Eingebettete Entwicklung – den nächsten Schritt machen

Aus der zuvor verlinkten Antwort denke ich, dass die interessantesten / vorteilhaftesten Dinge für mich die Aufzählung über das Erlernen der Tools (Compiler und Linker) und das Erlernen verschiedener Arten von Softwarearchitekturen (von Interrupt-basierten Regelkreisen zu Schedulern und RTOS) wären.

Das Portieren eines kleinen Betriebssystems auf ein neues Gerät kann Ihnen helfen, Scheduler und RTOSs zu verstehen. FreeRTOS ist beliebt und gut dokumentiert. eCos ist eine andere.

Das Schreiben eines Bootloaders ist eine gute Möglichkeit, sich mit einem Linker vertraut zu machen, da Sie Speicher und Flash in Regionen aufteilen möchten.

Ein weiterer Tipp ist, eine völlig neue Architektur oder einen neuen Chip auszuwählen und sich ein Entwicklungsboard zu bauen. Sich dazu zu zwingen, ganz von vorne anzufangen und alles im Datenblatt nachzuschlagen, ist eine gute Art zu lernen.

Entdecken Sie Protothreads . Versuchen Sie, dieselben Programme sowohl im Thread- als auch im Zustandsmaschinenstil zu schreiben. Sobald Sie mit Protothreads fertig sind, schreiben Sie einen echten Thread-Scheduler.

Das MicroC OS II-Buch ist wahrscheinlich etwas, in das Sie investieren sollten. Sie sollten auch Projekte erstellen, um die verschiedenen Schnittstellen i2c, spi, mdio usw. zu lernen. Insbesondere, wie man jede einzelne bitbangt. Von Zeit zu Zeit unterstützt die Hardware den Bus (müssen Sie das von Anbieter zu Anbieter lernen), aber oft können Sie aus verschiedenen Gründen keine i2c/spi-Hardware verwenden und müssen etwas bangen.

Das avr/arduino ist in Ordnung, Sie sollten ARM, Daumen und Daumen2 und das msp430 und einige ältere (Nicht-Mips-) Bilder lernen. Schauen Sie sich den Bootloader-Code für das Arduino an und finden Sie heraus, wie Sie ein Loader-Programm erstellen, den Flash darauf löschen und die Platine / den Chip übernehmen. Holen Sie sich ein LPC-basiertes Armmikro, schauen Sie sich das Programmierprotokoll für die serielle Schnittstelle an. Holen Sie sich ein sam7s oder etwas mit einem arm7, das ein traditionelles jtag hat, holen Sie sich einen Olimex Wiggler oder jtag-tiny (ich empfehle letzteres). Machen Sie sich mit openocd vertraut. ARMs swd ist schmerzhafter als normales jtag, wird sich aber auf diesem Markt durchsetzen (für Cortex-m-basierte Produkte). Kurz gesagt, lernen Sie die verschiedenen Möglichkeiten kennen, die Anbieter für die Schaltungsprogrammierung anbieten. Sie werden von Zeit zu Zeit Bretter mauern und möchten sich damit wohlfühlen, sie zu entmauern. Schreiben Sie in diesem Sinne Code, um Intel-Hex-, SREC- und Elf-Dateien zu analysieren.

