Программатор Dimoniprog (USB, STK500v2 совместимый, c изоляцией, ПУ, питанием target), Софт + пример железяки для энтузиастов Опции

[Dimonira]

Решил таки выложить это своё творение. Может кому пригодится.
Раньше программировал AVR с помощью супер-программы AvReal в связке с байт-бластером Альтеры на параллельном порте принтера компьютера. Это было очень хорошее и удобное решение. При использовании для написания софта компилятора IAR, можно было настроить вызов программирования контроллера прямо из оболочки IDE по одному клику, быстро и удобно. Однако время шло и при переходе на ноутбук возникла проблема - отсутствие параллельного порта принтера. Тут и возникла идея создания нового программатора, подключаемого к USB порту. Ознакомившись с доселе созданными вариантами (Prottoss, Petka/Tuxgraphics, Doper), решил сделать программатор с гальванической изоляцией, преобразованием уровней, возможностью питать целевое железо от USB порта и реализовать его на основе связки FT232 + ATMega8. Под это дело был написан софт (проект под IAR 5.11B). Софт старался написать просто, прозрачно и понятно (и никакого ассемблера), чтобы любой легко смог "заточить" его на свой вкус. Мне думается, что связка FT232 + ATMega8 является достаточно универсальным решением, которое позволяет реализовывать разное железо от простых вариантов до более сложных. Так что, внеся небольшие изменения в софт, можно быстро настроить его на свой вариант железа.

Железо.
Основные пояснения по железу:
1. Изоляция достигается через интерфейс RS-232 и питание с помощью ADUM1201 и изолированного конвертера DC/DC со стабилизированным выходом на 5В типа AM1DR-0505S (я использовал P6CG-0505ELF).
2. Для преобразования уровня от целевого девайса использованы ADG3304 и ADG3301, которые обещают диапазон 1.15-5В. Программатор запитан от 5В питания, чтобы априори быть "больше или равно" чем питание целевого девайса. Поэтому ADG330х "развёрнуты" стороной с большим питанием в сторону программатора. При равном питании для понижения питания "правой" стороны, поставлен диод. Прада, это несколько повышает нижний предел уровней (на 0.25 В).
3. Для интерфейса программирования целевых кристаллов у контроллера ATMega8 использован SPI порт, что позволяет программировать и самому быть программируемым внешним программатором с того же разъёма ISP, надо только ещё перемычку XP5 на RESET переставить: позиция 1-2 соответствует работе программатором, позиция 2-3 - для программирования ATMega8 извне.
4. Программатор генерирует сигнал тактовой частоты (ISP clock) для целевого девайса (на всякий случай). Это нестандартная опция (нет в STK500). Цепь выведена на 3 вывод 10-ти контактных ISP разъёмов (обозначен как PULSE).
5. В контроллер заведены на входы АЦП напряжения питания программатора и целевого девайса (через делители). Правда в STK500 v2 в режиме AVRISP эти измерения (точнее напряжение целевого девайса) не запрашиваются. Но можно проверить встроенным терминалом (см. ниже в описании софта).
6. Наличие DC/DC позволяет питать напряжением 5В целевое устройство (до 1Вт за вычетом потребления самого программатора). Для этого надо замкнуть XP4.
7. На разъём XP6 выведен интерфейс RS-232 "TTL", для двух целей: можно подключать сотовые телефоны для перепрошивки (или ещё для чего?), а ещё надеялся, что можно будет через него зашить сам программатор (не имея другого программатора), подключив нужные связи на разъём ISP и использовав софт PonyProg2000 (аналогично как у Petka). При использовании этого интерфейса надо разомкнуть XP3. При работе программатором XP3 должна быть замкнута. Думаю, ясно почему.
8. Для ISP разведены как 6-ти, так и 10-ти контактные разъёмы с шагом 2.54 и 2 мм. Поэтому их 4-е штуки.
9. Т.к. STK500 v2 в режиме AVRISP , то частота кварца должна быть 3.6864 МГц.
10. Предусмотрены контакты XP1, XP2. для использования boot-загрузчика.

Схема приводится в первоначальном варианте (без исправлений). На основе схемы была сделана печатная плата и собрано пару девайсов:

Железо после опробывания потребовало пары доработок, которые на схеме не приведены. Поэтому привожу эти доработки здесь:
1. Резистор R11 (верхний вывод по схеме) надо оторвать и подключить напрямую к цепи VTG.
2. Выяснилось, что надо подтянуть линию MISO с "внешней" стороны к целевому питанию. Так что надо навесить резистор 22к между 1 и 5 выводами D5.

