Eclipse avr debug linux

Настройка рабочего окружения в Linux для программирования микроконтроллеров AVR

В этой статье мы рассмотрим шаги, которые нужно предпринять, чтобы получить рабочую среду для программирования микроконтроллеров архитектуры Atmel AVR на языке Си в Linux. Мы адресуем эту статью в большей степени новичкам в Linux, поэтому обратим внимание на некоторые моменты, которые продвинутым пользователям могут показаться элементарными.

Дистрибутивов Linux существует огромное количество, мы будем исходить из того, что вы используете Debian или один из дистрибутивов, основанных на Debian, например популярный дистрибутив Ubuntu. В дистрибутивах, основанных не на Debian, изменится только процедура установки программных пакетов. Мы будем использовать только свободное программное обеспечение, с открытым исходным кодом и, разумеется, полностью бесплатное.

Без чего не обойтись

Необходимый минимум программного обеспечения, которое нам понадобится:

gcc-avr — это та часть мощной GNU Complier Collection (GCC), которая будет осуществлять кросс-компиляцию для целевой архитектуры микроконтроллеров AVR. GCC используется для сборки самого Linux, он поддерживает стандарты языка Си ISO C90 (ANSI-C), ISO C99, а также собственные расширения языка Си. GCC поддерживает огромное количество архитектур процессоров. Код, скомпилированный с помощью GCC для одной из платформ, потребует минимальных правок (или не потребует правок вообще) при компиляции для другой целевой платформы.

binutils-avr — ассемблер, компоновщик и некоторые полезные утилиты.

avr-libc — стандартная библиотека Си для Atmel AVR.

avrdude — утилита для работы с программаторами.

Это необходимый минимум для создания приложений для AVR и прошивки микроконтроллеров. Для отладки пригодятся следующие пакеты:

gdb-avr — отладчик для AVR.

avarice — интерфейс между avr-gdb и AVR JTAG ICE.

simulavr — симулятор Atmel AVR.

Чтобы установить нужные программные пакеты, откроем терминал и выполним следующую команду:

sudo apt-get install gcc-avr binutils-avr avr-libc avrdude gdb-avr avarice simulavr

Подождем некоторое время, пока пакеты будут загружены из репозитория и установлены и посмотрим, что теперь есть хорошего в нашей системе:

ls /usr/bin | grep avr

Это список программ, которые мы получили. Удобство использования Linux заключается не только в том, что все необходимое мы загрузили и установили одной командой, но и в том, что у нас теперь есть исчерпывающа справка по использованию этих инструментов. Чтобы воспользоваться этой справкой, достаточно набрать в терминале

man

Пробегите глазами, например, man avr-gcc, man avr-objdump, man avrdude. Нажмите клавишу ‘h’, когда находитесь внутри команды man, чтобы получить список клавиш для перемещения по странице справки.

В принципе, того, что у нас есть сейчас, достаточно для того, чтобы заниматься разработкой для AVR, используя любой текстовый редактор. Тем, кто хорошо знает Linux и способен написать удобные псевдонимы команд или скрипты, чтобы не писать каждый раз изрядное количество опций к командам, возможно, больше ничего и не понадобится. Но большинству пользователей, думаю, хотелось бы использовать удобную графическую среду разработки, позволяющую писать код, компилировать, отлаживать и загружать его в микроконтроллер.

Интегрированная среда разработки

Мы установим мощную IDE Eclipse, которую сможем использовать не только для программирования микроконтроллеров, но и при желании, для написания программ практически на любом языке для host-платформы. Eclipse — это кросс-платформенный инструмент для построения интегрированных сред разработки, реализуемых в виде плагинов, написанный на Java. Вы можете использовать Eclipse не только на Linux, но и в других операционных системах. Единственный минус этого решения — требовательность к объему оперативной памяти в некоторых случаях. Если на вашей машине меньше 2 Gb оперативной памяти, то мы рекомендовали бы добавить планочку, на всякий случай.

