. с FMSC и использовать RGB интерфейс и DMA, выкинув контроллер дисплея из цепочк, то будет еще лучше. Чем мы скоро и займемся.

Остался непоигранным RGB интерфейс у HX8347D, так как на ATMega16 нет достаточного колическтва RAM, да и флэши маловато для дополнительного поднятия файловой системы. Поэтому на маленьком борде произошла замена на платку ATMega128, с установленной внешней памятью 128К (два банка по 60К). Теперь памяти достаточно для продолжения, плюс ATMega128 поддерживает асинхронный таймер, который можно задействовать для RTC и для измерения производительности (хотя можно использовать и WDT).

Ракурс боковой, так как LCD зеркалит.

#77

Файловая система FATFS, на SD карту перекачаны уже подготовленные RAW-данные картинок 320х240х16 цветов из апнота AVR1913. Больше никакого форматирования не производится, видимо установки регистра MEMORY_CTRL контроллера HX8347 у нас с ATMEL одинаковые, но надо будет дописать свой конвертер и читалку графических файлов непосредственно, а потери от конверта немного компенсируем выделенным кэшем для дисковых операций, килобайт так на 16-32.

Написал функцию для чтения и вывода на экран необработанных графических файлов в формате BMP непосредственно с любой SD карты. Поддерживаются индексированные 1bpp, 8bpp и труколорный 24bpp форматы. Разрешение не должно превышать 320х240 (просто неинтересно писать для такого слабого процессора процедуру сжатия, равно как и возиться с DCT для JPG и заморачиваться PNG. BMP мне вполне хватит. На фото львы в формате 24bpp, файл 230КБ, а Давид в формате 1bpp, файл 5КБ.

#77

Пока не понял, почему смещение данных для 1bpp надо увеличивать на 1 байт, 0 ... 53 - заголовок, 54...61 палитра, если данные выводить с 62, то получается слева темная полоска в 8 пикселов. С 63 нормально.

Данные из структуры заголовка BMP/DIBберутся только самые необходимые и с урезанным размером полей для улучшения быстродействия (это первые четыре элемента структуры, оставшиеся три - для статуса по выходу, при этом возвращается вся структура, чтобы можно было не только выводить на экран картинку, но и просто прочитать параметры BMP без отображения) :



Скоро напишу и сохранение содержимого экрана (или его произвольной части) в файл 24bpp BMP. И займемся самым интересным - RGB интерфейсом. Будем делать микромонитор для PC

Что-то возникло желание Norton Commander написать под такое дело, забавы для. Лет 25 назад я его полностью дизассемблировал. Конечно, проще написать с нуля. По крайней мере простейшую работу внутри файловой системы не много времени отнимет.

Научил систему с LCD MI0283QT-2 сохранять скриншоты экрана в файл формата BMP, на подсокдиненную SD-карту. Отпадает необходимость делать фотографии экрана:

#77

#77

На втором скриншоте кажется, что слева первый столбец пикселов пропущен - буквы прижаты к левому краю и кажутся обрезанными. Я из-за этого перепроверял свою программу. Но это только так кажется. На экране проставлены метки - красные пикселы по краям экрана и на один шаг вглубь по диагонали, всего - восемь пикселов. На JPEG картинке их не увидишь, а увеличенный угол BMP файла выглядит так:

#77

То есть, обе точки на месте, и так в каждом углу.

Скорость записи зависит от качества SD-карты. Аппаратно-программные затраты (при такте 16МГц, параллельная шина 8 бит) на чтение массива 320х240х3 байтов составят около 430мс (независимо от установленной глубины цвета bpp читать всегда придется по байту на каждую составляющую цвета). Остальное -время - запись 240 строк по 960 байтов в карту. Буфер на строку, 960 байт. Неоптимально по размеру, конечно (нужно кратно сектору и больше 4КБ), но для ATмеги оптимизировать бессмыссленно ( это при параллельной шине, что там люди будут делать с SPI?), оставим это для кортекса.