По проверкам железа.
Зашивал программатор с помощью программатора Prottoss-а (в варианте Мастер-Кит). Не понял почему, но шился только один из двух образцов. На втором не входил в режим программирования.
В то же время оба образца на ура прошивались на десктопном компьютере с помощью AvReal+BB(LPT).
Программаторы друг друга шить не хотят, видимо это связано с преобразователями уровней ("много" их получается в связке). И вообще эти преобразователи уровней мне как-то не очень понравились. Была замечена чувствительность к длине кабеля ISP, - покороче надо. Хотя идея реализации, а именно подключение программатора к USB через кабель, а не напрямую в разъём, позволяет ситуацию с коротким ISP легко преодолеть. Опять же из-за этих преобразователи уровней (как я понял, но досконально не разбирался, не было нужды) не удалось запрограммировать программатор с помощью PonyProg2000.
Проверить прошивание кристаллов с памятью более 64К не удалось за неимением таковых в наличии.
Остальное вроде работает.
Поэтому (резюмируя выше сказанное) в следующей версии железа (если я на неё пойду) наметились следующие основные идеи доработок:
1. Заменить преобразователи уровней на другие, а именно sn74lvc1t45. Может они будут лучше работать. Тогда, возможно, и диод не понадобится.
2. Вместо перемычки питания XP4 поставить 3-х контактную панельку и завести туда ещё землю. Тогда можно будет не только замыкать для подачи питания 5В на целевую схему, но и втыкать туда, например какой-нибудь LDO и получать из 5В другое требуемое напряжение.
3. Видимо, лучше всё же вывести на отдельный 6-ти пиновый разъём линии SPI интерфейса и RESET контроллера программатора напрямую (минуя преобразователи уровней). Это должно дать возможность зашить программатор без программатора через PonyProg2000.

Софт.
Софт сделан под IAR 5.11B. Проект разбит на файлы, функциональность которых ясна из названия.
Реализован стандартный протокол STK500 v2 в режиме AVRISP (всё что надо поддержал). Помимо стандартного, реализован доморощенный терминальный протокол (для связи можно использовать любую терминальную программу в режиме 115200/8/без паритета/1стоп, т.е. так же как в STK500) для настройки параметров программатора, которые невозможно сделать через STK500. А именно:
1. Настройка частоты ISP clock в соответствии с формулой: ISP clock = 3686400/(2*N*(1+OCR)), где параметры N и OCR можно задать.
2. Настройка значений сопротивлений делителей, через которые заводятся для контроля напряжения питаний программатора и целевого девайса. Это для того, чтобы не заботиться о точности этих резисторов. Измерил тестером перед запайкой, а потом ввёл эти значения и всё будет измеряться точно. В софте "зашито" по-умолчанию значения 330 и 220 (это соответствует 33к и 22к) для обоих делителей.
Значения параметров запоминаются в EEPROM (в том числе и параметров протокола STK500).
Помимо этого терминальный протокол позволяет выдать измеренные значения напряжений, текущие значения параметров и версии софта (firmware).
Выбор протокола происходит автоматом - пока не заработал протокол STK500, работает терминальный протокол. Как только от компьютера получен байт, "понравившийся" протоколу STK500, так сразу терминальный протокол "отключится" и больше не будет работать (мешать) до нового включения программатора в порт USB.
Команды терминального протокола и их формат можно увидеть, подключившись терминалом к порту, на котором сидит программатор, и выдав в него символ '?' или 'h'. В ответ программатор выдаст список с пояснениями. Либо можно понять по тесту программы (терминал реализован в main.c).
Если нет желания использовать терминальный протокол, то можно его исключить, закомментировав строчку с определением TERMINAL_INTERFACE в main.c. Но тогда частота ISP clock останется фиксированной 921600 Гц (задаётся через определения в isp.c).
Фузы надо поставить так: BODLEVEL=0, BODEN=0, SUT=1, CKSEL=F, остальные непрошиты (как есть в новом контроллере).
Для облегчения "шития" сделан AES boot загрузчик (взятый готовый и настроенный на нужную тактовую и скорость обмена). Всё "хозяйство" загрузчика лежит в поддиректории AES-Boot\. Загрузчик использует те же параметры порта (115200 и т.д.).
При использовании загрузчика сначала зашиваем его (boot.hex). Потом замыкаем XP1, XP2, втыкаем девайс в USB, размыкаем XP1, XP2, далее запускаем update (точнее upd_com1.bat или upd_com2.bat в зависимости от номера COM порта, либо переделаете на нужный).
При использовании загрузчика фузы надо поменять: должно быть BLB1=0, BOOTRST=0, BOOTSZ=0 (он сразу такой).
Я шил бут-загрузчик через AvReal+BB(LPT1) сразу со всеми фузами и локами командой:

Код

avreal32 +atmega8 -p1 -ab -e -l2 -v -w -fbodlevel=0,boden=0,sut=1,cksel=f,bootsz=0,bootrst=0,blb1=0 -c boot.hex

Гы-гы, хотя зачем лочить, коли тут всё выложил

Проект компиллируется в simple формат (Dimoniprog.raw). После этого надо применить POSTLINK для получения отдельных файлов кода (Dimoniprog_code.hex) и eeprom (Dimoniprog_eeprom.hex). Далее можно их шить.
Если используется бут-загрузчик (и boot.hex уже прошит в контроллер вместе с нужными фузами), то надо сначала из двух вышеупомянутых файлов сделать файл Dimoniprog.enc для программы "обновлятеля". Для этого в директории AES-Boot запускаем create.bat. После чего можно обновлять (upd_com1.bat или upd_com2.bat или другой порт).

В заключении несколько советов по настройке IAR Embedded Workbench IDE для облегчения жизни.
Для начала заменим родной postlink.bat (в C:\Program Files\IAR Systems\Embedded Workbench 5.0\avr\bin\) на прилагающийся. Не помню (давно было) для чего я это делал, видать не работало.
Добавим три команды через меню "Configure Tools..." (во всех случаях ставим флажок "Redirect to Output window"):

Код

Menu Text: Postlink
Command: $TOOLKIT_DIR$\bin\POSTLINK.BAT
Argument: $TARGET_FNAME$ $TOOLKIT_DIR$\bin\POSTLINK.EXE
Initial Directory: $TARGET_DIR$

Код

Menu Text: Create boot application
Command: $PROJ_DIR$\AES-Boot\create
Argument: -c cfg.txt -e $TARGET_DIR$\$PROJ_FNAME$_eeprom.hex -f $TARGET_DIR$\$PROJ_FNAME$_code.hex -o $PROJ_FNAME$.enc -l BLB11 BLB12
Initial Directory: $PROJ_DIR$\AES-Boot\

Код

Menu Text: Update booting device (COM1)
Command: $PROJ_DIR$\AES-Boot\update
Argument: $PROJ_FNAME$.enc -COM1 -115200
Initial Directory: $PROJ_DIR$\AES-Boot\

В последней команде надо уточнить номер порта или можно сделать несколько таких команд для разных портов.
Первую команду (Postlink) запускаем после компилляции софта для получения файлов кода (Dimoniprog_code.hex) и eeprom (Dimoniprog_eeprom.hex).
Две других нужны при использовании бут-загрузчика.
Вторую (Create boot application) запускаем вслед за первой для получения файла Dimoniprog.enc для программы "обновлятеля".
Третьей командой (Update booting device) запускаем обновление firmware программатора. Только надо не забыть перед запуском команды произвести манипуляции с перетыканием перемычки между XP1-XP2 с перевтыканием программатора в USB порт (выше писал).
-------------------------
Пока всё на этом. Устал набирать...

Прикрепленные файлы

 postlink.rar ( 571 байт ) Кол-во скачиваний: 495
 Dimoniprog.rar ( 136.8 килобайт ) Кол-во скачиваний: 656

 

[Dimonira]

ВНИМАНИЕ! На схеме замечена ошибка! Потерялся 3 вывод контроллера - его надо на землю (соединить с 5 и 21). Сори
-----------------
Не понял почему я не могу отредактировать свою тему?