Не будем бегать по сети в поисках Eclipse, посмотрим, что доступно в репозитории:

apt-cache search eclipse

Нам понадобится базовый пакет eclipse и инструменты разработчика на C/C++ eclipse-cdt. Устанавливаем, особо не рефлексируя:

sudo apt-get install eclipse eclipse-cdt

Запустим Eclipse и добавим плагин для удобной работы с AVR, который, помимо всего прочего, обеспечит нам возможность работать с различными моделями программаторов. При запуске Eclipse попросит указать директорию, где будут храниться исходники проектов, выбирайте любое имя на свое усмотрение (директория не должна существовать, Eclipse создаст ее самостоятельно). После того, как Eclipse запустился, пройдем по меню

Help -> Install new software. -> Add.

Нам предлагают ввести URL репозиторя, содержащего нужный нам плагин. Узнать URL можно, посетив сайт marketplace.eclipse.org. Забьем в строку поиска «AVR» и найдем AVR Eclipse Plugin, распространяемый под свободной лицензией. На странице плагина нужно догадаться кликнуть по зеленой стрелочке, чтобы получить URL репозитория: http://avr-eclipse.sourceforge.net/updatesite/.

Копируем этот URL в поле «Location» в оконе «Add repository» Eclipse, жмем «Ok». Eclipse подгрузит список доступного ПО из репозитория, отмечаем чекбокс напротив AVR Eclipse Plugin и жмем «Next». Последующие шаги мастера установки проходим, ни от чего не отказываясь. После установки плагина Eclipse захочет перезапуститься, в наших интересах ему это позволить. IDE готова к работе. Теперь разберемся с программатором.

Подключаем программатор

Для начала воткнем в машину тот программатор, который есть под рукой. Допустим, у нас оказался AVR-910. Для этого программатора понадобится драйвер Prolific, этот драйвер уже присутствует в стандартном ядре Linux и дополнительных телодвижений не потребуется. Если же под рукой оказался популярный программатор AVR910 by PROTTOSS, то возможно, придется его немного допилить.

После втыкания программатора в разъем USB, у нас появится новое устройство. В Linux устройства отображаются в файловую систему и мы можем читать, писать в них и изменять права доступа так же, как мы делаем это с обычными файлами. Устройств в каталоге /dev довольно много, поэтому, чтобы быстро обнаружить новое, воспользуемся стандартными консольными утилитами в терминале:

ls /dev > /tmp/dev1 # сохраним список устройств в /dev во временный файл /tmp/dev1
# присоединим программатор
ls /dev > /tmp/dev2 # сохраним список устройств в /dev во временный файл /tmp/dev2
comm -3 /tmp/dev1 /tmp/dev2 # найдем различия в списках устройств

Мы обнаружили, что в каталоге /dev появилось устройство ttyUSB0. Посмотрим, сможем ли мы с ним работать, хватит ли у нас прав:

ls -l /dev/ttyUSB0

crw-rw—- 1 root dialout 188, 0 окт. 22 14:49 /dev/ttyUSB0

Мы видим, что для устройства заданы разрешения на чтение и запись для пользователя root и группы dialout. Пользователи, не входящие в эту группу, работать с устройством не смогут. Проверим список групп, в которые мы входим:

groups

owlet adm cdrom sudo dip plugdev lpadmin sambashare vboxusers

Так как группы dialout мы не видим, то придется добавить себя в эту группу:

sudo usermod -a -G dialout `whoami` # команда whoami — в обратных кавычках

Теперь нужно выйти из системы и войти снова, чтобы вхождение в группу стало актуальным. Перезагружать систему не обязательно, просто завершим текущий пользовательский сеанс и войдем снова. Проверим принадлежность к группе:

groups

owlet adm dialout cdrom sudo dip plugdev lpadmin sambashare vboxusers

Все в порядке, запускаем Eclipse и.