Итого:

Карта 32МБ, время сохранения 320х240х24bpp - 7сек (примерно 50КБ/с)
Карта 1ГБ - 1.9с ,около 300 КБ/с
Карта SDHC 4ГБ - 0.9с, около 800 КБ/с

Новости с фронта.
Победил контроллер тачскрина TI TSC2007.
Программируется он гораздо проще майкрочиповского AR1020, так как имеет меньше настраиваемых опций, не имеет встроенной калибровки и не пускает пользователя внутрь. Но понравился мне он больше.

Разрядность у него - 12 бит против 10 бит у AR1020, но для экрана 320х240 это не имеет значения. TSC2007, в отличие от AR1020, без вопросов работает на 400 КГц (должен и на 1.7МГц и 3.4МГц в режиме HighSpeed I2C, но я не проверял):

#77

На картинке видно, как мастер запрашивает адрес (стандартный диапазон для ADC 0х90.., у TSC2007 имеется две вспомогательных адресных линии), получает ACK и передает запрос на получение координаты Х (0хс0). Теперь можно прочитать два байта и получить 12-битную координату.
Но TSC2007, помимо декартовых координат, дает возможность получить и усилие нажатия, правда, кроме как для рисования или экзотического интерфейса, трудно придумать, где это можно применить. Плюс к тому, имеется встроенный датчик температуры (даже два) и вспомогательный вход, по которому можно, например, контролировать напряжение питания.

Ну и в завершение - прерывание сделано более удобным способом, то есть, пока "перо нажато", на линии IRQ поддерживается низкий уровень, никакого вмешательства софта не требуется. А у AR1020 активный уровень IRQ высокий, и он сбрасывается только по тайм-ауту или чтением, что предполагает обработку по фронту и необходимомть безошибочного чтения данных, так как при высоком IRQ работа AR1020 блокируется.

Случайно получилось увидеть таинственный свет, излучаемый монитором :

#77

Вот то же, но со вспышкой, TSC2007 - на зеленой плате, с длиннющими проводами без единого блокировочного конденсатора. Кстати, кроме них, он не требует никаких внешних элементов, в отличие от AR1020, и ESD-защита у него встроенная.

#77

Правда, штучный TSC2007 и по каталогу Farnell стоит подороже - 4 евро (без НДС) против 1.8 евро у AR1020.

По ряду причин прошедший месяц начисто пропал для моих игрушек. Последнее, что сделал - виртуальная клавиатура для тачскрина, пришлось все рисовать самому:

#77

CapsLock переключает регистр, при этом буквы на клавишах также меняются, то же происходит и при смене языка, нажимаемая клавиша подсвечивается ободком. Чтобы не загромождать экран, решил цифры и символы не выводить одновременно с буквами.

После месячного перерыва все уже забыл, что делал
Поэтому подсоединил LCD S65 на базе L2F50 к МК Cortex-M3 STM32F103C8 (на своей платке ZP STM32 Proto board), работающем на частоте 72МГц.

#77

После этого захотелось навсегда распрощаться с 8-разрядными МК (по крайней мере, все новое, что взбредет в голову, будет, наверное, уже на 32-битных МК).
Кстати, L2F50 спокойно держит по SPI 36МГц. В отличие от AVR (хотя там все отличается), SPI может конфигурироваться в симплексный режим, при этом пин MISO может конфигурироваться как угодно, да и SPI конфигурируется на 16 бит, что убирает кучу непроизводительной работы с МК. Учитывая, что и сам процессор в несколько раз быстрее, то все бегает гораздо веселее.

Рзработка - в Atollic True Studio Lite 1.4. Бесплатно и без ограничений на размер разработки/отладки/заливки. Проф версия Atollic True Studio исключительно навороченная, но дороговато.

Рановато я запел дифирамбы для STM32, имея в виду SPI.
Подключил к нему TFT дисплей 320х240 на базе Himax HX8347D и как-то на глаз не заметил прироста скорости от увеличения частоты шины SPI. Пришлось замерять:

#77

По TTX для STM32 утверждается, что SPI до 18Mbps, причем как на шине APB2 (72MHz), так и на шине APB1(36MHz). Оказывается, что не врут, но скромно умалчивают про пропускную способность шины. Клок (синим цветом на осциллограммах выше) может быть и 36MHz на APB2. Но и при клоке на SPI в 36, в 18 и в 9MHz я получаю одинаковую скорость вывода на экран в 8 точек за 10мкс (при 16-битном цвете), то есть 800 тыс. пикселей в секунду. Плохо.

