Arduino sans bootloader

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Association VoRoBoTics

Date : 25/10/2015

Auteur : J. (MajorLee) Soranzo

Relecteur : Francis

Thème: Arduino, Avr, bootloader

Projet : expérimentations diverses sur l'Arduino

Problématique

Dans le magazine Hackable n°8, il y a un article intitulé « Construisez votre programmeur Arduino sans Arduino ». Cet article explore toutes les possibilités de programmer un Arduino sans programmeur et sans passer par le port USB. Il y est également question de programmer des microcontrôleurs qui ne sont pas nécessairement des cœurs de cartes ARDUINO comme l'ATmega 168 ou les Attiny. Il y a quelques mois je m'étais penché sur la programmation des Atmega dans Atmel Studio et via les sondes de programmation USBASP. La lecture de cet article m'a donné envie d'aller encore plus loin dans la compréhension du bootloader de l'Arduino. Cela sert à quoi ? Comment cela fonctionne-t-il ?

Questionnement :

Quel est le bootloader qui est programmé dans les cartes UNO aujourd'hui ?

Que fait-il exactement ?

Peut-on mettre un sketch dans un ATmega328P sans bootloader ?

Peut-on le faire avec Code::Blocks for Arduino ?

Peut-on claquer un fichier issu de l'IDE ARDUINO pour un UNO dans un Atmega88 ?

48A, PA et 328 et 328P ? différences. Le sketch aura été compilé pour un 328P

Peut-on faire de « l'Arduino » dans Atmel Studio ?

Histoire de profiter des librairies existantes (Adafruit par exemple).

https://raw.githubusercontent.com/carlosefr/atmega/master/package_carlosefr_atmega_index.json

Bootloader ARDUINO ?

Les manips

Pour répondre à cette question, j'ai utilisé AtmelStudio pour relire les fuses et la flash de l'ATmega328P.

J'ai commencé par installer AtmelStudio v6 et je suis tombé sur un problème d'installation des drivers USB (une vague histoire de certificats périmés...).

Pb install driver USB : certificats invalides.

Un nouveau programme d'installation juste des drivers en question est disponible ici:

https://gallery.atmel.com/Products/Details/6873be43-0628-46ac-ba83-286869a3d97a?

Finalement comme AtmelStudio v7 vient de sortir, je désinstalle la 6 et installe la 7. Pas de soucis particulier.

Utilisation de AVRISP MkII. J'aurais très bien pu utiliser un USBASP et avrdude. C'est juste que dans AS c'est plus convivial. Et j'adore la convivialité.

Expertise bootloader

Utilisation de la carte serial avec 2 AVR : remplacement de l'AVR slave par un AVR vierge

Lecture des fuses d'un ATmega328P

BODLEVEL = DISABLED RSTDISBL = [ ] DWEN = [ ] SPIEN = [X] WDTON = [ ] EESAVE = [ ] BOOTSZ = 2048W_3800 BOOTRST = [ ] CKDIV8 = [X] CKOUT = [ ] SUT_CKSEL = INTRCOSC_8MHZ_6CK_14CK_65MS EXTENDED = 0xFF (valid) HIGH = 0xD9 (valid) LOW = 0x62 (valid)	BODLEVEL = 2V7 RSTDISBL = [ ] DWEN = [ ] SPIEN = [X] WDTON = [ ] EESAVE = [ ] BOOTSZ = 2048W_3800 BOOTRST = [ ] CKDIV8 = [ ] CKOUT = [X] SUT_CKSEL = EXTXOSC_8MHZ_XX_16KCK_14CK_65MS EXTENDED = 0xFD (valid) HIGH = 0xD9 (valid) LOW = 0xBF (valid)	BODLEVEL = 2V7 RSTDISBL = [ ] DWEN = [ ] SPIEN = [X] WDTON = [ ] EESAVE = [X] BOOTSZ = 256W_3F00 BOOTRST = [X] CKDIV8 = [ ] CKOUT = [X] SUT_CKSEL = EXTXOSC_8MHZ_XX_16KCK_14CK_65MS EXTENDED = 0xFD (valid) HIGH = 0xD6 (valid) LOW = 0xBF (valid)
Composant vierge	(celui marqué M sur la carte de dev serial)	Un Atmel Arduino (avec blink)

Au passage, un site bien utile pour calculer les fuses:

AVR fuse calc : http://www.engbedded.com/fusecalc/

Upload complet de la flash d'un composant vierge avec AS7 en mode binary.

On récupère alors un fichier de 32ko (à l'octet près) !

Jusqu'ici tout va bien et les résultats sont conformes aux attentes.

Dans la datasheet de l'ATMega328P, on trouve:

Attention: les adresses indiquées sont des adresses de mots de 16bits pour avoir des adresses d'octets, il suffit de multiplier par 2. Donc le boot, avec bootsz = 11 sera dans le fichier à l'adresse 0x7E00.

Ensuite, je charge un ARDUINO UNO (un vrai) avec un blink depuis l'interface Arduino. (compilé ça pèse 1030 octets soit de 0000 à 0x202m16).