Настройка Eclipse и первый проект

. попробуем создать проект:

File -> New -> C Project

Придумаем имя проекта и выберим тип — AVR Cross Target Application -> Empty Project. Жмем «Finish», и переходим к настройкам проекта — в панели Project Explorer жмем правой кнопкой мыши на нашем проекте и выбираем «Properties» в выпавшем меню. Чего тут только нет. Нас интересуют вкладки «AVR» и «C/C++ Build».

Сначала идем в AVR -> AVRDude -> Programmer -> Programmer Configuration -> New. . Придумываем имя нашему программатору (например, AVR-910). Теперь нужно выбрать тип программатора. В списке доступных типов мы не находим ничего, похожего на 910. Поэтому кликаем все подряд. Когда доберемся до «Atmel Low Cost Serial Programmer», то увидим в окошке справа:

id = «avr910»;
desc = «Atmel Low Cost Serial Programmer»;
type = avr910;

Это то, что нужно, оставляем этот выбор. Теперь выберем устройство, как мы помним, у нас это /dev/ttyUSB0. Записываем это в поле «Override default port». Это все, жмем «Ok». И устанавливаем только что созданный профиль в качестве значения в поле «Programmer configuration». Идем дальше.

AVR -> Target Hardware -> MCU Type. Если программатор подключен к макетной плате с микроконтроллером (или микроконтроллер воткнут в программатор), то пробуем нажать «Load from MCU». Если MCU Type прочитался и установился корректно, то скорее всего, тип программатьора на предыдущем шаге мы выбрали верно. Если это не так, то нужно еще раз проверить тип программатора, его работоспособность, наличие контакта на макетке. Устанавливаем MCU Clock Frequency в то значение, которое у нас имеется.

Можно еще походить по вкладкам AVR -> AVRDude -> . и обнаружить настройки чтения и записи Fuse и Lock-битов и некоторые другие опции, но пока нам это не нужно и мы идем дальше.

Вкладка C/C++ Build -> Settings -> AVR Compiler -> Miscellaneous -> Other flags — добавляем опцию -g для того, чтобы в ассемблерном листинге мы смогли видеть исходные строки на Си. Посмотрите другие разделы C/C++ Build -> Settings -> AVR Compiler — тут можно установить настройки оптимизации компилятора и другие полезные параметры.

Сохраняем изменения в параметрах проекта и добавим одно полезное сочетание клавиш в нашу IDE: Window -> Preferences -> General -> Keys ищем команду Upload Progect и назначаем сочетание клавиш (например, Ctrl+Alt+U). И там же мы видим, что на комаду Build All уже назначено сочетание Shift+Ctrl+B. Эти две комбинации мы будем вызывать для перекомпиляции исходников и прошивки микроконтроллера.

Теперь нам осталось создать файл main.c (жмем правой лапкой мышки на проекте, New -> File), написать тестовую программу скомпилировать ее и прошить железку. Можно посмотреть ассемблерный листинг получившегося кода, открыв файл .lss, который появится в директории «Debug» или «Release» в проекте (в зависимости от текущего профиля) после компиляции.

Если все прошло удачно, скорее сносите проприетарные операционные системы со своей машины и будьте свободны. О средствах отладки для AVR под Linux мы напишем в следующей статье.

Источник

Отладка микроконтроллеров AVR в Linux

В продолжении статьи «Программирование для AVR в Linux», мы расскажем, как осуществлять отладку микроконтроллеров семейства Atmel AVR в Linux, используя симулятор и интерфейс JTAG. Будем исходить из того, что мы используем дистрибутив, основанный на Debian (Ubuntu) и у нас есть все необходимые программные пакеты, которые мы установили, руководствуясь вышеупомянутой статьей (gcc-avr binutils-avr avr-libc avrdude gdb-avr avarice simulavr). Отладку будем производить в интегрированной среде разработке Eclipse с установленным AVR Eclipse Plugin. Эта статья, так же как и предыдущая адресуется начинающим пользователям Linux и начинающим разработчикам ПО для микроконтроллеров.