Sie haben Werkzeuge erwähnt. Sie können nichts falsch machen, wenn Sie gcc und binutils lernen, lernen Sie, wie man Cross-Compiling durchführt, zumindest für die unterstützten Plattformen (normalerweise zum Beispiel mit --target=msp430 --prefix=/something). Unterstützte Plattformen für die Mainline gcc und binutils sind ein bewegliches Ziel, also werden avrgcc und mspgcc und dergleichen im Grunde genommen für Sie erledigt. Sie müssen lernen, Linker-Skripte zu schreiben, wie Sie Ihren C-Code schreiben, damit beispielsweise feste Tabellen im Rom und nicht im RAM angezeigt werden. Verschaffen Sie sich auch ein Gefühl für das Zerlegen der Binärdateien. Sie müssen sicherstellen, dass sich die Tabellen an der richtigen Stelle befinden, sicherstellen, dass der Code dort ist, wo Sie ihn vermuten, dass die Vektortabellen und der Boot-/Startcode dort sind, wo der Prozessor ihn benötigt Stiefel. Es schadet auch nicht herauszufinden, was die Compiler-Optimierungen tun und wie C-Code aussieht, wenn er in Assembler-/Maschinencode kompiliert wird. Beschränken Sie sich nach Möglichkeit nicht auf gcc/gnu. llvm ist ein starker Spieler, es hat das Potenzial, gcc als besseres Werkzeug zu überholen. Möglicherweise haben Sie sdcc bereits verwendet. Probieren Sie die Eval-Versionen von Kiel, Iar usw. aus. Sie werden schnell feststellen, dass es in den C/C++-Standards viele Grauzonen gibt und jeder Compiler diese unterschiedlich interpretiert, auch dramatische Unterschiede in der Qualität des Codes, der von derselben Höhe erzeugt wird Ebene Quelle. Wenn Sie bei diesem Beruf bleiben, wird es Zeiten geben, in denen Sie gezwungen sind, einen nicht so großartigen Compiler zu verwenden und seine Warzen und Schwächen zu umgehen. Im Desktop-Geschäft kommt man oft damit durch, den Einsatz von nicht standardkonformen Tools zu verweigern. In der Welt der Mikrocontroller bekommt man manchmal, was man bekommt, und das war's. Manchmal gibt es Anbieter, die die C-Sprache modifizieren/erweitern, um sie an ihre Hardwarefunktionen anzupassen oder angeblich Ihr Leben einfacher zu machen (man denke da an rabbit semi und xmos). (XMOS ist aus vielen Gründen eine sehr attraktive Plattform, ich halte sie für fortgeschritten, aber nach Ihrer Erfahrung sind Sie wahrscheinlich bereit, die Tools sind ein kostenloser Download, ein wirklich guter Simulator, wichtig zu lernen, wie Sie .vcd/waveforms Ihrer Codeausführung).

chibios ist ein weiterer zu betrachten.

Das Erstellen erfolgreicher Bootloader ist eine wichtige Fähigkeit. Der Bootloader, oder zumindest der Anfangsteil davon, will felsenfest sein, man will kein Produkt liefern, das leicht gemauert werden kann. Ein einfacher Start mit einer Möglichkeit, den Anwendungsteil des Flashs neu zu laden, ohne den Einstiegsteil des Bootloaders zu gefährden, ist der Schlüssel.

Die stellaris-Evaluierungsboards sind mit Peripheriegeräten vollgestopft, obwohl sie Bibliotheken bereitstellen, die es wert sind, erlernt zu werden, vor allem, da sich unterscheiden, wie sie Ihnen sagen, dass es funktioniert, und wie es tatsächlich funktioniert, und Sie müssen ihren Code und andere Ressourcen untersuchen, um dies herauszufinden.

Als avr-Fan empfehle ich, wenn Sie noch da draußen sind, sich einen avr-Butterfly zuzulegen. Lernen Sie ein wenig serielle Programmierung, löten Sie einen Stecker an und programmieren Sie ihn neu. Ein paar Peripheriegeräte sind da, um das Programmieren zu lernen.

vielleicht holst du dir ein ehemals dallas semi, jetzt maxim denke ich, ein draht gerät. Wie ihre Temperatursensoren. Noch schmerzhafter als i2c und mdio mit ihrem bidirektionalen Datenbus ist diese Sache mit einem Draht ein Draht (und Masse). Power, Master zu Dependent und Dependent zu Master alles auf einem Draht.

Als ich dort war, wo Sie jetzt sind, fand ich es lustig, Infrarot-Fernbedienungsprotokolle zu dekodieren. Die IR-Empfängermodule sind leicht zu bekommen, Radio Shack hatte tatsächlich ein gutes. Im Grunde das Gegenteil von Bit-Banging, möchten Sie die Zeit zwischen Zustandsänderungen messen, indem Sie dieses Timing verwenden, um das Protokoll zu erkennen und / oder zu decodieren. Ein universeller Empfänger ist nicht erforderlich, ein Protokoll nach dem anderen ist in Ordnung. Ebenso können Sie dann Bitbang-Befehle an eine IR-LED senden, insbesondere wenn Sie die Trägerfrequenz bitbangen.

Es ist wahrscheinlich auch eine gute Idee, über Spi mit einer SD-Karte zu sprechen. Lernen Sie auf jeden Fall, wie man i2c- und/oder Spi-Flash-Teile löscht und programmiert, Sie werden diese oft für Seriennummern und Mac-Adressen und dergleichen finden.