Upload avec AtmelStudio. On voit bien le boot à partir de l'adresse 0x7E00 soit 0x3F00mot16

Le bit BOOTRST est actif donc on boot bien en 0x3F00

Les loc bits ne sont pas verrouillés.

A gauche optiboot.hex du répertoire : C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\bootloaders\optiboot

A droite le boot uploadé de l'Arduino blink ! C'est presque identique ! A quelques octets près. Etrange !

De plus, on peut remarquer que l'upload a été au delà de l'adresse 0x8000 !!!

Et de plus on remarque aussi que le bootloader ne commence pas à l'adresse 0x7E00

Mais qu'est-ce que c'est que ce cirque ? L'ATMega328P aurait-il des octets supplémentaires cachés ? Après vérification dans la DS: non !

Contre manip : programmation de Optiboot dans un composant vierge et programmation des fuses à l'identique. Puis test sur carte ARDUINO UNO (merci les supports DIP 28): carte fonctionnelle.

Essai de programmation du blink dans Arduino vers un composant vierge. Le blink est fonctionnel et pourtant, il n'y a pas de boot la zone est bien vierge ! Même essai avec Code::Blocks pour Arduino : résultat identique !

Upload avec AS7 en mode Intel HEX : cette fois les octets sont tous à leur place !

Lecture en mode RAW(= mode binaire) avec avrdude et un USBASP du même composant. Commande utilisée:

% avrdude -p m328p -c usbasp -U flash:r:"c:/blink.bin":r

La taille du fichier obtenue est correcte et le bootloader est identique et au bon endroit

Autre manip : upload toujours du même composant avec AS7 en mode Intel HEX : boot à l'endroit attendu et plus d'octets supplémentaires !!!

Essai avec !atmel Studio 6.2 : eh ben y a pas le mode binary lol.

Il semble qu'il y ait un bug dans la chaîne AtmelStudio/MkII en mode raw.

Conclusion :

Le boot chargé dans les cartes ARDUINO UNO est bien celui dont on trouve le source dans :

C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\bootloaders\optiboot

On peut charger un sketch dans un composant sans boot avec l'interface ARDUINO et avec Code::Blocks for Arduino

[Edit Juillet 2016] On peut aussi le faire depuis l'IDE Arduino via un USB-ASP et le connecteur ISP

De plus ce bootloader ne fait que charger le code en flash via le lien série. Donc pas d'initialisation de l'AVR en particulier

AVR 8 bits – points commun et différences

Dans la famille AVR8, on a principalement 3 sous familles à savoir : tiny, mega, xmega. Et dans chacune de ces sous familles, on a de multiples composants... (108 pour les mega par exemple. Source site Atmel)

ATmega 48/88/168/328 sont regroupés dans la même datasheet

La différence entre un Atmega8 et un Atmega88 est somme toute assez subtile. A part côté conso !

De même entre 8515 et 8535 !

entre 16 et 168 !

Afin de répondre à la question : « Peut-on claquer un fichier issu de l'IDE ARDUINO pour un UNO dans un Atmega88PA ? » Je me limite donc aux Atmega48/88/168/328. Le fichier hex ne contient pas l'ID du compsant.

Que signifie A et P en suffixe ?

P pour picoPower

Source AN AVR532 Migration from ATmega48/88/168 to Atmega48A/88A/168A

A ou pas A : 4 changement électrique

Test à réaliser (dès que j'aurai une carte avec un 88 dessus).

ARDUINO dans Atmel Studio

http://www.visualmicro.com/page/Arduino-Visual-Studio-Downloads.aspx

C'est à priori gratuit. Ce n'est pas open source. Cela s’installe correctement.

Cela ouvre des sketch Arduino existants

Des essais complémentaires seraient à réaliser.

Autre possibilité : Atmel Studio 7 sait importer directement des sketchs ARDUINO;-)

Conclusion

Tout cela pose une question complémentaire

Avec quelle IDE faut-il développer pour faire de l'ARDUINO ?

IDE ARDUINO

[Edit Juillet 2016] Variante plutôt confortable: IDE Arduino réglée sur éditeur externe + Notepadd++

Code::blocks for Arduino

Atmel Studio et le plugin Visual Micro.

A noter que Code::Block for Arduino ne supporte pas forcément AVRISP MkII (ou alors j'ai pas trouvé).

Me voilà bien avancé maintenant !

Pour ma part, je trouve que CB for ARDUINO est un bon compromis. Utilisé avec un USBASP à moins de 5€, c'est plutôt sympa.

Licence

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webographie

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Arduino

https://www.arduino.cc/

Code::block

http://www.codeblocks.org/

http://arduinodev.com/codeblocks/

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Partant du constat de terrain qu'une énorme masse d'information concernant les sujets qui nous intéressent comme entre autres l'impression 3D n'étaient disponibles que dans la langue de Shakespeare et que de nombreuses personnes dans notre entourage ne maîtrisaient pas la dite langue et soucieux de diffuser encore plus l'information, nous avons pris le parti, au VoLAB, de rédiger nos documents de préférence en langue française.

VoLAB

Un mot sur le VoLAB. VoLAB est un fablab implanté à environ 30km au nord-ouest de Paris dans la commune de Vauréal dans l'agglomération de Cergy Pontoise. Il est animé par l'association VoRoBoTics.

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