Для отладки мы будем использовать GNU Debugger (gdb), а точнее его модифицированную версию avr-gdb (бинарный файл avr-gdb мы получили, установив пакет gdb-avr). Этот отладчик умеет работать с удаленным сервером по TCP-соединению, именно так осуществляется удаленная отладка на платформах, отличных от платформы разработчика (например, так отлаживают программы для ARM-устройств). Клиентская часть отладчика общается с сервером, отсылая ему команды на чтение данных, установку точек остановки и т.п.

Мы, конечно не сможем установить gdb-server на микроконтроллер, но инструменты отладки, которые мы будем использовать, как раз умеют притворяться удаленным gdb-сервером. Именно так работает симулятор simulavr и утилита avarice, которая общается с микроконтроллером через интерфейс JTAG и реализует gdb-сервер для общения со стандартным отладчиком gdb. Так как эти утилиты реализуют удаленный сервер, то мы можем запускать их не только на локальной машине, но и на любой другой машине в сети. Полагаем, пока нам это не особо нужно и мы запустим все на своей машине. Нам нужно будет знать два параметра после запуска gdb-сервера — сетевой адрес (в нашем случае — localhost) и номер порта (выберем любой незанятый адрес из диапазона 1024-65535 и зададим этот номер порта в качестве параметра при запуске simulavr или avarice).

Для отладки нам понадобиться скомпилировать исходники с опцией -g, чтобы добавить в elf-файл отладочную информацию. Настраивая Eclipse (см. предыдущую статью), мы указали такую опцию для компилятора GCC.

Для начала попробуем запустить симулятор — никакого железа нам не понадобится, мы сможем познакомится с процессом отладки и заодно узнаем о недостатках отладки с симулятором.

Отладка с помощью симулятора

Симулятор — это программа, которая притворяется микроконтроллером. Таким образом, мы можем отлаживать нашу программу, загрузив ее в симулятор, не имея при этом макетной платы, микроконтроллера и программатора. Кроме того, для микроконтроллеров, не поддерживающих JTAG, о котором будет рассказано ниже, использование симулятора — это единственный способ, который дает возможность, не прибегая к модификации кода, выполнить программу с точками останова, пошагово, копаясь по пути в содержимом регистров и переменных.

Мы рассмотроим отладку с помощью симулятора на примере simulavr. Чтобы почитать справку об использовании simulavr, достаточно набрать в терминале man simulavr (клавиша ‘h’ — список клавиш для перемещения и поиска по справке). Краткую справку можно вызвать, набрав simulavr —help (это стандартный ключ, поддерживающийся практически всеми программами в Linux). Посмотреть список устройств, которые программа может симулировать можно так: simulavr -L.

Запустим simulavr в качестве gdb-сервера (опция -g), слушающего порт 1200 (-p 1200), в режиме микроконтроллера ATMega8 (-d atmega8), работающего на частоте 8 МГц (-c 8000000) и заставим его отображать содержимое регистров внешней программой simulavr-disp, которая установилась вместе с пакетоми simulavr (опция -P simulavr-disp):

simulavr -g -p 1200 -d atmega8 -c 8000000 -P simulavr-disp

Waiting on port 1200 for gdb client to connect.

Мы видим, что программа ожидает соединение клиентской части отладчика на порту 1200 и еще мы видим, что открылось окно, отображающее значение регистров общего назначения и регистров ввода-вывода.

Мы могли бы теперь открыть еще одно окно виртуального терминала, запустить в нем отладчик avr-gdb, ввести команды чтения elf-файла, адрес и порт gdb-сервера (localhost:1200), команду load и отлаживаться, задавая вручную точки остановок и выводя на печать значения переменных, но нам будет намного удобнее отлаживаться в IDE. Настроим Eclipse для работы с симулятором.

Настройка IDE Eclipse для отладки с simulavr

Сконфигурируем инструмент отладки:

Run -> Debug configurations.