[SKov]

2 Dimonira:
Спасибо за интересную разработку.
Не принимайте близко к сердцу сомнения скучных людей в целесообразности этого дела.
Лично мне могут пригодится ваши исходники для осуществления давнишнего намерения "скрестить"
сериальные программаторы для АВРов и ПИКов. Для этого не хватало вразумительных Си-шных исходников. Теперь они есть.
Что касается вашего железа, то тут все дело вкуса и предпочтений. Например, я бы вашу Мегу + оптоизолятор+ FTDI заменил на что-нибудь типа PIC18F2550. В результате получилась бы более компактная схема примерно за ту же цену, правда, без опторазвязки. Понимаю, что программатор для АВР , сделанный на ПИКе, может вызвать очередную волну религиозных войн, так что не буду настаивать на этом решении
Действительно, в этом случае мы получим по железу что-то очень похожее на pickit-2 - известный программатор для пиков с открытыми исходниками. Было бы здорово туда же добавить и АВРы (при незначительной доработке схемы). Если будет время, попробую смастерить что-то такое. И в USB-шный вариант PICSTARTa тоже можно попробовать внедрить ваш софт.
В общем, спасибо, вы сделали интересное и полезное дело!

[Огурцов]

В результате получилась бы более компактная схема примерно за ту же цену, правда, без опторазвязки.

Ну так есть же такая, на Mege8. Если хотите, можно было бы at90usb* использовать. Но на FT232 или там CP2102 получается более прямое и надежное решение. И развзка не лишняя, тем более что сделана так просто и красиво.

[SKov]

Ну так есть же такая, на Mege8. Если хотите, можно было бы at90usb* использовать. Но на FT232 или там CP2102 получается более прямое и надежное решение. И развзка не лишняя, тем более что сделана так просто и красиво.

Прямое решение такое, при котором используется минимум деталей. С FT232 не работал, а вот связка ср2102+ADUM+мега (в моем случае была Мега88) - многократно опробована и хорошо себя зарекомендовала. Интеренсо, что ср2102 была "разогнана" до 2Мбит, при этом все очень устойчиво работало, включая и ADUM, который обязан был работать только на 1Мбит !
Что касается развязки, которая "сделана так просто и красиво" , то могу сказать, что сделать её по-другому было бы очень трудно
Возвращаясь к скрытому подталкиванию автора к схеме pickita-2 могу заметить, что для формирования переменного питания там использовался ШИМ. И для VPP тоже свой ШИМ с повышающим преобразователем.. Это удобно, а вдруг автор все-таки захочет реализовать высоковольтное программирование - а тут уже ПОЛНОСТЬЮ ГОТОВАЯ схема !

Сообщение отредактировал SKov - Nov 6 2008, 11:31

[Dimonira]

Прямое решение такое, при котором используется минимум деталей. С FT232 не работал, а вот связка ср2102+ADUM+мега (в моем случае была Мега88) - многократно опробована и хорошо себя зарекомендовала. Интеренсо, что ср2102 была "разогнана" до 2Мбит, при этом все очень устойчиво работало, включая и ADUM, который обязан был работать только на 1Мбит !

А я вот с CP2102 не работал. В первую очередь потому, что паять её проблематично, а дома вообще никак. Так что когда весь девайс паять легко, наличие такого компонента не рентабельно даже в "промышленных масштабах". А связка FT232 + что-либо хорошо себя зарекомендовала. Паять можно. Скорость, кстати, если мне не изменяет память до 5 Мбит возможна, хотя мне такое никогда не требовалось.
ADUM-ы тоже есть на разные скорости. Смотря какая буква в обозначении. Возможно, именно поэтому 1-мегабитный и работал на повышенной скорости, - их же из "одной бочки разливают", нанося разную маркировку уже потом.

Возвращаясь к скрытому подталкиванию автора к схеме pickita-2 могу заметить, что для формирования переменного питания там использовался ШИМ. И для VPP тоже свой ШИМ с повышающим преобразователем.

Почему-то у меня нет доверия к схеме, которая питает ШИМ-ом саму себя. Если делать раздельное питание, то смысла в ШИМ особо не вижу - с перемычками и LDO имхо намного проще и наверное дешевле (с учётом трат на софт, отладку).

Это удобно, а вдруг автор все-таки захочет реализовать высоковольтное программирование - а тут уже ПОЛНОСТЬЮ ГОТОВАЯ схема !

Вот до сих пор не понял, а надо ли кому-то это высоковольтное программирование? Мне так ни разу и не потребовалось. А со временем оно наверное вообще будет уходить как пережиток прошлого.
Если его делать, то тогда надо прикидываться STK500, а не AVRISP. Отсюда полезут разные заморочки. Тогда уж точно надо управлять питанием таргета по протоколу STK500. А остальное, тоже делать? Вот и понеслась. Повторять STK500, а смысл?
А так хоть (как AVRISP) получается нормальный законченный девайс, не подменяющий собой STK500. Плюс допвозможности, не связанные с Атмелами.

