Installation der Entwicklungswerkzeuge

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1 Installation der Entwicklungswerkzeuge 1 Übersicht Heute (2011) werden die meisten Programme für µc in Embedded Systems in C geschrieben. In zunehmenden Ausmaß werden auch weiter abstrahierende Programmiersprachen wie Matlab oder LabView verwendet. Dabei wird dann zunächst über einen entsprechenden Compiler automatisch (meist) C-Code erzeugt. Aus dem manuell geschriebenen oder automatisch erzeugten C-Code wird anschließend durch den C-Compiler Assemblercode für den gewünschten µc erzeugt. Der µcspezifische Assembler erzeugt zum Schluss den Maschinencode, der von dem µc ausgeführt werden kann. In den allermeisten Fällen schreibt der Entwickler keine einzige Zeile Assemblercode selbst. Für die Entwicklung mit C gibt derzeit von Atmel 1 drei verschiedene Frameworks 2 (AVR Studio 4, AVR Studio 32, AVR Studio 5). Ein Framework verwaltet alle zu einem Projekt gehörigen Daten und steuert zudem die unterschiedlichen Einzelwerkzeuge (Compiler, Linker, Debugger, Simulator) sinnvoll an. Das modernste Framework ist AVR Studio 5, allerdings beinhaltet die derzeit neueste Version ( ) für den verwendeten µc noch keinen Simulator. Da der Simulator gerade auch für den Anfänger die Möglichkeit bietet, ganz ohne Hardware (Platine) das Verhalten des µc zu beobachten, wird hier bewusst mit AVR Studio 4 gearbeitet. 2 Installation In Tabelle 1 finden Sie die derzeit aktuellen Installationspakete für Windows. Installationspaket JRE - Flip Installer avr-toolchain-installer win32.win32.x86 Beschreibung Programm zum Übertragen des Maschinencodes vom PC zum µc über den USB-Bootloader C-Compiler, Linker und andere µc-spezifische Werkzeuge für Windows AvrStudio4Setup Framework AVR Studio 4 (Version 4.18) AVRStudio4Setup.18SP3 Service Pack 3 zu AVR Studio 4 ( zu Version 4.18) Flipplugin Hilfsprogramm zur Integration von Flip in AVR Studio 4 Tabelle 1: Entwicklungswerkzeuge (Installationspakete) für Windows (XP, Vista, 7), Stand Man kann bei allen Programmen den Installationsort bestimmen. Empfehlenswert ist es, entweder immer den vorgeschlagenen Ort zu übernehmen oder manuell immer dasselbe Grundverzeichnis anzugeben. Im letzteren Fall werden ohnehin passende Unterverzeichnisse erzeugt, so dass dann alle zusammengehörigen Programme in dem gewählten Grundverzeichnis in den einzelnen Unterordnern installiert sind. 2.1 Flip Dieses Programm benötigen Sie nur, wenn Sie auch tatsächlich Hardware (in der Regel die Platine) besitzen. Wenn Sie nur ein C-Programm schreiben wollen, um dieses dann zu simulieren, dann installieren Sie das Programm nicht. Es ist sinnvoll, die Platine bereits aufgebaut (bzw. aufgebaut bis auf die Pinheader) zur Hand zu haben, damit Sie die erfolgreiche Installation testen können. 1 Hersteller des µc AT90USB Die Frameworks und Flip sind kostenlos, aber nicht Open Source, Copyright Atmel 1/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

2 Das Programmpaket enthält auch eine JAVA Runtime, diese wird mit installiert, wenn auf dem Rechner keine JAVA Runtime gefunden wird (Abbildung 1 links). Abbildung 1: Flip mit JAVA-Runtime In Abbildung 2 wurde manuell ein anderes Verzeichnis gewählt (Grundverzeichnis ist hier c:\mchprogs\atmel). Merken Sie sich auf jeden Fall das Verzeichnis, in das Sie installiert haben, da Sie später eine Umgebungsvariable anpassen müssen. Abbildung 2: Installation mit geändertem Verzeichnis (Beispiel!), sofern gewünscht Sie brauchen am Ende weder eine Verknüpfung auf dem Desktop anlegen lassen noch das Readme zu lesen. Das Programm hat eine grafische Oberfläche, die aber auf Dauer eher unbequem zu benutzen ist. Daher wird in dieser Anleitung die Kommandozeilenversion bevorzugt (batchisp.exe). Damit dieses Programm automatisch gefunden werden kann, müssen Sie die Umgebungsvariable TEMP anpassen. Empfehlenswert ist es, die Umgebungsvariable nur für den Benutzer anzupassen, der 2/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