В левой части окна кликнем правой кнопкой мыши на пункте «GDB Hardware Debugging» и создадим новую конфигурацию (New. ). Первым делом укажем имя для новой конфигурации (поле «Name»). Придумаем что-то, понятное для нас (например, simulavr-test).

На вкладке Main введем в поле «Project» нужный проект, в поле «C/C++ Application» укажем путь elf-файлу, проще всего воспольтзоваться кнопкой Search Project.

На вкладке Debugger в поле «GDB Command» впишем полный путь к клиенту отладчика: /usr/bin/avr-gdb. Отметим чекбокс «Use remote target», установим пункт «JTAG Device» в «Generic TCP/IP», укажем ниже адрес и порт сервера отладки (localhost, 1200).

Перейдем ко вкладке Startup и найдем там секцию «Runtime Options». Установим чекбокс напротив «Set breakpoint at» и введем значении функции: main. Установим чекбокс напротив «Resume». При отладке программа остановится при входе в функции main и мы сможем пройти ее пошагово или ввести дополнительные точки остановки и запустить программу до первой из них.

На этом конфигурирование отладки можно закончить, закроем окно Debug Configurations и нажмем на стрелочке рядом с кнопкой отладки (изображение жука), выбрав «Organize Favorites. «. Отметим галочкой только что созданную конфигурацию simulavr-test.

В отдельном окне терминала у нас уже запущен simulavr на нужном нам порту, поэтому теперь мы выделяем в Eclipse наш проект и запускаем отладку, выбрав из списка «simulavr-test» под кнопкой отладки.

Eclipse запустит avr-gdb, загрузит elf-файл и предложит открыть набор инструментов («перспективу») для отладки. После этого у нас окажутся под рукой вкладки с исходным кодом, значениями локальных переменных, списком точек остановки, значениями регистров общего назначения, вкладку Expressions, где мы сможем добавлять Си-выражения и отслеживать их значение в разных точках программы. На вкладке с исходным кодом мы сможем устанавливать и удалять точки остановки, а в верхней панели найдем кнопки для управления ходом выполнения программы, в том числе для пошагового выполнения программы.

Попробуйте поиграться с точками остановки, которые могут быть безусловными и с заданными условиями. Попробуйте пройти программу пошагово, выполнить ее до следующей точки остановки, узнать значение переменной или выражения в нужном месте программы.

Обратите внимание на то, что на вкладке регистров мы видим только содержимое регистров общего назначения, но, к сожалению, не видим регистров ввода-вывода. Кроме того, мы не сможем указать в выражении что-то типа «PORTB». Поэтому для того, чтобы просмотреть содержимое регистра ввода-вывода нам придется создать переменную и присвоить ей в нужном месте содержимое регистра. Но, если вы еще не забыли, у нас есть запущенное симулятором окно с программой simulavr-disp, в котором мы видим все регистры — можно пользоваться им.

Чтобы не запускать каждый раз симулятор из командной строки, сконфигурируем Eclipse для запуска simulavr:

Run -> External Tools -> External Tools Configuration.

В левой части окна жмем правой клавишей мыши на пункте «Program», «New. «. Придумаем имя, например «ATMega8 8MHz localhost:1200».

На вкладке Main, в поле «Location» укажем полный путь к симулятору: /usr/bin/simulavr. В поле «Arguments» — параметры вызова: -g -p 1200 -d atmega8 -c 8000000 -P simulavr-disp.

На вкладке Build снимем галочку с пункта «Build before launch», иначе симулятор не запустится, если при компиляции будут выданы предупреждения.

На вкладке Common, в разделе «Display in favorites menu» установим галочку напротив «External Tools».

Теперь у нас все готово для комфортнорй работы. Перед первым запуском сеанса отладки запускаем симулятор, выбрав в под кнопкой внешних инструментов, в выпадающем списке только что созданную конфигурацию «ATMega8 8MHz localhost:1200». Потом под кнопкой отладки выбираем конфигурацию отладки («simulavr-test») и переходим к отладке.