Я всерьез SPI для такого дисплея не рассматривал, но кукурузных мегагерцев не ожидал. Конечно, длинная пауза между посылками даст возможность чего-нибудь еще обработать в прерываниях, не говоря уже о DMA, но все же.

Надо бы проверить, как там на других Cortex-M3 дела обстоят, к примеру, у NXP. У меня есть платка с LPC1343, при случае гляну.

Тихо сам с собою я веду беседу.
Сам себя запутал
На 8-битных AVR-ках запись в порт и чтение флага SPI выполняется парой ассемблерных команд, сишные макросы эквивалентны командам асма и транслируются напрямую. А у STM32 первоначально оставил функцию SPI_I2S_SendData(...), определенную в стандартной библиотеке периферии. Она представляет собой запись в тот же регистр данных DR (четыре асм команды), но в виде функции происходит куча бесполезной работы по записи в и возврату данных из стека (на каждый пиксел!). Плюс цикл ожидания флага TXE (6 асм команд на цикл), но цикл ожидания не бывает один, как минимум два, то есть, даже при такте 13.8нс против 62.5нс у 16MHz Atmel, в итоге обработка по времени примерно такая же. Так как сама передача быстрее, то вот что можно выжать:

#77

Синие вспышки - клок SPI 36MHz, за это время (менее 0.5мкс) передается 16битов (1 пиксел). В итоге предельная пропускная способность выходит около 1.1 млн пикселов в секунду. При клоке 18MHz то же самое, только пауз почти не видно.

Кстати, вчера неверно посчитал - по картинке предыдущего поста с клоком 36MHz пропускная способность около 0.4 млн пикселов в секунду.

Вообще работать с осциллографом с 25Msps на таких частотах невозможно. Меандр 8Мгц сэмплируется тремя точками. 8)
Уже заказан 32-канальный сниффер.

Потихоньку идем вперед. На Cortex-M3 потренировался с NVIC/EXTI, запустил часы-календарь с резервной батарейкой, адаптировал файловую систему FATFS, но пока все пересылки без DMA.
Вот на фото прямое считывание с SD-карты стандартных bmp-файлов и вывод текста. Для чтения bmp используется без изменений написанный ранее код для AVR, для поднятия FATFS пришлось заменить несколько макросов для дисковых операций и мелкий тюнинг.

#77

Завтра приедет новый контроллер тачскрина TSC2100 (вообще-то он древнее опробованного ранее TSC2007, но зато содержит контроллер клавиатуры 4х4, DAC для подсветки и SPI использует не в извращенном смысле, в отличие от AR1020).

A то кнопки требуют кучу выводов, а их и так немного, я поэтому не стал подключать 16-битный параллельный интерфейс у LCD. Но это предстоит в недалеком будущем, сразу плату плеера/медицентра решил не делать, так как есть пока непроверенные на практике решения, поэтому сварганю платку для бредборда под 144-ногий High Density STM32, с набортной SRAM в пару мегабайт, большой флэшпамятью и прочими наворотами.

А на этой борде отработаем USB, 1-Wire, FM-радио, а на днях контрольный забег сериальных NOR-флэшек Atmel vs Numonyx vs Amic. И прикрутим сериальную SRAM 32КБ на дисковый буфер плюс DMA, интересно посмотреть разницу в скоростях.

Кстати, шрифты у STM для своих демок хуже некуда. Мало того, что с ошибками (сразу бросилось в глаза у "2" в фонте 8х8, ее третий байт надо исправить на 0х04), так еще не отцентрированы по знакоместу и с гигантскими просветами. Поэтому взял системный фонт от AVR (временно, так как Atmel не разрешает использовать его не на AVR ). От STM оставил только самый большой. На фото он смотрится лучше, чем в жизни. Вот снимок поближе, когда еще не была подключена SD карта, картинки пришлось заливать в память МК. Так как SPI для LCD поставил в симплексный режим (для экономии ноги MISO), то пока чтения экранной памяти не будет, т.е надо делать фотки с экрана.