3 auch mit der Entwicklungsumgebung arbeitet. Unter Windows kann man das in der Systemsteuerung unter Benutzerkonten durchführen (Abbildung 3). Abbildung 3: Eigene Umgebungsvariable ändern Es kann sein, dass die Variable PATH noch nicht existiert (Abbildung 4 links). Dann legen Sie eine neue Variable mit dem Namen PATH an und tragen unter Wert das Installationsverzeichnis für Flip ein. Wenn die Variable schon existiert (Abbildung 4 rechts), dann tragen Sie Ende des Wertes einen Strichpunkt ein und dann das Installationsverzeichnis für Flip (Abbildung 5). Beachten Sie in beiden Fällen, dass Sie an das Ende des Verzeichnispfades noch \bin schreiben müssen. Abbildung 4: PATH existiert noch nicht (links) oder ist schon vorhanden (rechts) Abbildung 5: PATH erweitern oder neu anlegen, an das Ende noch \bin anhängen 2.2 Treiber für den Bootloader installieren Damit Flip mit dem µc Daten austauschen kann, muss ein Treiber installiert werden. Windows findet den Treiber nicht automatisch. Stecken Sie Platine an den Rechner. Warten Sie ein paar Sekunden, ob 3/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

4 der Rechner ein neues USB-Gerät erkennt und nach einem Treiber sucht. Falls ja, dann lesen Sie zwar bitte trotzdem den folgenden Absatz "Bootloader aktivieren", führen die Aktionen aber nicht aus. Sie werden den Bootloader noch oft aktivieren müssen, daher ist es wichtig zu wissen, wie es funktioniert. Normalweise wird der Bootloader beim Einstecken nicht aktiv. Bootloader aktivieren 1. Sicherstellen, dass die Platine mit Spannung versorgt wird (rote LED) 2. RESET drücken und gedrückt halten 3. BOOT zusätzlich zu RESET drücken 4. BOOT weiterhin gedrückt halten, aber RESET auslassen 5. BOOT auslassen Der Bootloader ist jetzt aktiv (genauer nach dem Auslassen von RESET). Der µc versucht, sich am Rechner über USB anzumelden und wartet dann auf Kommandos über USB. Aktivieren Sie jetzt den Bootloader, falls der Rechner kein neues USB-Gerät erkannt hat. Das ist der Normalfall. Nach kurzer Zeit wird der Rechner melden, dass er keinen passenden Treiber finden konnte. Schließen Sie das Fenster mit dieser Meldung. Öffnen Sie dann den Gerätemanager. Sie sollten dort ein unbekanntes Gerät finden (Abbildung 6). Abbildung 6: Erstanschluß des µc mit Bootloader 4/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

5 Öffnen Sie dieses Gerät (z.b. Doppelklick) und wählen Sie "Einstellungen ändern". Abbildung 7: Einstellungen anzeigen lassen (links) und ändern (rechts) Wählen Sie dann Treiber aktualisieren. Als nächstes wählen Sie "Auf dem Computer suchen". Dort geben Sie nun den Installationspfad ein und wählen auch "Unterordner einbeziehen" mit aus. Abbildung 8: Treiber suchen lassen Danach sucht der Rechner den passenden Treiber. Da der Treiber nicht signiert ist, müssen Sie bei moderneren Windowsversionen (Vista, 7) der Installation noch einmal zustimmen. Abbildung 9: Installation abschließen Zur Kontrolle können Sie im Gerätemanager nachsehen, ob das Gerät jetzt betriebsbereit ist. 5/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