[SKov]

А я вот с CP2102 не работал. В первую очередь потому, что паять её проблематично,
...
Почему-то у меня нет доверия к схеме, которая питает ШИМ-ом саму себя.

Вот до сих пор не понял, а надо ли кому-то это высоковольтное программирование? STK500.
....
Плюс допвозможности, не связанные с Атмелами.

Ну, ср210х паяется на коленке руками без всяких проблем. Более того, этот чип весьма устойчив к перегреву. Я его для эксперимента 3 раза выпаивал строительным феном самым жестоким образом, а потом снова запаивал паяльником - и он работал.
В pickit-е схема не питает сама себя от шима. Вообще, понижение питания меги для понижения уровня выходных сигналов - это слабое место вашей разработки . Я слышал, что профи так не делают . Привязка сигналов к выходному питанию в pickite сделано грамотно - с помощью согласователей уровня (на одном транзисторе на каждую линию).
Высоковольтное программирование бывает нужно. И не только для шитья фузов старых тинек.
Та же Мега88 у меня шьются в STK500 только в высоковольтном режиме, т.к. ресет используется в качестве выхода (ножек не хватало). Прикидываться STK500 хотя бы в ограниченном варианте было бы неплохо. Но, видимо, это уже сложно. Жаль.

[Dimonira]

Вообще, понижение питания меги для понижения уровня выходных сигналов - это слабое место вашей разработки . Я слышал, что профи так не делают .

Вы доверяете слухам? Это чем же именно это слабое место? ВСЁ работает в ШТАТНОМ режиме.
Ну вот теперь знайте, - я так делаю. Мой более чем 20-летний опыт радиоинженера (не считая института и любительства) мне внутренним голосом нашептал, что так делать можно
Когда найдёте этого профи, потребуйте у него объяснений. Потом расскажите. Посмотрим что это за Сухов такой

Привязка сигналов к выходному питанию в pickite сделано грамотно - с помощью согласователей уровня (на одном транзисторе на каждую линию).

Эту схему я не видел, не знаю. Только с ваших слов. Я бы не сказал, что на транзисторах - это сильно грамотно. Это просто один из путей "обхода" проблемы малой кровью. Так что лучше просто этой проблемы не иметь, чтобы всё уже было согласовано.

Та же Мега88 у меня шьются в STK500 только в высоковольтном режиме, т.к. ресет используется в качестве выхода (ножек не хватало).

Вот это как раз не очень правильно. Ещё работая в ящике сразу после института (особенно на войну), научился понимать простую вещь - всегда должен быть запас: по количеству ножек в разъёмах, выводов микросхем, по току питания, по вольтажу комплектующих, по производительности процессора, по объёму памяти и т.д. и т.п. Сейчас с этим нет проблем. Контроллеры настолько дёшевы, что парить себе мозг, экономя на копейках, вместо того чтобы взять контроллер на 30руб дороже, просто себе потом дороже. Не видел ни одного девайса, который не требовалось потом доработать, что-то улучшить, добавить и т.д. Если же нет запаса, это приведёт к глобальным переделкам.

Прикидываться STK500 хотя бы в ограниченном варианте было бы неплохо. Но, видимо, это уже сложно. Жаль.

Это не столько сложно, сколько не нужно. У меня была такая мысль, но я её отбросил за ненадобностью. И потом не очень понятно насколько этот вариант может быть ограниченным. Сегодня Студия на какую-то неадекватную реакцию вашего программатора посмотрит сквозь пальцы, а завтра новая версия Студии пошлёт куда подальше. И что? Это ненужный гимор.

А питание можно взять от таргета.

Ну дык это ж не всегда можно. Некоторые вообще питание умышленно не выводят. Так что лучше иметь путь преодоления, - поставить своё питание. Благо с USB порта его взять не проблема. Конечно, всё что угодно от него не запитаешь, это понятно, мощи то только 2,5Вт максимум. И всё же, сегодня при малых потреблениях современных микросхем, такой мощи хватит для очень многих вариантов девайсов.
Но, кроме того, может понадобиться вариант прораммирования отдельно взятых чипов. Что тогда? Надо же запитать как-то. Тут то питание с программатора будет очень удобно. Подцепил панельку и только чипы успевай перетыкать.

качество пайки не проверить

Проверить то можно... Рентгеном. Тоже недешёвая процедура