#77

Мой собственный (с) шрифт 3x5 мелковат для такого разрешения. А более крупные рисовать лениво.
Но проблема (если она есть) легко решается.

Понравилась программка http://www.codehead.co.uk/cbfg/ , удобно создается битовая карта в 24bpp, смещение регулируется оптом и для отдельного символа, а затем конвертим ее в 1bpp (с помощью сторонней проги, моей, например), и можно получить бинфайл с шириной символов, для создания немоноширинных шрифтов. Так что нужный шрифт можно быстро сделать из любого трутайпа.

По ходу дела ненароком прицепил беспроводной интерфейс:
ZP-STM32 и беспроводной последовательный порт

Очень КРУТО!
Вопрос: почему бы не портировать в контроллер ядро ОСи (Linux) и не написать пару драйверов, для RGB и Touch.
Я бы с удовольствием подглядел бы, а в лучшем случае и поучавствовал бы:)

Хоть и мало что понятно, но всёравно интересно - удачи вам в ваших продолжения...

печатки где заказываете? красиво

Все хотел посмотреть, как выглядит анимация дизеринговых изображений с глубиной цвета в 1 пиксел. Сбылась давняя мечта. Сделал короткий мультик, 50 кадров (за 3 минуты в PI 3.0), вот кадр из него:

#77

Мышонок Габриел шагает, увеличиваясь и уменьшаясь в размерах, на фоне переливающихся огней сверху, шумящей листвы и падающего водопада. Конвертировал 24bpp в 8bpp и в 1bpp. Заодно определил, что четвертинка от QVGA (160х120) - предел минимального размера для просмотра видео на 2.8", меньшая пиксельная плотность совсем уже никуда не годится. Разумеется, последовательный интерфейс не рассчитан даже на 1/16 VGA. Разве что в 1bpp формате можно смотреть, там уже фпс двузначный, ближе к комфортному.

#77

Правда, становится непонятным, что это за мочалка вместо листвы и про водопад можно не догадаться. Ну а так, даже и в 128х96 можно узнать Штирлица с Мюллером (это я тоже для интереса проверил). Меня больше интересовала заметность обновления частоты экрана в отсутствие Vsync, пока это не было заметно на анимации.

На параллельном 16-битном и RGB интерфейсе посмотрим, на какое разрешение можно выйти на 72-MHz Cortex-M3.

B что-то мои NOR-флэшки чистый RAW -образ изображения на LCD выводят намного медленнее, чем SD-карта со стандартных бмпшек, если не полная буферизация, и становится заметен вывод по заполнению буфера. Я взял стандартный драйвер от STM, но они почти все криво делают, как будто школьник делал, надо все переделывать. Хотя в каждом их файле так и написано - рассматривать только как руководство к действию, не более того.

Deep1984
http://forums.overclockers.ru/viewtopic.php?p=7107609#p7107609


Потому что я занимаюсь по своему плану и только тем, чем хочу. Для ОС нужна немного другая конфигурация, но я свою RTOS буду извращать.


Да я тоже сам ни фига не понимаю, поэтому и интересно

можно по-подробнее? а то лежит у меня тут одно поделие на msp430 самопальное со сожжённым процом, можно вспомнить прежние баловства
кстати, БОМ у STM32 Discovery стоит своих 15€: это у нас одиночную такую плату сделать выйдет дороже всего кита

Внимательно посмотрите - я писал о STM Discovery, он под мк STM8. Но и эти Discovery, и STM32 Discovery содержат встроенный (отделяемый) отладчик ST-Link с процессором STM32F103C8, я покупал его с Farnell за 4.99 евро плюс ндс, в самое начало продаж, сечас цена на 40% выше. Одиночную плату делать дороже, но если делать свой комплект из разных 20-30, то выходит дешевле. Раза в два.

По поводу 430: На Маузере, стоит 3.81 евро.
Каталожный номер по маузеру 595-MSP-EXP430G2

zauropod
к моему сожалению, я живу в этой стране, а Вы в Германии, кроме того у нас немного дороже всё стоит

кстати, даже упомянутый Вами маузер путает эти платы: стм32-дискавери а картинка от стм8с-дискавери