По окончании отладки процесс симулятора будет оставаться в фоне, снова запускать его не нужно. Если нам нужно отлаживать несколько проектов для разных устройств, создаем несколько конфигураций в External Tools и соответствующих им конфигураций отладки, развесив каждый вызов симулятора на разные порты.

Отладка с помощью JTAG

Интерфейс JTAG позволяет осуществлять отладку непосредственно внутри микроконтроллера, без модификации кода. Здесь тоже есть некоторые ограничения: потребуется занять некоторые выводы микроконтроллера, кроме того, не все микроконтроллеры поддерживают JTAG.

У нас в офисе нашелся AVR-JTAG-USB от Olimex. Мы скачали с сайта производителя даташит к этому устройству, посмотрели его распиновку и без труда соединили с микроконтроллером на макетной плате.

Нам нужно определить, как будет представлено это устройство в каталоге /dev после подключения его к разъему USB. Сравним листинг каталога до и после включения устройства:

ls /dev > /tmp/dev1 # сохраним список устройств в /dev во временный файл /tmp/dev1
# присоединим JTAG
ls /dev > /tmp/dev2 # сохраним список устройств в /dev во временный файл /tmp/dev2
comm -3 /tmp/dev1 /tmp/dev2 # найдем различия в списках устройств

Допустим, мы обнаружили, что появилось устройство ttyUSB1. Теперь нужно запустить в терминале утилиту avarice с нужными параметрами, чтобы получить gdb-сервер, который будет общаться с микроконтроллером чере JTAG (заставим его слушать порт 1201):

avarice -j /dev/ttyUSB1 -B 1000 -P atmega16 -d localhost:1201

Здесь мы указали устройство (-j /dev/ttyUSB1), скорость обмена данными (-B 1000), которая не должна превышать ¼ от тактовой частоты микропроцессора (подробнее можно прочитать в мануале, man avaraice), тип микропроцессора (-P atmega16), режим отладки (-d), адрес и порт (localhost:1201). К слову сказать, вызвав avarice с соответствующими параметрами, мы можем и залить прошивку в микроконтроллер, при условии, что установлен соответствующий Fuse-бит (см. avarice —help или man avarice).

Если JTAG подключен и утилита успешно загрузилась, мы увидим сообщение «Waiting for connection on port 1201», avarice ждет соединения gdb-клиента. Если этого не произошло, то читаем сообщения avarice и устраняем неполадки. Проверяем соединение, скорость соединения, тип микроконтроллера, права доступа на устройство /dev/ttyUSB1 (о том, как включить пользователя в группу для работы с устройством, мы рассказывали в предыдущей статье).

Теперь настроим Eclipse:

Run -> Debug configurations.

Создаем новую конфигурацию в разделе «GDB Hardware Debugging» и задаем ей имя, к примеру, «JTAG-test». Выполним все оставшиеся шаги по настройке конфигурации точно так же, как мы это делали для конфигурации отладки «simulavr-test», у нас изменится только номер порта gdb-сервера. В заключении перейдем на вкладку Debugger и выберем «Standard GDB Hardware Debugging Launcher» по ссылке в самом низу окна. После этого в разделе «GDB Setup» на этой же вкладке появится два дополнительных полях, установим значения в них: «Command Set» -> «Standard», «Protocol Version» -> «mi2».

Пробуем запустить отладку в Eclipse. Если что-то идет не так, смотрим на сообщения, которые выводит avarice. После каждого сеанса отладки avarice, возможно, придется запускать заново. Если все работает хорошо, добавляем вызов avarice в External Tools таким же способом, как мы это делали для simulavr. Полный путь к avarice можно узнать командой

/usr/bin/avaraice

Мы рассмотрели вкратце настройку инструментов отладки на примере IDE Eclipse. В Linux есть и другие визуальные среды отладки, которые могут работать с исходным кодом и отладчиком GDB, можно попробовать avr-gdbtui (утилита в составе пакета gdb-avr), утилита ddd (ставится отдельным пакетом), и др.

Источник