Ich empfehle, auch die grundlegenden Ethernet-Protokolle zu lernen. In der Lage sein, arp- und udp-Pakete (von Grund auf neu) (und auch icmp/ping) zu analysieren und zu erstellen. Es ist ziemlich einfach, einen UDP-Stack zu erstellen, wenn Sie ein wenig schummeln und nicht den tatsächlichen Arp-Regeln folgen. Wenn Ihnen jemand etwas sendet, senden Sie die Antwort an den sendenden Mac / IP zurück. Oder gehen Sie vielleicht so weit, die Arp-Pakete zu beobachten, damit andere Leute sie kaufen, und verfolgen Sie die Mac/IP-Adressen um Sie herum. tcp erfordert viel mehr Arbeit, ist machbar, aber es ist besser, zuerst nur darüber zu lesen, als zu versuchen, es zu implementieren.

Viel Glück und vor allem viel Spaß.

Das ist eine große Frage. Leider gibt es keine Möglichkeit, die Entwicklung eingebetteter Mikrocontroller zu lernen, genau wie bei fast allem anderen. Ich gehe davon aus, dass Sie, da Sie hier fragen, nicht nur ein bestimmtes Projekt erledigen wollen, sondern wirklich verstehen wollen, was vor sich geht, damit Sie jedes Projekt später selbst erledigen können. Das ist ein guter Anfang.

Es gibt keinen Ersatz dafür, ein paar Projekte in Assembler zu machen, um die Dinge wirklich zu verstehen. Ein Teil der Aufgabe von Hochsprachen besteht darin, einen Teil der Komplexität zu verbergen, aber das verdeckt auch Dinge, die Sie verstehen möchten. Arduino ist noch eine weitere Schicht darüber. Es mag für jemanden, der nicht wissen möchte, wie die Dinge funktionieren, in Ordnung sein, um etwas zu erledigen, aber es ist wirklich schlecht, wenn das Ziel darin besteht, die Details zu lernen. Also lass das Arduino los, vergiss, dass du einen Compiler hast, krempele deine Ärmel hoch und mach dich bereit, wirklich einzutauchen.

Der erste Anlaufpunkt für jeden Mikrocontroller ist sein Datenblatt. Die verschiedenen Mikrocontroller-Linien haben unterschiedliche Details, aber die Konzepte sind die gleichen. Wählen Sie eines aus und bleiben Sie dabei, bis Sie ein paar Projekte durchgeführt haben und sich damit wohl fühlen. Die TI MSP430, Atmel und Microchip PICs sind alles Mainstream-Mikrocontroller-Linien. Ich bin ein PIC-Typ, also werde ich darüber sprechen. Es ist nicht falsch, mit einem der anderen zu gehen, aber ich denke, es gibt eine zugänglichere Community-Unterstützung für PICs da draußen, und die PIC-Linie ist sehr breit, so dass es einfacher sein wird, von Anfang an sowohl zu größeren als auch zu kleineren Micros zu gehen.

Wenn Sie mit der PIC-Leitung beginnen, empfehle ich den 18F2520. Es ist ein recht fähiger Mikrocontroller, kommt in einem einfach umzuschraubenden 28-Pin-Gehäuse, hat eine anständige Menge an Programmspeicher und RAM und einen anständigen Satz gängiger Peripheriegeräte. Holen Sie sich eine kleine Handvoll und verwenden Sie sie zu Beginn auch für kleine Projekte, die mit etwas weniger hätten erledigt werden können. Es geht darum, es gut kennenzulernen. Schließlich möchten Sie etwas tun, das mehr erfordert, als der PIC leisten kann. Hoffentlich sind Sie bis dahin ziemlich gut in den grundlegenden Dingen und können leicht ein anderes Modell ersetzen. Tatsächlich sind alle 18F-PICs gleich, abgesehen von der Anzahl der Pins, dem Programmspeicher, dem RAM und dem Peripheriemix. Nach ein paar Projekten mit dem 18F2520 werden Sie kein Problem damit haben, direkt in jeden PIC 18 einzusteigen.

Wenn Sie dies beruflich tun, werden Sie schließlich auf Anforderungen stoßen, die etwas Kleineres oder Billigeres vorschreiben. Dann sehen Sie sich die 16F- oder möglicherweise sogar 12F- oder 10F-Familien an. Die Dinge werden weitgehend vertraut aussehen, aber einige Dinge werden etwas schwieriger sein. Dies sollte kein Problem sein, wenn Sie mit einem soliden Verständnis eines 18F beginnen. Heutzutage sind die 16F- und niedrigere Familien wirklich nur für die Massenproduktion oder vielleicht, wenn physischer Raum und manchmal Leistung sehr wichtig sind. Sie haben im Vergleich zu einem 18F für einen Bastler kaum einen Vorteil.