6 2.3 Toolchain Als Nächstes installieren Sie die µc-spezifischen Werkzeuge 3 (Compiler, Linker, Make,...). Die Platine können Sie für einen ersten Test gleich angeschlossen lassen. Die Werkzeuge selbst erfordern keine Administratorberechtigung und Sie könnten sie auch als normaler Benutzer installieren. Leider werden dann auch die Umgebungsvariable PATH und einige Registryeinträge nicht vorgenommen. Sie müssten diese Änderungen also alle manuell machen. Daher sollten Sie die Installation als Administrator ausführen. Abbildung 10: Installation der Toolchain Auch dieses Programmpaket ist nicht signiert, neuere Windowsversionen verlangen daher explizit eine Bestätigung (Abbildung 10 links). Bei der Installation können Sie wieder den Installationspfad ändern (empfehlenswert, wenn Sie das bei Flip auch schon getan haben). Außerdem können Sie die 32 Bit Tools abwählen, diese werden nicht benötigt (Abbildung 10 rechts). Sie können nach dem Abschluss der Installation jetzt alles zusammen testen: Flip, die Toolchain und den µc. Dazu sollten Sie auf der Platine die gelbe LED (Standardschaltung) aufgebaut haben. Die Pinheader werden noch nicht benötigt. Sie können als normaler Benutzer angemeldet sein. Kopieren Sie sich das Verzeichnis blinken in ein Arbeitsverzeichnis auf Ihrem Rechner. Öffnen Sie ein Eingabefenster (cmd) und gehen Sie mittels cd (change directory) in dieses Verzeichnis. Abbildung 11: Inhalt vor dem Test (links), Maschinencode erzeugen (rechts) Wenn Sie sich dann mit dem Befehl dir den Inhalt anzeigen lassen, dann finden Sie nur zwei Dateien: blinken.c und Makefile ( Abbildung 11 links). Geben Sie jetzt den Befehl make hex ein. Die Ausgabe sollte so wie in Abbildung 11 rechts aussehen. Damit haben Sie die Installation der Toolchain getestet (Flip und der µc wurden noch nicht benutzt). 3 Diese Toolchain ist kostenlos und Open Source. Die Werkzeuge basieren alle auf der GNU-Suite (gcc etc). 6/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

7 Sie können sich wieder den Inhalt des Verzeichnisses ansehen. Die DAtei blinken.hex enthält den ausführbaren Maschinencode für den µc. Falls nicht schon geschehen, schließen Sie jetzt den µc an den Rechner an und aktivieren Sie den Bootloader. Dann geben Sie den Befehl make upload ein. Abbildung 12: Ergebnis auf dem Rechner (links) und Maschinencode übertragen (rechts) Damit wird versucht, den Maschinencode vom Rechner in den Programmspeicher des µc zu übertragen. Im Erfolgsfall sieht das Ergebnis wie in Abbildung 12 rechts aus. Sie haben jetzt Flip und den µc erfolgreich getestet. Wenn das Ergebnis wie in Abbildung 13 links aussieht, dann ist zwar Flip korrekt installiert, aber der µc wurde nicht gefunden. Sehr wahrscheinlich ist der µc nicht im Bootloader. Gehen Sie die Schritte zur Aktivierung des Bootloaders noch einmal durch. Sie können im Gerätemanager kontrollieren, ob der µc erkannt wurde. Abbildung 13: Häufige Fehler Wenn das Ergebnis wie in Abbildung 13 rechts aussieht, dann wurde Flip nicht gefunden. Wahrscheinlich haben Sie die Umgebungsvariable PATH nicht oder falsch gesetzt (\bin am Ende vergessen?). Drücken Sie jetzt nur RESET auf der Platine. Nach dem Loslassen beginnt die gelbe LED zu blinken. Das ist genau das, was das C-Programm blinken.c bewirken soll. Alternativ können Sie nach dem make upload auch make start benutzen. Testen Sie das, indem Sie den µc wieder in den Bootloader bringen (LED ist aus) und dann den Befehl make start geben. Die LED beginnt wieder zu blinken. Das Arbeitsverzeichnis können Sie nach erfolgreichem Test wieder löschen. 7/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

