Как заставить китайский USB-программатор за $5 работать в Linux

Этот пост будет полезен в первую очередь тем, кто только начинает знакомство с микроконтроллерами или переходит от Arduino непосредственно к AVR.

Небольшое введение

Итак, вероятно, вы уже знаете, что после того, как устройство будет спроектировано, печатная плата изготовлена и контроллер помещен на свое законное место, его потребуется запрограммировать. Большинство семейств микроконтроллеров имеют какой-либо интерфейс для внутрисхемного программирования - ISP, который обычно выводится на отдельный разъем на плате. В случае с AVR программирование происходит по пяти линиям связи: MOSI, MISO, SCK, RESET и GND.

Как это сделано в Arduino

Большинство плат Arduino позволяют заливать программу через USB, и, вероятно, начинающий пользователь упомянутой платы мало что слышал об ISP и программаторах. Arduino, однако, использует несколько иной способ загрузки программы: в памяти контроллера прошит так называемый bootloader (загрузчик) - небольшая программа, которая выполняется при старте контроллера. Загрузчик способен перевести контроллер в режим программирования в зависимости от каких-либо условий - состояния пинов, переменных в памяти и т. д. В случае с Arduino загрузчик используется в комплексе либо с USB-TTL конвертером на FT232 (на ранних версиях плат Arduino), либо с контроллером ATMega8u2. Упомянутые микросхемы выполняют роль программатора и в нужные моменты переводят основной контроллер в нужный режим.

Как сделать это без Arduino

В связи с тем, что на готовом устройстве постоянное подключение программатора не потребуется, используется разъем для программирования, упомянутый ранее. Кроме того, вам потребуется программатор. Беглый осмотр доступного ассортимента программаторов может привести в уныние - фирменный программатор стоит каких-то 2300 3 900 рублей. Значит, нам хватит и нефирменного. Интернет пестрит схемами программаторов - самый простой состоит из резисторов, разъема DB-25 и подключается к LPT-порту. Осталось найти LPT-порт.

В моем случае критерием выбора была цена, поэтому почти все самосборные варианты на FT232, ATTiny, ATMega не были приняты из-за дороговизны и отсутствия нужных компонентов в магазинах моего города - кварцевого резонатора и то не найти. А если заказывать в интернете, то почему бы не купить сразу программатор?

Таким образом, за $5 был приобретен вот такой программатор. Ищется на ebay по запросу "usbisp", "usbasp" или "avr programmer". Там их много, есть в корпусах, есть без, но, как я понял, конструкционно все они одинаковы.

После получения программатора по почте возникла проблема - он видится в системе не как виртуальный COM-порт, а как HID-устройство. Вполне возможно, что с AVR Studio он будет работать, но мне нужна была работа с avrdude в Linux, который никак не хотел работать с программатором.

Поиск по VID = 0x03EB и PID = 0xc8b4 привел вот на эту страницу. В принципе, весь этот пост мог бы состоять только из этой ссылки; но, возможно, многим начинающим будет проще прочитать то же самое на русском и в чуть более подробном виде.

Все операции над программатором имеют своей целью сделать его совместимым с USBASP - популярным программатором, для которого доступна принципиальная схема и исходный код прошивки. Для этого в программатор необходимо залить прошивку от USBASP, немного модифицированную.

Итак, операции по порядку.

Установка перемычки self-programming

Изображение с сайта www.sciencetronics.com

На плате есть контакты для перемычке, помеченные как "UP". Если впаять туда перемычку, можно будет залить прошивку в микроконтроллер, используемый в программаторе (скорее всего, это reset и ground).

Прошивка

Да, как ни печально, но вам понадобится второй программатор. Помимо упомянутого LPT-порта, сделать программатор легко из Arduino: достаточно скомпилировать и прошить скетч ArduinoISP из папки примеров. При этом подключение разъема программирования можно посмотреть здесь, а распиновку самого разъема - в Google по запросу "ISP 10 pin". Я для своего случая соорудил что-то вроде шилда из разъемов и одного конденсатора.

Файл для прошивки и исходный код можно скачать здесь.

Итак, программатор-жертва подключен к основному программатору (в моем случае - Arduino). Заливка прошивки производится через avrdude следующей командой:

avrdude -c avrisp -P /dev/ttyACM0 -b 19200 -p m8 -U flash:w:20130212_mega8_usbisp.hex:a -U lfuse:w:0xef:m -U hfuse:w:0xc9

• -b 19200 - скорость порта
• -c avrisp - тип программатора (для ArduinoISP такой)
• -P /dev/ttyACM0 - путь к интерфейсу устройства
• -p m8 - тип контроллера
• -U flash:w:20130212_mega8_usbisp.hex:a - hex-файл для прошивки. Если вы скачали архив, ссылка на который была указана выше, то hex-файл именно так и называется.
• -U lfuse:w:0xef:m -U hfuse:w:0xc9 - установка старшего и младшего FUSE-байт

После этого устройство можно отключать, а перемычку выпаивать. После выпаивания перемычки программатор порадует новыми VID=0x16c0 и PID=0x5dc, которые соответствуют USBASP. Теперь работать с ним можно так:

avrdude -c usbisp

На этом все. Остается только догадываться, с какой целью китайцы заливают в программаторы прошивку, которую непонятно как использовать, и каким образом HID-устройство может выступать в качестве программатора. Если и мимикрировать под USBASP, используя это слово в названии товара - можно и прошивку скопировать.