Wenn Sie nach oben gehen, können Sie sich die Familien 24, 30 und 33 ansehen. Diese sind im Grunde alle gleich, mit Ausnahme einiger kleinerer Probleme, wie z. B. mit welcher Spannung sie laufen, Höchstgeschwindigkeit und ob sie die DSP-Mathematik-ALU haben oder nicht. Sie sind in Assembler komplizierter zu programmieren, aber auch seltsamerweise einfacher. Es gibt mehr Anweisungen zu beachten, aber es ist daher auch einfacher, viele Dinge zu tun. Dies ist auch ein guter Punkt, um zu C zurückzukehren, wenn Sie dorthin möchten. Der C-Compiler für diese Teile ist eigentlich ziemlich gut, im Gegensatz zu den C-Compilern für PIC 18 und darunter. Es ist auch einfacher, C und Assembler im selben Projekt für diese Teile zu mischen. Vergessen Sie dabei jedoch nicht Assembler ganz. Es ist immer noch nützlich zu wissen, wann Sie einen Bootloader schreiben, sich mit Multitasking befassen müssen, das unnatürliche Aktionen auf dem Stack ausführt,

Eine nette Sache an der Microchip-Reihe ist, dass ein einziger Programmierer/Debugger über die gesamte Charge hinweg arbeitet. Wenn Sie es ernst meinen, dies professionell zu tun, holen Sie sich das Real Ice. Um ein wenig Geld zu sparen, können Sie den ICD3 erwerben, der nur ein leicht abgespeckter Real Ice ist. Das einzige, was es nicht ist, ist ein ICE (dummes Marketing schlägt wieder zu), aber es ist ein guter In-Circuit-Debugger. MPLAB, ihr IDE-Debugger und -Simulator, funktioniert auch über die gesamte Produktlinie hinweg.

Nochmals, für Profis oder diejenigen, die es werden wollen, besuchen Sie die jährliche Microchip Masters-Konferenz. Ja, es ist im Sommer in Arizona, aber Sie sind dort, um zu lernen, also vergessen Sie die 115 Grad F im Schatten. (Eigentlich erkunde ich Arizona gerne im Sommer, also fahre ich eine Woche früher mit meinem kleinen Zelt los und holpere durch das Hinterland. Es ist erstaunlich, wie wenige Menschen draußen in den riesigen Nationalforsten sind, die nicht weit von Phoenix entfernt sind.) Masters auch ein guter Ort, um Entwicklungstools zu finden. Sie verkaufen sie normalerweise für etwa 45 % Rabatt bei Masters. (Ich bin ein Platin-Level-Designpartner von Microchip, also bekomme ich sie ständig um 45 % reduziert, weshalb ich nicht den genauen Masters-Rabatt habe).

Wenn Sie mit der Erforschung von Mikrocontrollern beginnen, indem Sie PIC-Projekte durchführen, besuchen Sie meine Website, auf der ich näher darauf eingehe, wie ich PIC-Projekte normalerweise strukturiere, und Ihnen eine Reihe kostenloser Tools gebe, mit denen Sie einige ausgefallene Dinge tun können. Wenn Sie gutes Softwaredesign und Sauberkeit verstehen, werden Sie sich bei MPASM ärgern. Führen Sie ein oder zwei Projekte durch, um zu verstehen, was es tut und was nicht, und schauen Sie sich dann meine Wrapper und andere Tools an, mit denen Sie viel mehr tun können, während Sie sich an gute Softwaredesign-Praktiken halten. Assembler muss kein Durcheinander sein, nur weil es das meiste ist. Wenn Sie wirklich daran interessiert sind, könnten Sie bei dem Kurs vorbeischauen, den ich diesen Sommer bei Masters zu diesem Thema unterrichte.

Hier ist eine andere Idee. Implementieren Sie Ihr eigenes Tasking-System im Hintergrund, mit dem Sie sowohl zeitgesteuerte Aufgaben erstellen als auch Aufgaben anfordern können, die nur ausgeführt werden, wenn keine zeitgesteuerten Aufgaben ausgeführt werden. Es ist kein echtes RTOS, sondern verhält sich eher wie ein kooperativer Scheduler. Konvertieren Sie ein früheres Projekt, um das neue Aufgabensystem zu verwenden.