8 2.4 AVR Studio 4 Installieren Sie zunächst das Grundpaket (AvrStudio4Setup). Sie können auch hier wieder das Installationsverzeichnis manuell ändern, um alle Programme der Entwicklungsumgebung in einem Verzeichnis zu sammeln. Den JUNGO USB Treiber (Abbildung 14 rechts) können Sie abwählen. Dieser Treiber wird nur benötigt, wenn Sie spezielle Programmiergeräte benutzen würden. Abbildung 14: Eigenes Installationsverzeichnis (optional, links), Jungo USB Treiber abwählen (rechts) Am Ende kommt, je nach Windows Version, ein Hinweis auf mögliche Installationsfehler. Diesen Hinweis können Sie ignorieren, d.h. das Programm wurde richtig installiert (Abbildung 15 links). Abbildung 15: Programmkompatibilität (links) und Service Pack 3 (rechts) Anschließend installieren Sie das Service Pack 3 (AVRStudio4Setup.18SP3). Hier wird nach der eigentlichen Installation noch automatisch eine Installation des JUNGO USB Treiber gestartet (Abbildung 15 rechts, den Treiber haben Sie ja vorher mit Absicht nicht installiert). Brechen Sie diesen zweiten Vorgang einfach ab. Auch hier kann, je nach Windows Version, ein Hinweis auf mögliche Installationsfehler folgen. Diesen Hinweis können Sie ebenfalls ignorieren, d.h. das Programm wurde richtig installiert. 2.5 Flip Plugin Wenn Sie keinen µc haben, dann können Sie dieses Kapitel überspringen. Die Übertragung des Maschinencodes vom Rechner zum µc mittels Flip ist aus AVR Studio eher mühsam. Das liegt daran, dass man zwar Flip aus AVR Studio aufrufen kann, dann aber in der grafischen Oberfläche zuerst den µc immer neu suchen lassen muss (USB) und auch darauf achten muss, dass man die richtige Datei überträgt. Man kann aber aus AVR Studio 4 (und 5) eigene Werkzeuge aufrufen. Damit die Übertragung mittels Flip einigermaßen automatisiert werden kann, kopieren Sie das Programm flipplugin.exe in das Verzeichnis, für das Sie auch die Umgebungsvariable PATH erweitert haben (Kapitel 2.1, Abbildung 5). (Hinweis zur Kontrolle : in diesem Verzeichnis findet sich auch das von Atmel gelieferte Programm batchisp.exe). 8/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

9 3 Einrichten von AVR Studio 4 Auf Ihrem Rechner finden Sie in der Programmgruppe Atmel AVR Tools die in Abbildung 16 gezeigten Einträge. Neben dem Framework selbst ist noch die Dokumentation zur C-Bibliothek für den µc sehr interessant. AVR Studio 4 Hilfreiche Informationen zu speziellen Eigenschaften der C-Bibliothek auf 8 Bit Atmel uc Abbildung 16: Installierte Programme und Hilfen 3.1 Anlegen eines Projekts Rufen Sie jetzt erstmals AVR Studio 4 auf. Bei jedem Aufruf können Sie wählen, ob Sie ein neues Projekt anlegen oder ein schon bestehendes Projekt öffnen wollen. Abbildung 17: Neues Projekt anlegen Da Sie noch keine Projekte haben, legen Sie ein neues Projekt an (Abbildung 17 links). Anschließend wählen Sie folgende Einstellungen: Projekttyp AVR GCC, Create Initial File, Create Folder. Geben Sie ein Arbeitsverzeichnis bei Location an (Abbildung 17 rechts). Wenn Sie spätere mehrere Projekte anlegen, dann geben Sie am besten immer das gleiche Arbeitsverzeichnis an. Die Projekte werden dann in separaten Unterverzeichnissen gespeichert (deswegen die Option Create Folder). Erfreulicherweise merkt sich AVR Studio 4 dieses Verzeichnis und schlägt es bei neuen Projekten gleich vor. Der Name des Initial File ist an sich beliebig, so heißt eben Ihre erste C-Quellcode-Datei. Wegen der Option Create initial file wird im Projekt diese Datei leer angelegt und auch in das Projekt integriert. Später können Sie immer noch weitere Dateien hinzufügen. 9/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

10 Abbildung 18: Simulator einrichten Als nächsten wählen Sie als Debugger den mitgelieferten Simulator (AVR Simulator) aus. Die anderen Optionen erfordern alle eine weitere Hardware, die Sie in der Regel nicht haben. Wählen Sie dann als Device den AT90USB1287, das ist der im Praktikum verwendete µc (Abbildung 18). 3.2 Einrichten des Flip Plugins Wenn Sie keinen µc haben, dann können Sie dieses Kapitel überspringen. Mit AVR Studio 4 ist es möglich, eigene Menüeinträge zu erzeugen und damit aus dem Framework heraus ein externes Programm aufzurufen. Hier wird davon Gebrauch gemacht, indem ein externes Programm (flipplugin, Kapitel 2.5) aufgerufen wird. Dieses Programm versucht, anhand der Information im Projektverzeichnis den verwendeten µc-typ als auch den Namen der Datei mit dem Maschinencode zu bestimmen. Mit dieser Information wird dann das Programm batchisp aufgerufen, das den Maschinencode auf den µc überträgt. Solange Sie keine Änderungen für Fortgeschrittene vornehmen, funktioniert das zuverlässig und Sie können mit einem Klick den jeweils aktuellen Maschinencode auf den µc übertragen. Das Einrichten müssen Sie nur einmal machen, da sich AVR Studio 4 diesen Zusatz projektübergreifend merkt. Wählen Sie aus dem Menü Tools den Eintrag Customize aus. In dem dann erscheinenden Fenster wählen sie den Reiter Tools (Abbildung 19 links). Abbildung 19: Einrichten des Plugins Klicken Sie dann auf das Verzeichnissymbol rechts unter Options. Damit legen Sie einen neuen Eintrag für ein externes Tool an. Füllen sie jetzt die Felder wie in Abbildung 19 rechts gezeigt aus. Der Name des Eintrags batchisp kann frei gewählt werden. 10/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

