O que acontece quando o código é carregado usando o gerenciador de inicialização?

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Quando carrego um novo esboço no meu Arduino Uno usando o carregador de inicialização Optiboot, o que realmente acontece?

  • O que é enviado para o Arduino?
  • Como ele responde?
  • O que significa "não sincronizado"?
  • O que está "sincronizado"?

Nota: Isto é pretendido como uma "pergunta de referência" .

arduino-uno bootloader Nick Gammon
fonte
post muito interessante! Apenas mais uma pergunta. Qual software você está usando para rastrear a comunicação serial (imagens)?
julio
É a saída de um Logic Analyzer, como o Saleae Logic 8. saleae.com Muito bom analisador. Costumava ser uma taxa de amostragem de 24 MHz por ~ $ 125, 150. As velocidades de captura atuais são de 100 e 500 MHz. > SPI, I2C e mais> A maioria das comunicações digitais usa um protocolo específico que especifica como as informações são transferidas. O software Logic possui analisadores de protocolo que podem decodificar automaticamente SPI, I2C, serial, 1 fio, CAN, UNI / O, I2S / PCM, modo MP, Manchester, Modbus, DMX-512, paralelo, JTAG, LIN, Atmel SWI, MDIO, SWD, LCD HD44780, BiSS C, HDLC, HDMI CEC, PS / 2, USB 1.1, Midi - ou crie o seu próprio
CrossRoads

Respostas:

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Quando você redefine um Uno executando o carregador Optiboot, o carregador de inicialização primeiro pisca o pino 13 três vezes.

Pino 13 sendo piscado

A linha superior (cinza) é enviada ao Arduino, a linha do meio (laranja) é enviada a partir do Arduino.

Enquanto isso está acontecendo, o programa avrdudeem execução no seu computador está enviando uma consulta ao dispositivo:

STK_GET_SYNC / CRC_EOP  (0x30/0x20)

O Arduino não percebe o primeiro "get sync" porque está ocupado piscando o pino 13. Depois de concluído, ele percebe o "get sync" (seria armazenado em buffer pelo hardware serial) e responde:

STK_INSYNC / STK_OK (0x14/0x10)

Parece que o avrdude ficou um pouco impaciente e atingiu o tempo limite, porque tenta novamente com a consulta "obter sincronização". Desta vez, a Optiboot responde imediatamente.

O restante do upload é descrito na próxima imagem. Exemplo produzido ao fazer o upload do programa "Blink".

Processo de upload Optiboot

(Clique na imagem acima para uma versão maior)

Os passos são:

  • Consulta: Obter sincronização? Resposta: em sincronização.
  • Consulta: Obter parâmetro? (versão principal) Resposta: versão 4.
  • Consulta: Obter parâmetro? (versão secundária) Resposta: versão 4.

  • Defina os parâmetros do dispositivo. Os seguintes parâmetros do dispositivo são enviados para o chip:

    0x42  // STK_SET_DEVICE
0x86  // device code
0x00  // revision
0x00  // progtype: “0” – Both Parallel/High-voltage and Serial mode
0x01  // parmode: “1” – Full parallel interface
0x01  // polling: “1” – Polling may be used
0x01  // selftimed: “1” – Self timed
0x01  // lockbytes: Number of Lock bytes.
0x03  // fusebytes: Number of Fuse bytes
0xFF  // flashpollval1
0xFF  // flashpollval2
0xFF  // eeprompollval1
0xFF  // eeprompollval2
0x00  // pagesizehigh
0x80  // pagesizelow
0x04  // eepromsizehigh
0x00  // eepromsizelow
0x00  // flashsize4
0x00  // flashsize3
0x80  // flashsize2
0x00  // flashsize1
0x20  // Sync_CRC_EOP

    O Optiboot ignora todos esses e responde com In Sync / OK. :)

  • Defina os parâmetros estendidos do dispositivo:

    0x45  // STK_SET_DEVICE_EXT
0x05  // commandsize: how many bytes follow
0x04  // eeprompagesize: EEPROM page size in bytes.
0xD7  // signalpagel: 
0xC2  // signalbs2: 
0x00  // ResetDisable: Defines whether a part has RSTDSBL Fuse 
0x20  // Sync_CRC_EOP

    O Optiboot ignora todos eles e responde com In Sync / OK.

  • Entre no modo de programa. Resposta: Em Sincronização / OK.

  • Leia a assinatura. Optiboot responde 0x1E 0x95 0x0F sem realmente ler a assinatura .

  • Escreva fusíveis (quatro vezes). Optiboot não escreve o fusível, mas apenas responde em Sincronização / OK.

  • Endereço de carga (inicialmente 0x0000). O endereço está em palavras (ou seja, uma palavra tem dois bytes). Isso define o endereço para onde a próxima página de dados será gravada.

  • Página do programa (até 128 bytes são enviados). O Optiboot responde "In Sync" imediatamente. Depois, há uma pausa de cerca de 4 ms enquanto ele programa a página. Em seguida, ele responde "OK".

  • Endereço de carga (agora 0x0040). Este é o endereço 64 em decimal, ou seja. 128 bytes desde o início da memória do programa.