Diese Art von System funktionierte wirklich gut mit Produkten, die wir früher auf einem 8051 verwendeten. Es wurde ursprünglich in Assembler geschrieben, aber später konvertierten wir es nach C, um es bei der Portierung auf andere Architekturen zu unterstützen. Es war wirklich glatt, wo der Herzschlag dieses Systems auf einem 5-ms-Tick lag und die zeitgesteuerten Aufgaben in 5-ms-Schritten liefen. Wir hatten eine Datei, in der wir alle unsere Aufgaben (Funktionszeiger) mit ihren Zeitwerten und denen, die auf Abruf waren, benannt haben. Diese Datei wurde dann entweder in Assembly oder C konvertiert, je nachdem, wie wir sie implementiert und in den Code kompiliert haben.

Wenn es ziemlich gut funktioniert, können Sie Ihr eigenes einfaches RTOS für etwas kräftigeres schreiben.

Um Ihre Frage "Was ich wissen möchte" direkt anzusprechen:

Ich habe festgestellt, dass es für mich beim Erlernen des Build-Prozesses äußerst vorteilhaft für mich war, den Compiler direkt über die Befehlszeile aufzurufen, sich mit seinen Optionen vertraut zu machen und dann Ihre eigenen Makefiles zu schreiben, um den Build-Prozess zu lernen - was nach etwas klingt, das Sie wollen lernen. Dies trennt im Wesentlichen die Toolkette von der IDE und ermöglicht es Ihnen, mehr über die Toolkette als über die IDE zu lernen. Dies ist eine laufende Sache, die ich versuche, auch zu verbessern.

Mir ist aufgefallen, dass Sie in der Vergangenheit Arduino verwendet haben, was großartig ist, denn jetzt kann ich empfehlen, von nun an avr-gcc als Ihren Compiler zu verwenden. Probieren Sie es aus, es ist auf allen Plattformen verfügbar (Linux, WinAVR für Windows, Mac) und die Dokumentation zur avr-gcc-Toolkette und avrdude (Programmierer) ist großartig, und es sollte viele Beispiel-Makefiles für Sie geben lernen von. Ein beträchtlicher Teil dieser Informationen ist auch auf andere Hardware übertragbar, zum Beispiel arm-gcc.

Eine Sache, die Sie nicht erwähnt haben, ist die Kommunikation.

Es scheint, dass ein Loch , das Sie stopfen könnten , darin besteht, die verschiedenen Standard-Kommunikationsprotokolle zu lernen, die in der Industrie verwendet werden - Dinge wie:

• Profibus
• UVP-485
• Modbus

usw.

Die Frage lautet also: "Wie lernt man, wenn jede Toolchain eine Blackbox ist?"

Ich schlage vor, ein handelsübliches, sehr altes Experimentier- und Debugging-Board mit einer gängigen CPU zu finden. So etwas wie eine 2 Fuß breite Vorrichtung mit CPU, LEDs, Schaltern und der Schaltfläche "Einen einzigen Schritt ausführen". Erstellen Sie manuell ein Langschleifenprogramm mit 5-10 Anweisungen unter Verwendung von Maschinencode-Binäranweisungen aus dem Datenblatt. Legen Sie es auf einen steckbaren riesigen ROM-Chip. ROM einlegen, einschalten/zurücksetzen und Schritt für Schritt debuggen.

Wie gut verstehen Sie die Register, den Betrieb und dergleichen auf einem 8-Bit-Mikro? Es könnte eine gute Idee sein, eine kleine Montage zu machen. Dies hat den Vorteil, dass Sie genau lernen, was vor sich geht. Dies kann helfen, seltsame Fehler mit höheren Sprachen zu lösen.

AVRs haben nette einfache Assembler und Register. Es ist eine gute Plattform, um Ihr Futter nass zu machen. Es gibt auch einige gute Tutorials für diese Plattform.

Dies gibt Ihnen die Quintessenz dessen, was das Mikro tut. Dann wird der nächste Schritt, wie der Compiler und Linker C/Arduino in Maschinencode umwandeln, leichter zu verstehen sein.

Realtime Mantra enthält mehrere Artikel über die Entwicklung eingebetteter Software.