11 Abbildung 20: Toolbar ergänzen, links: Quelle suchen, rechts: in eine Toolbar ziehen (Beispiel) Wählen Sie nach dem Schließen des Fensters wieder aus dem Menu Tools den Eintrag Customize. Diesmal bleiben Sie aber bei dem Reiter Commands. Wählen Sie aus Categories das Element Tools aus und scrollen Sie in der Liste Commands, bis Sie den Eintrag batchisp (bzw. den von Ihnen gewählten Namen) sehen (Abbildung 20 links). Als Icon wird standardmäßig ein Hammer angezeigt. Sie können jetzt mit der Maus dieses Element in eine beliebige Toolbar des Frameworks ziehen. Im Beispiel (Abbildung 20 rechts) wurde das Element neben den "Standardbutton" für Flip gezogen. 3.3 Abschließender Test Zum Abschluss können Sie jetzt die Zusammenarbeit des Frameworks mit der Toolchain und ggf. dem Flip Plugin testen. Geben Sie das Programm aus (Abbildung 21) ein. Es ist dasselbe Programm wie in blinken.c aus dem Abbildung 21: Testprogramm in AVR Studio 4 11/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann

12 Test in Kapitel 2.3, d.h. Sie können den C-Code auch von dort kopieren. Damit Sie einen Unterschied zum vorhergehenden Test sehen, ist hier der Endwert der for-schleife auf erhöht - die LED wird also langsamer blinken. Speichern Sie am Ende alle Fensterinhalte mit dem Dreifachdatenträgersymbol (rechts oben). Danach drücken Sie die Taste F7. Damit wird das Projekt neu kompiliert. Sie sollten Aktionen im Ausgabefenster im Eck links unten sehen. Am Ende sollte dort ganz unten Build succeeded with 0 warnings... stehen. Damit haben Sie die Integration der Toolchain erfolgreich getestet. Wenn Sie einen µc haben, dann schließen Sie den jetzt an und aktivieren wie in Kapitel 2.2 beschrieben den Bootloader. Die gelbe LED ist dann aus. Jetzt klicken Sie auf das neue Werkzeug in der Menüleiste. Dann sollte sich ein Kommandozeilenfenster öffnen und darin sollte batchisp ablaufen. Wenn die Übertragung des Maschinencodes erfolgreich war, dann steht in der letzten Zeile OK. Das Fenster schließt sich nach zwei Sekunden automatisch. Drücken Sie jetzt nur RESET auf der Platine. Die gelbe LED sollte langsamer als vorher blinken. Damit haben Sie auch die Integration von flipplugin erfolgreich getestest und Sie können daran gehen, eigene Projekte zu bearbeiten. Zu guter Letzt: Ein typisches Fehlerbild. Wenn Sie jetzt noch einmal versuchen, den Maschinencode zu übertragen (die LED blinkt noch), dann erhalten Sie die folgende Ausgabe (Abbildung 22): Abbildung 22: Bootloader nicht aktiv Wenn Sie diese Ausgabe sehen, dann konnte der µc nicht gefunden werden. In fast allen Fällen liegt es daran, dass der Bootloader nicht aktiv war. Auch hier ist der µc ja mit dem Blinken (der Applikation) beschäftigt. Dieses Fenster schließt sich nicht automatisch, damit Sie den Fehler sehen können. Drücken Sie in dem Fenster Enter, aktivieren Sie den Bootloader, und versuchen Sie es wieder. Diesen Fehler werden Sie öfter sehen, jetzt kennen Sie die Ursache und die Behebung. 12/12 Prof. Dr.-Ing. Hermann