  • Outra página está escrita. Essa sequência continua até que todas as páginas sejam gravadas.

  • Carregar endereço (voltar para 0x0000). Isto é para verificar a gravação.

  • Página de leitura (até 128 bytes são lidos). Isto é para verificar. Observe que, mesmo que a verificação falhe, os dados incorretos já foram gravados no chip.

  • Saia do modo de programação.

O que significa "não sincronizado"?

Como você pode ver acima, a cada passo da sequência de programação o Arduino deve responder com "In Sync" (0x14), possivelmente seguido por alguns dados, seguido de "OK" (0x10).

Se "não estiver sincronizado", significa que o avrdude não obteve a resposta "sincronizada". Os possíveis motivos podem ser:

  • Taxa de transmissão incorreta usada
  • Porta serial incorreta selecionada no IDE
  • Tipo de placa incorreto selecionado no IDE
  • Nenhum carregador de inicialização instalado
  • Carregador de inicialização errado instalado
  • Placa não configurada para usar o carregador de inicialização (nos fusíveis)
  • Algum dispositivo conectado aos pinos D0 e D1 no Arduino, interferindo nas comunicações seriais
  • O chip de interface USB (ATmega16U2) não está funcionando corretamente
  • Relógio errado para o tabuleiro
  • Configurações incorretas de fusível no Atmega328P (por exemplo, "divida o relógio por 8")
  • Placa / chip danificado
  • Cabo USB com defeito (alguns cabos USB fornecem apenas energia e não são para dados, por exemplo, cabos baratos para ventiladores USB)

O que está "sincronizado"?

Como mencionado acima, a resposta "Em sincronização" significa que o Arduino (carregador de inicialização) está sincronizado com o programa de upload.

Qual protocolo está sendo usado?

O protocolo é o protocolo STK500, conforme documentado pela Atmel. Veja as referências abaixo.

Referências

Nota : O STK500 Versão 2 não é usado no Optiboot, mas é incluído para obter informações, caso você esteja usando placas como o Mega2560.

Constantes do STK500

/* STK500 constants list, from AVRDUDE */
#define STK_OK              0x10
#define STK_FAILED          0x11  // Not used
#define STK_UNKNOWN         0x12  // Not used
#define STK_NODEVICE        0x13  // Not used
#define STK_INSYNC          0x14  // ' '
#define STK_NOSYNC          0x15  // Not used
#define ADC_CHANNEL_ERROR   0x16  // Not used
#define ADC_MEASURE_OK      0x17  // Not used
#define PWM_CHANNEL_ERROR   0x18  // Not used
#define PWM_ADJUST_OK       0x19  // Not used
#define CRC_EOP             0x20  // 'SPACE'
#define STK_GET_SYNC        0x30  // '0'
#define STK_GET_SIGN_ON     0x31  // '1'
#define STK_SET_PARAMETER   0x40  // '@'
#define STK_GET_PARAMETER   0x41  // 'A'
#define STK_SET_DEVICE      0x42  // 'B'
#define STK_SET_DEVICE_EXT  0x45  // 'E'
#define STK_ENTER_PROGMODE  0x50  // 'P'
#define STK_LEAVE_PROGMODE  0x51  // 'Q'
#define STK_CHIP_ERASE      0x52  // 'R'
#define STK_CHECK_AUTOINC   0x53  // 'S'
#define STK_LOAD_ADDRESS    0x55  // 'U'
#define STK_UNIVERSAL       0x56  // 'V'
#define STK_PROG_FLASH      0x60  // '`'
#define STK_PROG_DATA       0x61  // 'a'
#define STK_PROG_FUSE       0x62  // 'b'
#define STK_PROG_LOCK       0x63  // 'c'
#define STK_PROG_PAGE       0x64  // 'd'
#define STK_PROG_FUSE_EXT   0x65  // 'e'
#define STK_READ_FLASH      0x70  // 'p'
#define STK_READ_DATA       0x71  // 'q'
#define STK_READ_FUSE       0x72  // 'r'
#define STK_READ_LOCK       0x73  // 's'
#define STK_READ_PAGE       0x74  // 't'
#define STK_READ_SIGN       0x75  // 'u'
#define STK_READ_OSCCAL     0x76  // 'v'
#define STK_READ_FUSE_EXT   0x77  // 'w'
#define STK_READ_OSCCAL_EXT 0x78  // 'x'
Nick Gammon
fonte
1
AVR061: Protocolo de Comunicação STK500
Ignacio Vazquez-Abrams
1
Bom ponto! Eu adicionei algumas referências à resposta. Obrigado.
Nick Gammon
Observe que o processo de verificação descrito aqui usa especificamente uma leitura de página, o que significa que qualquer carregador de inicialização compatível com avrdudeo comportamento de verificação padrão é um carregador de inicialização que suporta a leitura do conteúdo do flash.
22418 Chris Stratton
Esta instrução abrangente e descritiva do programa e a análise do Optiboot / STK500 são impressionantemente impressionantes. Obrigado, o grande Nick Gammon!
David Refoua